Alkuvaiheessaan Maa on saattanut niellä elohopeaa muistuttavan planeetan, mutta paljon isompaa. Tämä varhainen ateria saattoi selittää maapallon kerrosten hämmentävän meikin, ja se voisi selittää magneettikentän, joka tekee mahdolliseksi elämän täällä.
Asiaan liittyvä sisältö
- Nöyrä magnesium voi voimistaa maan magneettikenttää
- Maan magneettikenttä on vähintään neljä miljardia vuotta vanha
- Metallisateet voisivat selittää miksi maapallo on valmistettu muusta kuin kuun
"Uskomme, että voimme lyödä nämä kaksi lintua yhdellä kivillä", sanoo Oxfordin yliopiston geokemialainen Bernard Wood, joka kertoi ideasta tällä viikolla Nature- lehdessä .
Jos vaikuttaa uskomattomalta, että emme vieläkään tiedä vuonna 2015, kuinka maailmallemme muodostui, harkitse kuinka vaikeaa on kurkistaa sen sisustusta. Pisin, vaikein vielä tehty poraus ei voi porata maapallon ohuen ulkokuoren ulkopuolelle. Kuumakivien luonnolliset kanavat tuovat materiaaleja pintaan syvemmästä vaippakerroksesta tutkittavaksi, mutta jopa nämä satojen mailien mittaiset pylväät näyttävät matalilta, kun ajattelemme planeetan keskustaa enemmän kuin 3 700 mailia meitä alapuolella. Maan historian yhteensovittaminen on siksi vähän kuin yrittäisi arvata, kuinka kakku leivottiin maistamalla jäätä ja mahdollisesti muutamaa kulkevaa murua. Uusille todisteille ja uusille ideoille on vielä paljon tilaa.
"On mielenkiintoista olla kentällä", sanoo geokemisti Richard Carlson Washingtonin Carnegie-instituutista. "Syvän maan tutkimuksista on tulossa paljon asioita, joita emme ymmärrä kovin hyvin."
Perinteinen näkemys siitä, kuinka maapallon yhdistyi, alkaa avaruusjätteiden kerääntymisestä. Kiviä, jotka muistuttavat kivisiä meteoreja, jotka satavat edelleen meille tänään, kimaltuivat yhä suuremmiksi paloiksi. Puristettu, pummeltu ja kuumennettu, kasvava rauniokasa sulatti lopulta ja jäähdytettiin, jolloin muodostui kerroksia hitaasti miljardien vuosien ajan. 1980-luvulla tutkitut geologiset murut auttoivat tukemaan tätä tarinaa. Tiettyjä metalleja, kuten rautaa lukuun ottamatta, joiden suurimman osan uskotaan uppuneen maan ytimeen, maaperäiset kivet näyttivät olevan valmistettu melkein samoista tavaroista kuin chondritit, tietystä kivisten meteorien ryhmästä.
Sitten noin kymmenen vuotta sitten, Carlson löysi tilaa epäilyksille vertaamalla maapallon ja avaruuskiviä parempia instrumentteja käyttämällä. Hänen tiiminsä tutki kahta harvinaista elementtiä, joilla oli epätavallinen nimi ja magneettinen persoonallisuus: neodyymi, hybridi-autoissa ja suurissa tuuliturbiineissa käytettyjen magneettien aineosa, ja samarium, yleinen kuulokemagneeteissa. Maanpäälliset näytteet sisälsivät vähemmän neodyymiä suhteessa samariumiin kuin chritriitit, tutkijat havaitsivat.
Tämä pieni, vain muutaman prosentin ero, oli edelleen vaikea selittää. Ehkä, Carlson spekuloi, jäähtyvä maa muodosti kerroksia paljon nopeammin kuin aiemmin ajateltiin, kymmenien miljoonien vuosien aikana miljardien sijasta. Yläkerros, joka muodostui nopeasti, ehtyisi neodyymistä, jota tasapainottaa alempi kerros, joka piilotti puuttuvan elementin syvälle vaippaan. Tästä salaisesta säiliöstä ei kuitenkaan ole löydetty todisteita. Sen taipumusta pysyä itsepintaisesti kiinni syvyydessä on vaikea selittää, koska vaippa rypistyy kuin keitto keittoa ja tuo usein aineosat pinnalle, koska se luo tulivuoria. Ja jos kuu syntyi, kun planeettakappale osui maahan, kuten yleisesti ajatellaan, kyseisen iskun aiheuttaman sulamisen olisi pitänyt sekoittaa säiliö takaisin vaippaan.
Sen sijaan, että yrittäisivät ottaa huomioon piilotettu neodyymi, toinen tutkijaryhmä keksi tapa päästä eroon. He kuvittelivat neodyymirikastettua kuorta, joka kasvaa chondritic-kivillä, joista maa tehtiin. Näiden esineiden väliset törmäykset olisivat voineet kaapia suuren osan tästä ulkokerroksesta, jolloin neodyymi on harvinaisempi.
