Den accepterade teorin inom astrofysik och kosmokemi är att jorden bildats av kondriter (asteroider av damm och sten från solsystemets bildande). De är relativt små, enkla block av sten med många gånger en metallhalt som bildats tidigt i solsystemets historia, förklarar den nya studiens huvudförfattare, Paolo Sossi, professor i experimentell planetologi vid ETH Zürich. Problemet med teorin som står i läroböcker och som man oftast utgår från är att ingen blandning av dessa kondriter kan förklara jordens exakta sammansättning vilken borde varit mycket lägre i form av väte och helium än den är.
Olika hypoteser har lagts fram genom åren för att förklara
skillnaden. Till exempel postulerades att det var kollisionerna av kondriter
vilka över tid bildade jorden genererade enorma mängder värme. Som förångade gas och
lämnade planeten i sin nuvarande sammansättning.
Sossi är dock övertygad om att dessa teorier inte är sannolika då denna teori inte stämmer med mätresultat av isotopsammansättningen
av jordens olika grundämnen: "Isotoper består av ett kemiskt grundämne alla med samma antal av protoner men med olika antal neutroner. Isotoper med färre
neutroner är lättare och bör därför kunna avdunsta lättare. Om teorin om
förångning genom uppvärmning är korrekt skulle vi hitta färre av dessa isotoper
av gas på jorden idag än i de ursprungliga kondriterna. Men det är just det som
isotopmätningar inte visar.
Sossis team letade därför efter en annan lösning. –
Dynamiska modeller med vilka vi simulerar bildandet av planeter visar att
planeterna i vårt solsystem bildades successivt. Små korn växte med tiden till
kilometerstora block och så fortsatte det. Mer och mer material ackumulerades
genom gravitationskraften, förklarar Sossi.
I likhet med kondriter är planetsimalor också små kroppar av sten och metall. Men till skillnad från kondriter har de värmts upp tillräckligt för att differentieras till en metallkärna med en stenig mantel. "Dessutom kan planetesimalor som bildas i olika områden runt en ung sol eller vid olika tidpunkter ha olika kemiska sammansättningar", tillägger Sossi. Frågan är om den slumpmässiga kombinationen av olika slag av planetesimalor i datasimuleringar resulterar i en sammansättning som matchar jordens.
Min uppfattning är att de alla bör ha ungefär
samma sammansättning i ett specifikt solsystem. Men med vissa skillnader (min
anm.).
För att ta reda på det körde teamet simuleringar där
tusentals planetesimaler kolliderade med varandra i det tidiga solsystemet.
Modellerna utformades på ett sådant sätt att de med tiden
reproducerades till de fyra steniga planeterna Merkurius, Venus, Jorden och
Mars. Simuleringarna visade då att en blandning av många olika planetesimaler kan
leda till jordens sammansättning. Dessutom är jordens sammansättning till och
med det mest statistiskt sannolika resultatet utifrån dessa simuleringar.
"Även om vi hade misstänkt det tyckte vi
fortfarande att detta resultat var mycket anmärkningsvärt", minns Sossi.
"Vi har nu inte bara en mekanism som bättre förklarar jordens bildande, vi
har även en referens för att förklara bildandet av de andra steniga
planeterna", säger Sossi. Mekanismen kan till exempel användas för att
förutsäga hur Merkurius sammansättning skiljer sig från de andra steniga
planeternas. Eller hur steniga exoplaneter vid andra solsystem kan vara
sammansatta.
"Vår studie visar hur viktigt det är att
överväga både dynamiken och kemin när man försöker förstå planetbildning",
konstaterar Sossi.
Bild pixabay,com
