Dawne meteoryty a wczesny Układ Słoneczny

Artystyczna koncepcja formowania się wczesnego Układu Słonecznego. Prawa autorskie: NASA/JPL-Caltech.

Zrozumienie najdawniejszej historii Ziemi - historii od chwili jej powstania zmateriału zgromadzonego we wczesnym Układzie Słonecznym aż po stan obecny, w którym Ziemia ma metaliczne jądro, płaszcz i cienką skorupę - wiąże się ściśle z badaniem meteorytów. Nowe badania naukowe w tym temacie skoncentrowane są najednym szczególnym rodzaju starych meteorytów - tak zwanych diogenitach. Ich przykładowe próbki zostały przebadane różnymi technikami, w tym precyzyjną analizą ich składu, co daje nam wkład w wiedzę o procesach chemicznych, jakie miały miejsce w bardzo młodym Układzie Słonecznym.

W pewnym momencie planety typu słonecznego oraz większe ciała uformowały się z materiału tworzącego wczesny Układ słoneczny, a ich wewnętrzna struktura zaczęła różnicować się na poszczególne warstwy - metaliczne, ciekłe jądro planety, krzemianowy płaszcz oraz skorupę. Proces ten wymagał jednak dużych ilości ciepła. Jego źródłem mogły być rozpady krótkotrwałych izotopów (przemiana energetyczna zachodząca w warunkach, gdy gęste metale są fizycznie rozdzielane od lżejszych krzemianów), oraz wpływy pochodzące od większych obiektów w Układzie Słonecznym. Wiemy z dotychczasowych badań, że płaszcz Ziemi i Księżyca powstał w ten sposób przed co najmniej 4.4 miliardami lat, a w przypadku Marsa - aż 4.5miliarda lat temu.

Według  tej teorii, gdy w planecie powstaje metaliczne jądro, pewne pierwiastki (takie jak osm, iryd, platyna, pallad, ruten i ren, zwane pierwiastkami syderofilnymi [1], czyli "chętnie łączącymi się z żelazem") gromadzą się właśnie w jądrze. Jednak z badań zdaje się wynikać, że płaszcze Ziemi, Księżyca oraz Marsa zawierają więcej tych elementów niż powinny, zgodnie z powyższa teorią. Naukowcy starali się to wytłumaczyć na wiele różnych sposobów. Jedna z takich teorii związana jest z meteorytami znanymi jako diogenity.

Diogenity są pewnym podtypem meteorów, które być może pochodzą z asteroidy Westa. Reprezentują one jedne z najstarszych dostępnych dla nas przykładów ciał, w których zachodziły procesy chemiczne związane z silnym ich podgrzewaniem. Co więcej, Westa, lub inne podobne ciała były prawdopodobnie na tyle masywne i wielkie, że mogły spowodować wykształcenie się budowy warstwowej w przypadku Ziemi i pozostałych planet typu skalistego

Międzynarodowy zespół przeanalizował siedem diogenitów pochodzących z Antarktydy oraz dwa znalezione na pustyni afrykańskiej. Potwierdzono, że muszą one pochodzić z nie więcej niż dwóch ciał macierzystych, a krystalizacja zawartych w nich minerałów miała miejsce około 4.6 miliarda lat temu, czyli zaledwie dwa miliardy lat po kondensacji najstarszych ciał pierwotnego Układu Słonecznego. Badania dowodzą też, że pierwiastki takie jak osm, platyna, pallad, rut i iryd, zawarte w tych meteorytach, były też już obecne w czasie, gdy uformowały się skały, z których meteoryty te pochodzą. Mogło to się zdarzyć tylko w takiej sytuacji, gdy miał miejsce późniejszy, dodatkowy udział tych pierwiastków w procesie akrecji - już po uformowaniu się planetarnych jąder. Czasowe ograniczenie na tą późną akrecję jest  wcześniejsze niż początkowo sądzono, a proces ten musiał poprzedzać w czasie podobne procesy które musiały niegdyś zajść w przypadku Ziemi, Marsa i Księżyca.

Co istotniejsze, wyniki tych badań wskazują na to, że akrecja planetarna, formowanie się jąder planet i różnicowanie fizyczne ich warstw dokonały się łącznie nieco ponad dwoma do trzech milionami lat w przypadku pewnych ciał w Układzie Słonecznym. W przypadku Ziemi zaś nastąpiły po tym kolejno: powstanie skorupy ziemskiej, atmosfery i płyt tektonicznych - stąd też nie mamy na Ziemi tak dobrze zachowanych dowodów i pozostałości po tym wczesnym okresie w historii naszej planety.


[1] Pierwiastki syderofilne  to żelazo oraz inne pierwiastki chemiczne mające mniejsze niż żelazopowinowactwo chemiczne do tlenu i siarki. Wykazujące dużąrozpuszczalność w stopach metalicznego żelaza. Do pierwiastków syderofilnychzalicza się kobalt, nikiel i wszystkie platynowce. Pierwiastki te są skoncentrowane głównie w jądrze Ziemi.

Liczba odsłon: 1655