Odakle Zemlji elementi ključni za život? Za to treba zahvaliti Jupiteru

Znanstvenici koje podržava američka svemirska agencije NASA pružili su nove informacije o tome kako je rana Zemlja možda stekla neke elemente potrebne kako bi naš matični planet postao nastanjiv. Također sugeriraju novu ulogu Jupitera u distribuciji tih elemenata po mladom Sunčevom sustavu.

Studija, objavljena u časopisu Science Advances, ispituje ovu povijest proučavajući omjer fosfora i dušika u željeznim meteoritima i u mlađim objektima poznatim kao hondriti.

Naš Sunčev sustav nastao je od plina i prašine koji su kružili oko proto-Sunca prije više od 4,5 milijardi godina. Ovaj plin sadržavao je sirovine potrebne za formiranje planeta, mjeseca i na kraju života kakvog poznajemo. Dva elementa od posebne važnosti za život su dušik i fosfor.

Sav život na Zemlji treba iste elemente: ugljik, vodik, dušik, kisik, fosfor i sumpor. Ovi elementi došli su iz svemira, nakon što su nastali unutar zvijezda i proširili se u oblacima plina i prašine. Gravitacija je zatim uzrokovala okupljanje ovog materijala, formirajući nove zvijezde i manje objekte poput planeta.

Hondriti i željezni meteoriti

U najranijim fazama Sunčevog sustava, plin i prašina su se spajali u tijela poznata kao planetezimali. Dok su kružili oko mladog Sunca u kaotičnom okruženju, planetezimali su se sudarali, ostavljajući razbijene ostatke po cijelom sustavu. Na kraju su mnogi od tih komada ugrađeni u planete i mjesece.

Drugi komadi danas preživljavaju kao asteroidi, koji još uvijek kruže oko Sunca, i – ako su udarili u Zemlju – kao meteoriti. Ovi meteoriti pružaju uvid u rani Sunčev sustav u vrijeme prije nego što je Zemlja postojala.

Hondriti i željezni meteoriti su dvije različite klase ovih meteorita. Kao što im ime sugerira, željezni meteoriti su gusti, metalni objekti i prvenstveno su izrađeni od legure željeza i nikla. Hondriti su, s druge strane, kameniti objekti i odgovorni su za većinu meteorita koji su pronađeni na Zemlji.

Svaka vrsta meteorita potječe od planetezimala koji su nastali u različito vrijeme u našem sustavu. Najstarija generacija planetezimala je izvor željeznih meteorita. Hondriti su nastali iz druge generacije planetezimala koji su se formirali 2-3 milijuna godina kasnije.

Razumijevanje načina nastanka Zemlje i vremena njezina nastanka važno je za astrobiologe koji proučavaju kako i kada je naš planet postao nastanjiv za život kakav poznajemo. Mlada Zemlja trebala je imati zalihu životnih sastojaka, uključujući dušik i fosfor, kako bi formiranje prvih živih stanica bilo moguće.

Među znanstvenicima postoji rasprava o tome odakle potječu Zemljine zalihe životnih elemenata. Neki dokazi upućuju na to kako su se hondriti u vanjskom Sunčevom sustavu kretali prema unutra kako bi stigli na Zemlju kasno u procesu formiranja našeg planeta. Međutim, nova studija govori drugačiju priču.

Jupiter ulazi u priču

Koristeći laboratorijske eksperimente i geokemijske modele, tim je rekonstruirao kartu omjera fosfora i dušika (P/N) u ranom Sunčevom sustavu i pronašao razlike između prve (željeznih meteorita) i druge (hondriti) generacije planetezimala.

Eksperimenti i naknadno geokemijsko modeliranje pokazali su kako je prva generacija imala veći omjer P/N u vanjskom Sunčevom sustavu, s tim da se taj omjer smanjivao prema unutarnjem Sunčevom sustavu. Taj se trend obrnuo u drugoj generaciji planetezimala, s većim omjerima P/N u unutarnjem Sunčevom sustavu.

Pretpostavlja se kako je tijekom formiranja prve generacije planetezimala došlo do vanjskog toka materijala koji je povećao omjer P/N u vanjskom Sunčevom sustavu. Zatim se pojavio Jupiter.

Kako se Jupiter formirao i rastao do ogromne veličine (i gravitacijskog utjecaja), planet je ograničio kretanje fosfora i dušika iz unutarnjeg u vanjski Sunčev sustav. To je značilo kako su, kada se pojavila druga generacija planetezimala, oni u unutarnjem Sunčevom sustavu imali veći omjer P/N od svojih dalje udaljenih rođaka.

Geokemijsko modeliranje akrecije nadalje pokazuje kako se Zemljin današnji P/N potpis najbolje reproducira planetezimalima unutarnjeg Sunčevog sustava, bilo onima povezanim sa željeznim meteoritima ili onima povezanim s hondritima. Zemlja je, dakle, svoj inventar elemenata esencijalnih za život stekla prvenstveno iz unutarnjeg Sunčevog sustava.