Izotop srebra opowiada historię powstania Ziemi

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Dokładna historia powstania i ewolucji naszej planety to chyba - zaraz po powstaniu życia - największa zagadka i najtrudniejsza łamigłówka nauki. Jak bowiem badać czas, z którego nie dysponujemy choćby kawałkami materialnych świadków? Okazuje się, że można wiele faktów wydedukować z istniejących danych, na przykład ze zmiennej ilości izotopów niektórych pierwiastków.

Naukowcy z Carnegie Institution zajęli się rzadkim i cennym pierwiastkiem: srebrem, które pozwoliło im poznać etapy rozwoju Ziemi cztery i pół miliarda lat temu. Oto, jak im się udało.

W porównaniu do Układu Słonecznego jako całości, Ziemia jest raczej uboga w ulotne pierwiastki, takie jak wodór, węgiel, azot. Podobnie uboga jest w srebro, które jest mniej ulotne. Pytanie, jakie zadawali sobie autorzy badania, to: kiedy Ziemia została tych pierwiastków pozbawiona? Odpowiedzi udzielił jeden z dwóch stabilnych izotopów srebra: srebro-107. Powstawał on w samych początkach formowania się naszego Układu, poprzez gwałtowny rozpad niestabilnego izotopu palladu-107. Ten jest z kolei tak niestabilny, że całe jego zapasy rozpadły się i przekształciły w ciągu zaledwie pierwszych 30 milionów lat istnienia naszego Systemu Słonecznego.

Srebro jest bardziej ulotne od palladu, który z kolei łatwiej wiąże się z żelazem. Stosunek zawartości tych izotopów w skałach stanowi zatem dobry wyznacznik historii powstania tychże skał. Porównanie stosunku tych izotopów w skałach pochodzących z płaszcza Ziemi, oraz w pierwotnych meteorytach pozwoliło na określenie historii ziemskich ulotnych pierwiastków w odniesieniu do formowania się żelaznego jądra Ziemi. Chociaż meteoryty zawierały znacznie większe ilości ulotnych pierwiastków, ich wzajemny stosunek był identyczny, jak ten w skałach ziemskich. Według tych danych, kluczowe pierwiastki i związki chemiczne, takie jak woda, były obecne w ziemskich skałach od samego początku, zamiast, co sugerowały niektóre teorie, być przechwyconymi później, na przykład z komet.

Wyniki innych badań jednak, zwłaszcza izotopów hafnu i wolframu sugerują, że jądro ziemi uformowało się 30 do 100 milionów lat po powstaniu naszego Układu. Tymczasem badania izotopów srebra wskazywały na znacznie wcześniejszy okres: 5 do 10 milionów lat. Kolejna zagadka. Jak to złączyć w całość?

Pozorna sprzeczność wyników znika, kiedy założymy, że Ziemia tworzyła się z materiału ubogiego w ulotne pierwiastki, aż do momentu osiągnięcia około 85% swojej obecnej masy. Potem, w końcowym okresie formowania się, około 26 milionów lat po powstaniu Układu, zgromadziła materiał bogaty w ulotne pierwiastki i związki. Najprawdopodobniej stało się to nagle, w wyniku katastrofalnej kolizji pra-Ziemi z obiektem rozmiaru Marsa; w wyniku tej kolizji z wyrzuconego na orbitę materiału powstał Księżyc.

Rezultat badań zgadza się z teoretycznym modelem „akrecji heterogenicznej" powstania planety, według której skład ziemskich skał zmieniał się w czasie w miarę jej przybierania na masie.

Badanie przeprowadzili naukowcy z Carnegie Institution: Maria Schönbächler, Erik Hauri, Mary Horan oraz Tim Mock .