W bardzo wczesnych latach Układu Słonecznego wczesna Ziemia formowała się znacznie krócej, niż wcześniej sądziliśmy.
Zgodnie z nową analizą izotopów żelaza znalezionych w meteorytach, połączenie większości powierzchni Ziemi zajęło tylko 5 milionów lat – kilkakrotnie mniej niż sugerują obecne modele.
Ta rewizja jest znaczącym wkładem w nasze obecne rozumienie formowania się planet, sugerując, że mechanizmy mogą być bardziej zróżnicowane, niż myślimy, nawet między planetami tego samego typu znajdującymi się na tym samym obszarze – planetami skalistymi, takimi jak Mars i Ziemia.
Widzisz, nie jesteśmy w 100% pewni, jak powstają planety. Astronomowie mają całkiem niezły ogólny pomysł, ale drobne szczegóły … cóż, są dość trudne do zaobserwowania w akcji.
Szerokie pociągnięcia procesu formowania się planet są związane z formowaniem się samej gwiazdy. Gwiazdy tworzą się, gdy grudka w chmurze pyłu i gazu zbiera się pod wpływem własnej grawitacji i zaczyna wirować. Powoduje to, że otaczający pył i gaz krążą wokół niego, podobnie jak woda krążąca wokół odpływu.
Gdy się obraca, cały ten materiał tworzy płaski dysk, który zasila rosnącą gwiazdę. Ale nie cały dysk zostanie wchłonięty – to, co pozostało, nazywa się dyskiem protoplanetarnym i nadal tworzy planety; dlatego wszystkie planety Układu Słonecznego znajdują się z grubsza na płaskiej płaszczyźnie wokół Słońca.
Jeśli chodzi o formowanie się planet, uważa się, że drobne cząsteczki pyłu i skał w dysku będą przylegać do siebie elektrostatycznie. Następnie, gdy powiększają się, rośnie ich siła grawitacji. Zaczynają przyciągać inne gromady poprzez przypadkowe interakcje i kolizje, zwiększając swoje rozmiary, aż staną się całą planetą.
Uważano, że dla Ziemi proces ten trwał dziesiątki milionów lat. Ale izotopy żelaza w płaszczu Ziemi, według naukowców z Uniwersytetu w Kopenhadze w Danii, pokazują coś przeciwnego.
W swoim składzie Ziemia różni się od innych ciał w Układzie Słonecznym. Ziemia, Księżyc, Mars, meteoryty – wszystkie zawierają naturalnie występujące izotopy żelaza, takie jak Fe-56 i lżejszy Fe-54. Ale Księżyc, Mars i większość meteorytów mają tę samą liczbę, podczas gdy na Ziemi jest znacznie mniej Fe-54.
Jedynym innym ciałem kosmicznym, które ma skład podobny do ziemskiego, jest rzadki rodzaj meteorytu zwanego chondrytem CI. Interesującą rzeczą dotyczącą tych meteorytów jest to, że mają skład podobny do całego Układu Słonecznego.
Wyobraź sobie, że masz wszystkie składniki sałatki. Wymieszaj je wszystkie w jednym dużym naczyniu – to jest dysk protoplanetarny, a następnie Układ Słoneczny. Ale jeśli rozrzuciłeś swoje składniki w kilku małych doniczkach z różnymi proporcjami każdego składnika – teraz masz oddzielne planety i asteroidy.
To, co sprawia, że chondryty CI są wyjątkowe, to fakt, że przez tę analogię wyglądają jak małe, maleńkie doniczki zawierające początkowe proporcje składników. Tak więc posiadanie jednej z tych kosmicznych skał pod ręką jest jak posiadanie mikrokosmosu pyłu wirującego w dysku protoplanetarnym u zarania Układu Słonecznego, 4,6 miliarda lat temu.
Według współczesnych modeli formowania się planet, gdyby materia była po prostu mieszana ze sobą, zawartość żelaza w płaszczu Ziemi byłaby reprezentatywna dla mieszaniny wszystkich rodzajów meteorytów o wyższej zawartości Fe-54.
Fakt, że skład naszej planety jest porównywalny tylko z CI-chondrytami, sugeruje inny model formacji. Naukowcy uważają, że zamiast gromadzić się, żelazne jądro Ziemi uformowało się wcześniej w deszczu kosmicznego pyłu – jest to proces szybszy niż narastanie większych skał. W tym czasie powstał żelazny rdzeń.
Następnie, gdy układ słoneczny się ochłodził, po pierwszych kilkuset tysiącach lat pył CI z odległej krawędzi mógł migrować do wewnątrz, do miejsca, w którym formowała się Ziemia. Jest rozproszony po całej Ziemi.
Naukowcy doszli do wniosku, że odkąd uformowanie się dysku protoplanetarnego – i dużej ilości zawartego w nim pyłu, który mógł spaść na Ziemię – trwało tylko około 5 milionów lat, Ziemia musiała się akumulować w tym okresie, podsumowują naukowcy.
“Ten dodany pył CI nadrukował skład żelaza w płaszczu Ziemi, co jest możliwe tylko wtedy, gdy większość poprzedniego żelaza znajdowała się już w rdzeniu” – wyjaśnił geolog Martin Schiller z Uniwersytetu w Kopenhadze.
To nie tylko poszerza nasze rozumienie formowania się planet, ale może również wpływać na nasze rozumienie życia we wszechświecie. Możliwe, że ten rodzaj formowania się planet jest warunkiem koniecznym dla warunków sprzyjających życiu.
„Teraz wiemy, że formowanie się planet ma miejsce wszędzie. Mamy wspólne mechanizmy, które działają i tworzą układy planetarne. Kiedy zrozumiemy te mechanizmy w naszym własnym układzie słonecznym, możemy wyciągnąć podobne wnioski na temat innych układów planetarnych w galaktyce – powiedział kosmochemik Martin Bizzarro z Uniwersytetu w Kopenhadze.
Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Science Advances.
Źródła: Zdjęcie: NASA / JPL