I sin spede begynnelse kan Jorden ha svelget en planet som ligner på Merkur, men mye større. Dette tidlige måltidet kunne forklare den forvirrende sminke av jordas lag, og det kan forklare magnetfeltet som gjør livet her mulig.
Relatert innhold
- Ydmyk magnesium kan føre til jordas magnetfelt
- Jordens magnetfelt er minst fire milliarder år gammelt
- Metallregn kunne forklare hvorfor jorden er laget av forskjellige ting enn månen
"Vi tror vi kan slå disse to fuglene med en stein, " sier Bernard Wood, en geokjemist ved University of Oxford som rapporterte ideen denne uken i tidsskriftet Nature.
Hvis det virker utrolig at vi i 2015 fremdeles ikke vet hvordan vår verden ble dannet, bør du vurdere hvor vanskelig det er å kikke på interiøret. De lengste, hardeste borene som er gjort ennå, kan ikke bore utenfor jordas tynne ytre skorpe. Naturlige kanaler med varm stein tar nyttig opp materialer til overflaten fra det dypere mantelaget for oss å studere, men selv disse kolonnene, hundrevis av kilometer lange, virker grunne når vi tenker på planetens sentrum mer enn 3700 mil under oss. Å dele sammen Jordens historie er derfor litt som å prøve å gjette hvordan en kake ble bakt ved å smake på melis og kanskje noen streite smuler. Det er fortsatt god plass til nye bevis og nye ideer.
"Det er spennende tid å være i felt, " sier geokjemiker Richard Carlson fra Carnegie Institution of Washington. "Mange ting kommer ut av studier av den dype jorden som vi ikke forstår så godt."
Det tradisjonelle synet på hvordan Jorden kom sammen, begynner med at rusk klumper seg sammen. Bergarter som likner på de steinete meteorene som fortsatt regner ned på oss i dag, glomet sammen til stadig større biter. Presset, pummelet og oppvarmet, en voksende steinspruthaug smeltet til slutt og ble deretter avkjølt, og dannet lag sakte over milliarder av år. Geologiske krummer som ble studert på 1980-tallet hjalp til med å bekrefte denne historien. Med unntak av visse metaller som jern, hvorav de fleste antas å ha sunket til jordens kjerne, så virket terrestriske bergarter å være laget av omtrent de samme tingene som chondrites, en bestemt gruppe steinete meteorer.
Så for omtrent et tiår siden fant Carlson rom for tvil, etter å ha sammenlignet jordartsbergarter og rombergarter ved å bruke bedre instrumenter. Teamet hans undersøkte to sjeldne elementer med uvanlige navn og magnetiske personligheter: neodym, en ingrediens i magnetene som ble brukt i hybridbiler og store vindturbiner, og samarium, vanlig i hodetelefonmagneter. Terrestriske prøver inneholdt mindre neodym i forhold til samarium enn kondrit, fant forskerne.
Denne lille avviken på bare noen få prosent var fremdeles vanskelig å forklare. Kanskje, spekulerte Carlson, en avkjølende jord dannet lag mye raskere enn tidligere antatt, i titalls millioner år i stedet for milliarder. Et øvre lag som dannet seg raskt, vil bli utarmet i neodym, balansert av et nedre lag som gjemte det manglende elementet dypt i mantelen. Det er imidlertid ikke funnet bevis for dette hemmelige reservoaret. Tendensen til å forbli hardnakket fast på dybden er vanskelig å forklare, gitt at mantelen kverner som kokende suppe, og ofte fører ingrediensene til overflaten når den skaper vulkaner. Og hvis månen ble født da et planetlegeme smadret inn i jorden, som det vanligvis er trodd, skal smeltingen forårsaket av den påvirkningen ha blandet reservoaret tilbake i mantelen.
