I sin spædbarn kan Jorden have slugt en planet, der ligner Mercury, men meget større. Dette tidlige måltid kunne forklare den forundrede sammensætning af Jordens lag, og det kunne forklare det magnetiske felt, der gør livet her muligt.
Relateret indhold
- Ydmygt magnesium kan være med til at styrke jordens magnetfelt
- Jordens magnetfelt er mindst fire milliarder år gammel
- Metalregn kunne forklare, hvorfor jorden er lavet af forskellige ting end månen
”Vi tror, vi kan slå disse to fugle med en sten, ” siger Bernard Wood, en geokemiker ved University of Oxford, som rapporterede om denne uge i tidsskriftet Nature.
Hvis det forekommer utroligt, at vi i 2015 stadig ikke ved, hvordan vores verden dannede sig, skal du overveje, hvor svært det er at kigge på dets indre. De længste, hårdeste bor, der endnu er lavet, kan ikke bære ud over Jordens tynde ydre skorpe. Naturlige kanaler med varm klippe bringer hjælpsomt materialer op til overfladen fra det dybere mantelag, som vi kan studere, men selv disse søjler, hundreder af kilometer lange, virker overfladiske, når vi tænker på planetens centrum mere end 3.700 mil under os. At dele jordens historie er derfor lidt som at prøve at gætte, hvordan en kage blev bagt ved at smage på prikken over i'et og måske et par omstrejfede krummer. Der er stadig masser af plads til nye beviser og nye ideer.
”Det er spændende tidspunkt at være i marken, ” siger geokemiker Richard Carlson fra Carnegie-institutionen i Washington. ”Der kommer mange ting ud af undersøgelser af den dybe jord, som vi ikke forstår så godt.”
Den traditionelle opfattelse af, hvordan Jorden kom sammen, begynder med rumrester. Klipper, der ligner de stenede meteorer, der stadig regner ned på os i dag, glomede sammen til stadig større bidder. Presset, pummelet og opvarmet, en voksende mursten blev til sidst smeltet og derefter afkølet og dannede lag langsomt over milliarder af år. Geologiske krummer, der blev undersøgt i 1980'erne, hjalp med at bekræfte denne historie. Med undtagelse af visse metaller, såsom jern, hvoraf de fleste antages at have været sunket ned til Jordens kerne, syntes terrestriske klipper at være fremstillet af stort set de samme ting som chondrites, en bestemt gruppe af stenede meteorer.
Derefter for cirka et årti siden fandt Carlson plads til tvivl efter at have sammenlignet jordklipper og rumsten med bedre instrumenter. Hans team undersøgte to sjældne elementer med usædvanlige navne og magnetiske personligheder: neodym, en ingrediens i magneterne, der bruges i hybridbiler og store vindmøller, og samarium, der er almindeligt i hovedtelefonmagneter. Terrestriske prøver indeholdt mindre neodym i forhold til samarium end chondrites, fandt forskerne.
Denne lille uoverensstemmelse på kun få procent var stadig vanskelig at forklare. Måske, spekulerede Carlson, dannede en afkøling Jorden lag meget hurtigere end tidligere antaget, i titusinder af millioner år i stedet for milliarder. Et øverste lag, der hurtigt blev dannet, ville blive udtømt i neodym, afbalanceret af et nedre lag, der skjulte det manglende element dybt i mantlen. Der er dog ikke fundet noget bevis for dette hemmelige reservoir. Dens tendens til at forblive hårdnakket fast i dybden er vanskelig at forklare i betragtning af, at mantelen klynger som kogende suppe, hvilket ofte bringer sine ingredienser til overfladen, når det skaber vulkaner. Og hvis månen blev født, da et planetarisk legeme smadrede ind i Jorden, som det almindeligt er antaget, skulle smeltningen forårsaget af denne påvirkning have blandet reservoiret tilbage i mantelen.
I stedet for at forsøge at redegøre for skjult neodym, kom en anden gruppe forskere op med en måde at slippe af med det. De forestillede sig en skorpe beriget med neodym, der voksede på de kondritiske klipper, som Jorden blev lavet ud af. Kollisioner mellem disse genstande kunne have skrabet meget af dette ydre lag og gjort neodymium sjældnere.
Men der er også problemer med denne opfattelse. Der er aldrig fundet nogen meteoritter med sammensætninger, der ligner det eroderede affald. Den afskårne hud ville også have taget med sig meget af jordens varme. Uran, thorium og andre radioaktive materialer, som vi ved, er ansvarlige for vores planetens varme, ville også have havnet i det fjernede lag.
”Cirka 40 procent af Jordens varmeproducerende elementer ville gå tabt i rummet, ” siger Ian Campbell, geokemiker ved det australske National University.
I håb om at holde fast ved disse kritiske elementer besluttede Wood at finpusse jordens kemi i sin ungdom. Han hentede inspiration fra en af de fremmede planeter i vores solsystem: Merkur. Kemisk set er den nærmeste planet til solen et helvede sted fyldt med faktisk svovl, der er kendt af moderne videnskab som svovl. Hvordan ville der dannes lag i en ung jord, hvis planeten lignede mere Merkur? For at besvare dette spørgsmål føjede Træ svovl til blandinger af elementer beregnet til at simulere sammensætningen af den primitive jord. Han kogte de spottede planeter ved temperaturer så varme som brændende jetbrændstof og bankede dem med et stempel for at trykke ca. 15.000 gange det, der indeholdt i en typisk husholdningskoger.
Doseret med nok svovl begravede miniatyrprotoverdenne neodym, da de dannede lag - ikke i deres falske kappe, men stadig dybere i deres falske kerner. Neodym, der er fanget i kernen for godt, kunne forklare Carlsons anomali. Denne ekstra svovl kunne have kommet fra en kviksølvlignende genstand, der tidligt ramte den voksende jord, måske endda den samme genstand, der antages at have dannet månen, antyder Wood.
”Vi ville have brug for et legeme, der er 20 til 40 procent størrelsen på Jorden.” Det er også muligt, at Jorden voksede i starten fra en kerne, der ikke var fremstillet af kondritter, men fra anden rumstorm, der er rig på svovl. Uanset hvad, denne kosmiske historie kunne have sat scenen for livets opkomst på Jorden. Det skyldes, at svovl også ville have bidraget til at trække uran og thorium ind i kernen. Den tilføjede varme fra disse radioaktive elementer kunne hjælpe med at svæve den ydre del af kernen, og denne kraftige bevægelse af smeltet metal antages at give anledning til strømme, der igen genererer Jordens magnetfelt.
En illustration (ikke i skala) af solen og dens interaktion med Jordens magnetfelt. (NASA Goddard Space Flight Center) Uden magnetisme ville havskildpadder og havkaptajner ikke være i stand til at navigere - eller endda eksistere. Livet ville ikke have været muligt på planetens overflade uden den beskyttelse, som feltet giver mod partikler med høj energi, der strømmer ud af solen.
Woods kolleger beskriver hans teori som plausibel. Men ligesom de andre oprindelseshistorier, der er skrevet i de senere år om Jorden, er det langt fra definitivt. For det første faldt temperaturerne og trykket, der blev nået i eksperimentet, så ekstreme som de var, langt under forholdene inde i proto-jorden. For en anden har undersøgelser af, hvordan jordskælv bevæger sig gennem planetens indre, lagt grænser for, hvor let kernen kan være, og at dumpe masser af svovl i midten af planeten kunne sætte kernen ubehageligt tæt på disse grænser.
For at styrke sin sag planlægger Wood at skure den periodiske tabel for andre elementer med mystiske overflod, der kunne forklares ved at tilføje svovl til den oprindelige blanding. I betragtning af feltets historie kræver det meget at overbevise skeptikere som Bill McDonough, en geokemiker ved University of Maryland. ”Jeg satte denne idé godt under 50 procent chancen for at have ret, ” siger han .