Mutta myös tässä näkemyksessä on ongelmia. Meteoriitteja ei ole koskaan löydetty koostumuksista, jotka ovat samanlaisia kuin erodoitunut roska. Lisäksi se surkeutunut iho olisi ottanut sen mukanaan suuren osan maan lämmöstä. Uraani, torium ja muut radioaktiiviset materiaalit, jotka tiedämme olevan vastuussa planeettamme lämmöstä, olisivat myös päätyneet poistettuun kerrokseen.
"Noin 40 prosenttia maapallon lämpöä tuottavista elementeistä menetetään avaruuteen", sanoo Australian kansallisen yliopiston geokemialainen Ian Campbell.
Toivoen pitävänsä yllä näitä kriittisiä elementtejä, Wood päätti säätää maan kemiaa nuoruudessaan. Hän sai inspiraatiota yhdestä aurinkokuntamme muukalaisista planeetoista: Mercurysta. Kemiallisesti aurinkoa lähinnä oleva planeetta on helvetin paikka, joka on täynnä todellista tulikiveä, jonka nykytiede tunnetaan rikinä. Kuinka kerrokset muodostuisivat nuoressa maassa, jos planeetta näytti enemmän kuin elohopea? Vastaamaan tähän kysymykseen Wood lisäsi rikkiä elementtiseoksiin, joiden tarkoituksena oli simuloida primitiivisen maan koostumusta. Hän keitti malti planeettoja niin kuumissa lämpötiloissa kuin polttamalla suihkukonepolttoainetta ja pisti ne männän avulla paineisiin, jotka olivat noin 15 000-kertaisia paineisiin tyypillisessä kotitalouspainekattilassa.
Riittävästi rikkiä sisältävillä pienoisproto-maailmoilla haudattiin neodyymia muodostuessaan kerroksia - ei väärennettyihin vaippakohtiin, mutta syvemmälle niiden vääriin ytimiin. Ytimeen loukkuun jäänyt neodyymi saattaa johtua Carlsonin poikkeavuudesta. Tämä ylimääräinen rikki olisi voinut tulla elohopeamaiselta esineeltä, joka iski kasvavaan maapallon varhaisessa vaiheessa, ehkä jopa sama esine, jonka ajateltiin muodostavan kuun, ehdottaa Wood.
”Tarvitsisimme ruumiin, jonka koko on 20–40 prosenttia maapallosta.” On myös mahdollista, että maapallo kasvoi alussa ytimestä, joka ei ollut valmistettu chritriiteistä, vaan muusta rikirikasista avaruusmuurauksesta. Joka tapauksessa tämä kosminen juoni saattoi asettaa vaiheen elämän nousulle maan päällä. Tämä johtuu siitä, että rikki olisi myös auttanut vetämään uraania ja toriumia ytimeen. Näistä radioaktiivisista elementeistä lisätty lämpö voi auttaa kiertämään ytimen ulomman osan, ja tämän sulan metallin voimakkaan liikkeen uskotaan aiheuttavan virtauksia, jotka puolestaan tuottavat Maan magneettikentän.
Kuva (ei mittakaavassa) auringosta ja sen vuorovaikutuksesta maan magneettikentän kanssa. (NASA Goddardin avaruuslentokeskus) Ilman magnetismia merikilpikonnat ja merikapteenit eivät voisi navigoida - tai edes olemassa. Elämä ei olisi ollut mahdollista planeetan pinnalla ilman suojaa, jota kenttä tarjoaa korkean energian hiukkasille, jotka virtaavat auringosta.
Woodin kollegat kuvaavat hänen teoriaansa uskottavaksi. Mutta kuten muutkin viime vuosina maasta kirjoitetut alkuperätarinat, se ei ole kaukana lopullisesta. Yhtäältä kokeessa saavutetut lämpötilat ja paineet, niin äärimmäiset kuin ne olivat, kaukana kaukana alkuperäisen maan sisäisistä olosuhteista. Toisaalta tutkimukset siitä, kuinka maanjäristykset kulkevat planeetan sisätilojen läpi, ovat asettaneet rajat siitä, kuinka vaaleaa ydin voi olla, ja paljon rikkiä tyhjentämällä planeetan keskelle, saattaa ydin olla epämiellyttävästi lähellä näitä rajoja.
Vakuutuksensa vahvistamiseksi Wood aikoo kaataa jaksollisen taulukon muille alkuaineille, joiden salaisuus on runsaasti ja jotka voidaan selittää lisäämällä rikkiä alkuperäiseen sekoitukseen. Alan historia huomioon ottaen tarvitaan paljon vakuuttamaan epäilijöitä, kuten Bill McDonough, geokemisti Marylandin yliopistossa. "Lasin tämän idean selvästi alle 50 prosentin mahdollisuuden olla oikeassa", hän sanoo .
