لسنوات عديدة، توقع العلماء أن العديد من العناصر التي تعتبر مكونات حيوية للحياة، مثل الكبريت والنيتروجين، جاءت لأول مرة إلى الأرض عندما اصطدمت أجسام من نوع الكويكبات التي كانت تحملها بسطح كوكبنا.
لكن البحث الجديد الذي نشره فريقنا في Science Advances يشير إلى أن العديد من هذه العناصر، التي تسمى المواد المتطايرة، ربما كانت موجودة في الأرض منذ البداية، أثناء تشكلها على شكل كوكب.
تتبخر المواد المتطايرة بسهولة أكبر من العناصر الأخرى. تشمل الأمثلة الشائعة الكربون والهيدروجين والنيتروجين، على الرغم من أن بحثنا ركز على مجموعة تسمى الكالكوجينات. الكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم كلها مواد كالكوجين.
إن فهم كيفية وصول هذه العناصر المتطايرة إلى الأرض يساعد علماء الكواكب مثلنا على فهم التاريخ الجيولوجي للأرض بشكل أفضل، ويمكن أن يعلمنا المزيد عن قابلية الكواكب الأرضية خارج الأرض للسكن.
لماذا يهم
تتنبأ نظرية “القشرة المتأخرة” الشائعة بأن الأرض تشكلت أولاً من مواد منخفضة المواد المتطايرة. وتقول النظرية إنه بعد تكوين قلب الأرض، أصبح الكوكب مواد متطايرة عندما اصطدمت أجسام غنية بالمواد المتطايرة من النظام الشمسي الخارجي بالسطح.
جلبت هذه الأجسام حوالي نصف بالمائة من كتلة الأرض. إذا كانت نظرية القشرة المتأخرة صحيحة، فإن معظم العناصر التي تشكل الحياة وصلت إلى الأرض في وقت ما بعد تشكل قلب الأرض.
لكن بحثنا الجديد يشير إلى أن الأرض كانت تحتوي على جميع العناصر المتطايرة الضرورية للحياة منذ البداية، أثناء تكوين الكوكب. تتحدى هذه النتائج نظرية القشرة المتأخرة وتتوافق مع دراسة أخرى تتبع أصل الماء على الأرض.
كيف قمنا بعملنا
لدراسة أصل المواد المتطايرة في الأرض، استخدمنا تقنية حسابية تسمى حساب المبادئ الأولى. تصف هذه التقنية سلوكيات النظائر، وهي ذرات عنصر لها أعداد مختلفة من النيوترونات. يمكنك التفكير في عنصر ما كعائلة – كل ذرة لديها نفس العدد من البروتونات، ولكن أبناء عمومة النظائر المختلفة لديهم أعداد مختلفة من النيوترونات.
تتصرف النظائر المختلفة بشكل مختلف قليلاً خلال كل مرحلة من مراحل تكوين الأرض. وتركت النظائر وراءها توقيعًا بعد كل مرحلة من مراحل التكوين يمكن للعلماء استخدامه كنوع من بصمات الأصابع لتتبع مكان وجودهم طوال فترة تكوين الأرض.
سمحت لنا حسابات المبادئ الأولى بحساب بصمات النظائر التي نتوقع رؤيتها لمختلف الكالكوجينات، اعتمادًا على كيفية تشكل الأرض. قمنا بتشغيل بعض النماذج وقارنا توقعاتنا للنظائر لكل نموذج مع القياسات الفعلية لنظائر الكالكوجين على الأرض.
لقد وجدنا أنه على الرغم من أن العديد من المواد المتطايرة تبخرت أثناء تكوين الأرض، عندما كانت ساخنة ومتوهجة، إلا أن الكثير منها لا يزال متبقيًا حتى اليوم. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن معظم المواد المتطايرة الموجودة على الأرض الآن من المحتمل أن تكون قد خلفتها المرحلة المبكرة من تكوين الأرض.
ماذا بعد
في حين أن دراسة مركبات الكالكوجين مثيرة للاهتمام، إلا أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تنظر إلى المواد المتطايرة الأخرى المهمة للحياة، مثل النيتروجين. والمزيد من الأبحاث حول كيفية تصرف هذه المواد المتطايرة في ظل الظروف القاسية يمكن أن تساعدنا في معرفة المزيد عن كيفية تصرف النظائر خلال كل مرحلة من مراحل نمو تكوين الأرض.
ونأمل أيضًا أن نستخدم هذا النهج لمعرفة ما إذا كانت بعض الكواكب الخارجية -كواكب خارج نظامنا الشمسي- يمكن أن تكون صالحة للحياة.
موجز البحث عبارة عن نبذة قصيرة عن العمل الأكاديمي المثير للاهتمام.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد.
كتب بواسطة: شيشون هوانغ، جامعة تينيسي و وينزونغ وانغ، جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين.
اقرأ أكثر:
يتم تمويل Shichun Huang من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم، ومنحة UTK Gerald D. Sisk للأستاذية.
يتلقى Wenzhong Wang تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين.