• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Ny typ av kosmiskt stoft i meteoriter kan avslöja ursprunget till vattnet på jorden

    En sidovy av Allende-meteoriten, visar de vita CAl-inneslutningarna. Kredit:California Institute of Technology

    Forskare har upptäckt en ny typ av stjärndamm vars sammansättning indikerar att det bildades under en sällsynt form av nukleosyntes (processen genom vilken nya atomkärnor skapas) och kan kasta nytt ljus över vattnets historia på jorden.

    Ett team ledd av kosmokemister från Caltech och Victoria University of Wellington i Nya Zeeland studerade forntida mineralaggregat i Allende-meteoriten (som föll till jorden 1969) och fann att många av dem hade ovanligt höga mängder strontium-84, en relativt sällsynt lätt isotop av grundämnet strontium som är så kallat för de 84 neutronerna i dess kärna.

    "Strontium-84 är en del av en familj av isotoper som produceras genom en nukleosyntetisk process, heter p-processen, som förblir mystiskt, " säger Caltechs François L. H. Tissot, biträdande professor i geokemi. "Våra resultat pekar på överlevnaden av spannmål som eventuellt innehåller rent strontium-84. Det här är spännande, eftersom den fysiska identifieringen av sådana korn skulle ge en unik chans att lära sig mer om p-processen."

    Tissot och samarbetspartnern Bruce L. A. Charlier från Victoria University of Wellington är medförfattare till en studie som beskriver resultaten som publicerades i Vetenskapens framsteg den 9 juli.

    "Det här är verkligen intressant, " säger Charlier. "Vi vill veta vad det här materialets natur är och hur det passar in i blandningen av ingredienser som bildade receptet för planeterna."

    Strontium (atomsymbol:Sr), en kemiskt reaktiv metall, har fyra stabila isotoper:strontium-84 och dess tyngre kusiner som har 86, 87, eller 88 neutroner i sina kärnor. Forskare har funnit att strontium är användbart när man försöker datera objekt från det tidiga solsystemet eftersom en av dess tunga isotoper, strontium-87, produceras genom sönderfallet av den radioaktiva isotopen rubidium-87 (atomsymbol:Rb).

    Rubidium-87 har en mycket lång halveringstid, 49 miljarder år, vilket är mer än tre gånger universums ålder. Halveringstid representerar den tid som krävs för att radioaktiviteten i en isotop ska sjunka till hälften av dess ursprungliga värde, tillåter dessa isotoper att fungera som kronometrar för att datera prover på varierande tidsskalor. Den mest kända radioaktiva isotopen som används för datering är kol-14, den radioaktiva isotopen av kol; med en halveringstid på cirka 5, 700 år, kol-14 kan användas för att bestämma åldern på organiska (kolhaltiga) material på mänskliga tidsskalor, upp till cirka 60, 000 år. Rubidium-87, i kontrast, kan användas för att datera de äldsta objekten i universum, och, närmare hemmet, objekten i solsystemet.

    Det som är särskilt attraktivt med att använda Rb–Sr-paret för dejting är att rubidium är ett flyktigt ämne – det vill säga, det tenderar att avdunsta för att bilda en gasfas även vid relativt låga temperaturer – medan strontium inte är flyktigt. Som sådan, rubidium är närvarande i en högre andel i solsystemobjekt som är rika på andra flyktiga ämnen (som vatten), eftersom de bildades vid lägre temperaturer.

    kontraintuitivt, Jorden har ett Rb/Sr-förhållande som är 10 gånger lägre än det för vattenrika meteoriter, antyder att planeten antingen ansamlats från vattenfattiga (och därmed rubidiumfattiga) material eller så har den ansamlats från vattenrika material men förlorat det mesta av sitt vatten med tiden samt sitt rubidium. Att förstå vilka av dessa scenarier som ägde rum är viktigt för att förstå vattnets ursprung på jorden.

