Enligt den nebulära hypotesen bildades solen och planeterna för 4,6 miljarder år sedan från ett gigantiskt moln av damm och gas. Detta började med att solen bildades i mitten, och det återstående materialet bildade en protoplanetärisk skiva, från vilken planeterna bildades. Medan planeterna i det yttre solsystemet till stor del bestod av gaser (dvs gasgiganterna), de som var närmare solen bildade av silikatmineraler och metaller (dvs jordplaneterna).
Trots att jag har en ganska bra uppfattning om hur allt detta kom till är frågan om exakt hur planeterna i solsystemet bildades och utvecklats under miljarder år fortfarande diskuteras. I en ny studie övervägde två forskare från universitetet i Heidelberg den roll som kol spelade både i jordbildning och livets uppkomst och utveckling.
Deras studie, "Spatial Distribution of Carbon Dust in the Early Solar Nebula and the Car Content of Planetesimals", dykte nyligen upp i tidskriften Astronomi och astrofysik. Studien genomfördes av Hans-Peter Gail, från Institutet för teoretisk astrofysik vid universitetet i Heidelberg och Mario Trieloff - från Heidelbergs Institut för geovetenskaper och Klaus-Tschira-laboratoriet för kosmokemi.
För deras studie betraktade paret vilken roll elementet kol - som är avgörande för livet här på jorden - spelade i planetbildning. I grund och botten är forskarna av den uppfattningen att under de tidigaste dagarna av solsystemet - när det fortfarande var ett gigantiskt moln av damm och gas - distribuerades kolrika material till det inre solsystemet från det yttre solsystemet.
Utanför "Frost Line" - där flyktiga ämnen som vatten, ammoniak och metan och kan kondensera till is bildas kroppar som innehåller frysta kolföreningar. Liksom hur vatten distribuerades genom solsystemet, att dessa kroppar förmodligen kastades ut från sina banor och skickades mot solen och fördelade flyktiga material till planetesimalen som så småningom skulle växa till att bli de jordiska planeterna.
Men när man jämför de typer av meteorer som fördelade primordialt material till jorden - alias. chondrite meteoriter - man märker en viss skillnad. I grund och botten är kol relativt sett sällsynt på jorden jämfört med dessa forntida bergarter, varför orsaken har varit ett mysterium. Som prof. Trieloff, som var medförfattare för studien, förklarade i ett pressmeddelande från University of Heidelberg:
”På jorden är kol ett relativt sällsynt element. Den är anrikad nära jordens yta, men som en bråkdel av den totala materien på jorden är den bara hälften av 1/1000: e. I primitiva kometer kan emellertid andelen kol vara tio procent eller mer. ”
"En väsentlig del av kolet i asteroider och kometer finns i långkedjiga och grenade molekyler som endast avdunstar vid mycket höga temperaturer," tillade Dr. Grail, studiens huvudförfattare. "Baserat på standardmodeller som simulerar kolreaktioner i solnebulan där solen och planeterna har sitt ursprung, borde jorden och de andra markplaneterna ha upp till 100 gånger mer kol."
För att hantera detta konstruerade de två forskningarna en modell som antog att kortvariga händelser med blixtuppvärmning - där solen värmde den protoplanetära skivan - var ansvarig för denna avvikelse. De antog också att allt material i det inre solsystemet upphettades till temperaturer mellan 1 300 och 1 800 ° C (2372 till 3272 ° F) innan små planetesimaler och markplaneter så småningom bildades.
Dr. Grail och Trieloff tror att bevisen för detta ligger i de runda kornen i meteoriter som bildas från smälta droppar - känd som kondruller. Till skillnad från kondritmeteoriter, som kan bestå av upp till några få procent kol, är kondriller till stor del uttömda av detta element. Detta, hävdar de, var ett resultat av samma blixtuppvärmningshändelser som ägde rum innan kondrulorna kunde ackrediteras för att bilda meteoriter. Som Dr. Gail antydde:
”Bara temperaturpinnarna härrörande från modellerna för chondruleformation kan förklara dagens låga kolmängd på de inre planeterna. Tidigare modeller tog inte hänsyn till denna process, men vi har uppenbarligen den för att tacka för den korrekta mängden kol som möjliggjorde utvecklingen av jordens biosfär så som vi känner den. "
I korthet kan skillnaden mellan mängden kol som finns i kondritiskt bergmaterial och den som finns på jorden förklaras med intensiv uppvärmning i det primordiala solsystemet. När jorden bildades av krondritiskt material, orsakade den extrema värmen att den tappades från sitt naturliga kol. Förutom att belysa vad som har varit ett pågående mysterium inom astronomi, erbjuder denna studie också ny inblick i hur livet i solsystemet började.
I princip spekulerar forskarna att blixtuppvärmningshändelserna i det inre solsystemet kan ha varit nödvändiga för livet här på jorden. Hade det funnits för mycket kol i det ursprungliga materialet som sammanfogades i vår planet, kunde resultatet ha varit en ”kolöverdosering”. Detta beror på att när koldioxid oxideras bildar det koldioxid, en viktig växthusgas som kan leda till en uppvärmningseffekt.
Detta är vad planetforskare tror hänt med Venus, där förekomsten av riklig CO2 - i kombination med dess ökade exponering för solstrålning - ledde till den helvetliga miljön som finns där idag. Men på jorden avlägsnades koldioxid från atmosfären genom silikat-karbonatcykeln, vilket gjorde det möjligt för jorden att uppnå en balanserad och livslång miljö.
"Huruvida 100 gånger mer kol skulle möjliggöra ett effektivt avlägsnande av växthusgasen är ifrågasättande åtminstone," sade Dr Trieloff. ”Kolet kunde inte längre lagras i karbonater, där det mesta av jordens CO2 lagras idag. Så mycket koldioxid i atmosfären skulle orsaka en så allvarlig och irreversibel växthuseffekt att haven skulle förångas och försvinna. ”
Det är ett välkänt faktum att livet här på jorden är kolbaserat. Att veta att förhållandena under det tidiga solsystemet förhindrade en överdos av kol som kunde ha förvandlat jorden till en andra Venus är verkligen intressant. Även om kol kan vara avgörande för livet som vi känner till det, kan för mycket betyda dödsfallet. Denna studie kan också komma till nytta när det gäller sökandet efter liv i extra-solsystem.
Vid undersökning av avlägsna stjärnor kunde astronomer fråga, "var primordiala förhållanden heta nog i det inre systemet för att förhindra en kolöverdosering?" Svaret på den frågan kan vara skillnaden mellan att hitta en Earth 2.0 eller en annan Venusliknande värld!
