Большая часть азота на Земле - жизненно необходимого элемента - была получена из местных источников

По замыслу художника, вокруг молодой звезды изображен протопланетный диск из пыли и газа. Новое исследование Университета Райса показывает, что азот Земли поступал как из внутренних, так и из внешних областей диска, который сформировал нашу солнечную систему, вопреки более ранней теории. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения - Калтех.

Исследование под руководством риса показывает два разных источника жизненно важного элемента на современной планете.

Откуда взялся азот Земли? Ученые из Университета Райса показывают, что одним из первоисточников незаменимых строительных блоков для жизни был дом.

Изотопные сигнатуры азота в железных метеоритах показывают, что Земля, вероятно, собирала свой азот не только из области за пределами орбиты Юпитера , но и из пыли во внутреннем протопланетном диске.

Азот - летучий элемент, который, как углерод, водород и кислород, делает возможной жизнь на Земле. Знание его источника дает ключ к разгадке не только того, как формировались скалистые планеты во внутренней части нашей Солнечной системы, но и динамики протопланетных дисков, расположенных далеко друг от друг

Аспирант Университета Райса и ведущий автор Даманвир Гревал, сидящий вместе с преподавателем Радждипом Дасгуптой, провели исследование изотопного состава азота в железных метеоритах, чтобы показать, что у летучих элементов, отложившихся на Земле и других скалистых планетах в ранней солнечной системе, было более одного источника. Предоставлено: Джефф Фитлоу / Университет Райса.

Исследование, проведенное аспирантом Райс и ведущим автором Даманвиром Гревалом, преподавателем Райдипа Дасгупта и геохимиком Бернардом Марти в Университете Лотарингии, Франция, опубликовано в журнале Nature Astronomy .

Их работа помогает разрешить длительные споры о происхождении жизненно важных летучих элементов на Земле и других скалистых телах Солнечной системы.

«Исследователи всегда думали, что внутренняя часть Солнечной системы, в пределах орбиты Юпитера, была слишком горячей для азота и других летучих элементов, чтобы они могли конденсироваться в виде твердых тел, а это означает, что летучие элементы во внутреннем диске находились в газовой фазе», - сказал Гревал.

Поскольку семена современных каменистых планет, также известных как протопланеты, выросли во внутреннем диске за счет аккреции местной пыли, он сказал, что, похоже, они не содержат азота или других летучих веществ, что требует их доставки из внешней солнечной системы. Более раннее исследование группы показало, что большая часть этого богатого летучими веществами материала попала на Землю в результате столкновения, в результате которого образовалась Луна.

Но новые данные ясно показывают, что только часть азота на планете поступила из-за пределов Юпитера.

В последние годы ученые проанализировали нелетучие элементы в метеоритах, включая железные метеориты, которые время от времени падают на Землю, чтобы показать, что пыль во внутренней и внешней части Солнечной системы имеет совершенно разные изотопные составы.

«Идея отдельных резервуаров была разработана только для нелетучих элементов», - сказал Гревал. «Мы хотели проверить, верно ли это и для летучих элементов. Если да, то его можно использовать для определения резервуара летучих веществ на современных скалистых планетах ».

Железные метеориты - это остатки ядер протопланет, которые сформировались одновременно с зародышами современных скалистых планет, и стали дикой картой, которую авторы использовали для проверки своей гипотезы.

Исследователи обнаружили отчетливую изотопную сигнатуру азота в пыли, которая омыла внутренние протопланеты в течение примерно 300 000 лет после образования Солнечной системы. Все железные метеориты внутреннего диска содержали более низкую концентрацию изотопа азота-15, в то время как метеориты внешнего диска были богаты азотом-15.

Это говорит о том, что в течение первых нескольких миллионов лет протопланетный диск разделился на два резервуара: внешний, богатый изотопом азота-15, и внутренний, богатый азотом-14

Протопланетный диск Солнца был разделен на два резервуара: материал внутренней солнечной системы имел более низкую концентрацию азота-15, а материал внешней солнечной системы был богат азотом-15. Согласно новому исследованию Университета Райса, изотопный состав азота современной Земли находится посередине.

«Наша работа полностью меняет текущее повествование», - сказал Гревал. «Мы показываем, что летучие элементы присутствовали во внутренней пыли диска, вероятно, в форме тугоплавкой органики с самого начала. Это означает, что вопреки нынешнему мнению, семена нынешних каменистых планет, включая Землю, не были свободными от летучих веществ ».

Дасгупта сказал, что это открытие важно для тех, кто изучает потенциальную обитаемость экзопланет, тема, представляющая большой интерес для него как главного исследователя CLEVER Planets, совместного проекта, финансируемого НАСА, по изучению того, как жизненно важные элементы могут объединяться на далеких экзопланетах.

«По крайней мере, для нашей собственной планеты, теперь мы знаем, что весь азотный баланс исходит не только из материалов внешней солнечной системы», - сказал Дасгупта, профессор Земли, окружающей среды и планетных наук Мориса Юинга из Райса.

«Даже если на других протопланетных дисках не происходит миграция гигантских планет, приводящая к проникновению богатых летучими веществами материалов из внешних зон, их внутренние скалистые планеты, расположенные ближе к звезде, все равно могут получать летучие вещества из соседних зон», - сказал он. .