    En CAI-inneslutning i Allende-meteoriten. Denna inkludering innehåller strontium, som isolerades och studerades av Tissot och kollegor. Kredit:California Institute of Technology

    I teorin, Rb–Sr-kronometern borde kunna reta isär dessa två scenarier, eftersom mängden Sr-87 som produceras av radioaktivt sönderfall under en given tidsperiod inte kommer att vara densamma om jorden startade med mycket rubidium kontra mindre av materialet.

    I det senare scenariot, dvs. med mindre rubidium, den nybildade jorden skulle ha varit fattig på flyktiga ämnen som vatten, sålunda skulle mängden Sr-87 i jorden och i flyktiga-fattiga meteoriter vara liknande den som observerats i de äldsta kända solsystemets fasta ämnen, de så kallade CAI:erna. CAI är kalcium- och aluminiumrika inneslutningar som finns i vissa meteoriter. Går tillbaka 4,567 miljarder år, CAI representerar de första objekten som kondenserades i den tidiga solnebulosan, den tillplattade, roterande skiva av gas och damm från vilken solsystemet föddes. Som sådan, CA:er erbjuder ett geologiskt fönster till hur och från vilken typ av stjärnmaterial solsystemet bildades.

    "De är kritiska vittnen till de processer som hände medan solsystemet bildades, säger Tissot.

    Dock, sammansättningen av CAI har länge förvirrat forskarnas förmåga att avgöra om jorden bildades mestadels torr eller inte. Det beror på att CAs, till skillnad från andra solsystemmaterial, har anomala förhållanden av de fyra strontiumisotoperna, med en något förhöjd andel strontium-84. Således, de utgör en utmaning för giltigheten av rubidium-strontiumdateringssystemet. Och de väcker också en nyckelfråga:Varför är de olika?

    Att lära sig mer, Tissot och Charlier tog nio exemplar av så kallade finkorniga CA:er. Finkorniga CAI:er har bevarat sitt kondensat (det vill säga snöflingaliknande) konsistens, vilket vittnar om deras orörda natur.

    Teamet lakade mödosamt ut dessa CAI genom att bada dem i gradvis hårdare syror för att ta bort de mer kemiskt reaktiva mineralerna (och strontiumet de innehåller), lämnar ett koncentrat av endast den mest resistenta fraktionen. Det slutliga provet innehöll nästan ren Sr-84, medan ett typiskt prov består av 0,56 procent Sr-84.

    "Steg-lakning är lite av ett trubbigt instrument eftersom du inte är helt säker på exakt vad det är du förstör vid varje steg, " säger Charlier. "Men kärnan i vad vi har hittat är, när du har tagit bort 99 procent av de vanliga komponenterna inom CAI, det vi har kvar är något mycket exotiskt som vi inte hade förväntat oss."

    "Signaturen är olik allt annat som finns i solsystemet, " säger Tissot. Kornen som bär denna signatur, Tissot och Charlier avslutade, måste ha bildats före solsystemets födelse och överlevt den där katastrofala processen under vilken stjärnkornen värmdes upp till extremt höga temperaturer, förångad, och kondenseras sedan till fasta material.

    Med tanke på den relativa mängden strontium-84, upptäckten pekar på den sannolika förekomsten i meteoriter av nanometerstora korn som innehåller nästan rent strontium-84 som bildades under en sällsynt nukleosyntetisk process innan själva solsystemet bildades. Naturen hos dessa korn är fortfarande ett mysterium, eftersom endast deras isotopsammansättning i strontium avslöjar deras existens. Men de höga nivåerna av Sr-84 i CAIs tyder på att jorden och flyktiga fattiga meteoriter har mer strontium-87 än CAI, gynnar scenariot där jorden samlades med mer vatten och flyktiga element, som sedan gick förlorade inom de första miljoner åren efter deras bildande.

    De Vetenskapens framsteg papper har titeln "Överlevnad av presolära p-nuklidbärare i nebulosan avslöjas genom stegvis urlakning av Allende eldfasta inneslutningar."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com