I stedet for å prøve å redegjøre for skjult neodym, kom en andre gruppe forskere på en måte å bli kvitt det. De forestilte seg en jordskorpe beriket med neodym som vokste på de kondritiske bergartene som Jorden ble laget av. Påkjørsler mellom disse gjenstandene kunne ha skrapt bort store deler av dette ytre laget og gjort neodymium sjeldnere.
Men det er problemer med dette synet også. Ingen meteoritter har noen gang blitt funnet med komposisjoner som ligner det eroderte rusk. Også den sloughed-off huden ville ha tatt med seg mye av jordens varme. Uran, thorium og andre radioaktive materialer, som vi vet er ansvarlige for planetens varme, ville også havnet i det fjernede laget.
"Omtrent 40 prosent av jordens varmeproduserende elementer vil gå tapt for verdensrommet, " sier Ian Campbell, geokjemisten ved Australian National University.
I håp om å holde fast ved disse kritiske elementene bestemte Wood seg for å finjustere jordens kjemi i ungdommen. Han hentet inspirasjon fra en av de fremmed planetene i solsystemet vårt: Merkur. Kjemisk sett er den nærmeste planeten til solen et helvetes sted fylt med faktisk svovel, kjent for moderne vitenskap som svovel. Hvordan ville lag dannet seg i en ung jord hvis planeten lignet mer på Merkur? For å svare på dette spørsmålet, la Wood svovel til blandinger av elementer ment å simulere sammensetningen av den primitive jorden. Han kokte de spotte planetene ved temperaturer så varme som brennende jetbrensel og banket dem med et stempel for å presse omtrent 15 000 ganger i et typisk husholdnings trykkoker.
Dosert med nok svovel, begravde miniatyrproto-verdenene neodym når de dannet lag — ikke i sine falske mantler, men dypere fremdeles i sine falske kjerner. Neodym som er fanget i kjernen for godt, kan forklare Carlsons anomali. Denne ekstra svovelen kunne ha kommet fra en kvikksølvlignende gjenstand som traff den voksende jorden tidlig, kanskje til og med den samme gjenstanden antatt å ha dannet månen, antyder Wood.
"Vi ville trenge et legeme på 20 til 40 prosent av jordens størrelse." Det er også mulig at Jorden vokste i starten fra en kjerne laget ikke av kondritter, men fra andre romsterker som er rike på svovel. Uansett kunne denne kosmiske historien ha satt scenen for fremveksten av livet på jorden. Det er fordi svovel også ville bidratt til å trekke uran og thorium inn i kjernen. Den tilførte varmen fra disse radioaktive elementene kan bidra til å kverne den ytre delen av kjernen, og denne kraftige bevegelsen av smeltet metall antas å gi opphav til strømningene som igjen genererer Jordens magnetiske felt.
En illustrasjon (ikke på skala) av solen og dens interaksjon med jordas magnetfelt. (NASA Goddard Space Flight Center) Uten magnetisme ville ikke havskilpadder og sjøkapteiner være i stand til å navigere - eller til og med eksistere. Livet ville ikke vært mulig på planetens overflate uten den beskyttelsen feltet gir mot høye energi-partikler som strømmer ut av solen.
Woods kolleger beskriver teorien hans som sannsynlig. Men som de andre opprinnelseshistoriene som har blitt skrevet de siste årene om Jorden, er det langt fra definitivt. For en ting var temperaturene og trykket som nådde i eksperimentet, så ekstreme som de var, langt under forholdene inne på proto-Earth. For en annen har studier av hvordan jordskjelv beveger seg gjennom planetens indre satt grenser for hvor lett kjernen kan være, og å dumpe mye svovel i sentrum av planeten kan sette kjernen ubehagelig nær disse grensene.
For å styrke saken hans, planlegger Wood å skure periodiske tabeller for andre elementer med mystiske overflod som kan forklares ved å legge svovel til den primordiale blandingen. Gitt feltets historie, vil det ta mye å overbevise skeptikere som Bill McDonough, en geokjemiker ved University of Maryland. "Jeg la denne ideen godt under 50 prosent sjansen for å ha rett, " sier han .
