Nytt arbete från Carnegies Stephen Elardo och Anat Shahar visar att interaktioner mellan järn och nickel under extrema tryck och temperaturer som liknar en planetinredning kan hjälpa forskare att förstå perioden i vårt solsystems ungdomar då planeter bildades och deras kärnor skapades. Deras resultat publiceras av Naturgeovetenskap .

Jorden och andra steniga planeter bildades när ämnet kring vår unga sol långsamt ackumulerades. Någon gång i jordens första år, dess kärna bildades genom en process som kallas differentiering - när de tätare materialen, som järn, sjönk inåt mot mitten. Detta bildade den skiktade komposition som planeten har idag, med en järnkärna och en silikatöverdel och skorpa.

Forskare kan inte ta prover av planeternas kärnor. Men de kan studera järnkemi för att förstå skillnaderna mellan Jordens differentieringshändelse och hur processen sannolikt fungerade på andra planeter och asteroider.

En nyckel för att undersöka Jordens differentieringsperiod är att studera variationer i järnisotoper i prover av gamla stenar och mineraler från jorden, såväl som från månen, och andra planeter eller planetkroppar.

Varje element innehåller ett unikt och fast antal protoner, men antalet neutroner i en atom kan variera. Varje variant är en annan isotop. Som ett resultat av denna skillnad i neutroner, isotoper har lite olika massor. Dessa små skillnader innebär att vissa isotoper föredras av vissa reaktioner, vilket resulterar i en obalans i förhållandet mellan varje isotop införlivad i slutprodukterna av dessa reaktioner.

Ett enastående mysterium på denna front har varit den betydande variationen mellan järnisotopförhållanden som finns i prover av härdad lava som utbröt från jordens övre mantel och prover från primitiva meteoriter, asteroider, månen, och Mars. Andra forskare hade föreslagit att dessa variationer orsakades av den månbildande jättepåverkan eller av kemiska variationer i soltågen.

Elardo och Shahar kunde använda laboratorieverktyg för att efterlikna de förhållanden som finns djupt inne i jorden och andra planeter för att avgöra varför isotopförhållandena i järn kan variera under olika planetära bildningsförhållanden.

De fann att nickel är nyckeln till att låsa upp mysteriet.

Under de förhållanden under vilka månen, Mars, och asteroiden Vestas kärnor bildades, preferensinteraktioner med nickel behåller höga koncentrationer av lättare järnisotoper i manteln. Dock, under de varmare och högre tryckförhållanden som förväntas under jordens kärnbildningsprocess, denna nickeleffekt försvinner, som kan hjälpa till att förklara skillnaderna mellan lavor från jorden och andra planetkroppar, och likheten mellan jordens mantel och primitiva meteoriter.

"Det finns fortfarande mycket att lära om planets geokemiska utveckling, "Elardo sa." Men laboratorieexperiment gör att vi kan undersöka djup som vi inte kan nå och förstå hur planetariska interiörer bildades och förändrades genom tiden. "