Forskare vid Oxford University har kastat nytt ljus över hur jorden först bildades.

Baserat på observationer av nybildande stjärnor, forskare vet att solsystemet började som en skiva av damm och gas som omger den centralt växande solen. Gasen kondenseras till fasta ämnen som ackumuleras i större steniga kroppar som asteroider och miniplaneter. Under en period av 100 miljoner år kolliderade dessa miniplaneter med varandra och ackumulerades gradvis i planeterna vi ser idag, inklusive jorden.

Även om det är allmänt känt att jorden bildades gradvis, från mycket mindre kroppar, många av de processer som är involverade i att forma vår växande planet är mindre tydliga. I en ny studie på omslaget till den senaste upplagan av Natur , forskare från University of Oxfords avdelning för geovetenskap avlägsnar några av dessa processer, avslöjar att de miniplaneter som läggs till jorden tidigare hade genomgått smältning och avdunstning. De tar också upp en annan vetenskaplig gåta:Jordens utarmning i många ekonomiskt viktiga kemiska element.

Det är välkänt att jorden är starkt utarmad, relativt solsystemet som helhet, i de element som kondenseras från den tidiga gasskivan vid temperaturer mindre än 1000 ° C (t.ex. leda, zink, koppar, silver, vismut, och tenn). Den konventionella förklaringen är att jorden växte utan dessa flyktiga element och små mängder av en kropp av asteroidal typ tillsattes senare. Denna idé kan inte, dock, förklara "överflödet" av flera andra element - särskilt, indium, som nu används inom halvledarteknologi, samt TV- och datorskärmar.

Doktorand Ashley Norris och Bernard Wood, Professor i mineralologi vid Oxfords avdelning för geovetenskap, bestämde sig för att avslöja orsakerna bakom mönstret för utarmning av dessa flyktiga element på jorden och för "överflöd" av indium. De konstruerade en ugn där de kontrollerade temperaturen och atmosfären för att simulera det låga oxidationstillståndet på den mycket tidiga jorden och planetesimaler. I en viss serie experiment smälte de stenar vid 1300 ° C under syrefattiga förhållanden och bestämde hur de olika flyktiga elementen avdunstades från den smälta lavan.

Under experimenten avdunstade var och en av elementen av intresse med olika mängder. Lavaproven kyldes sedan snabbt och mönstren för grundförlust bestämdes genom kemisk analys. Analyserna avslöjade att de relativa förlusterna (volatiliteten) som uppmätts i smälta lava -experimenten överensstämmer mycket med mönstret för utarmning som observerats på jorden. Särskilt, indiumflyktighet överensstämmer exakt med dess observerade överflöd på jorden - dess överflöd, visar sig inte vara en anomali.

Professor Bernard Wood sa:"Våra experiment indikerar att mönstret för flyktigt grundutarmning i jorden upprättades genom reaktion mellan smält sten och en syrefattig atmosfär. Dessa reaktioner kan ha inträffat på de tidigt bildade planetesimalerna som ackumulerades på jorden eller möjligen under den gigantiska påverkan som bildade månen och som antas ha orsakat storskalig smältning av vår planet. '

Efter att ha fokuserat sina ursprungliga experiment på 13 nyckelelement, teamet håller på att titta på hur andra element, såsom klor och jod, bete sig under samma förutsättningar.

Ashley Norris sa:"Vårt arbete visar att tolkning av flyktiga utarmningsmönster på markplaneterna måste fokusera på experimentell mätning av elementflyktigheter."