Solens protoplanetariska skiva var uppdelad i två reservoarer, där det inre solsystemets material har en lägre koncentration av kväve-15 och det yttre solsystemets material är rikt på kväve-15. Kväveisotopsammansättningen på dagens jord ligger däremellan, enligt en ny Rice University-studie som visar att den kom från båda reservoarerna. Kredit:Amrita P. Vyas
Var kom jordens kväve ifrån? Rice University-forskare visar att en urkälla till den oumbärliga byggstenen för livet var nära hemmet.
De isotopiska signaturerna av kväve i järnmeteoriter avslöjar att jorden sannolikt samlade sitt kväve inte bara från området bortom Jupiters bana utan också från dammet i den inre protoplanetariska skivan.
Kväve är ett flyktigt ämne som, som kol, väte och syre, gör livet på jorden möjligt. Att känna till dess källa ger ledtrådar till inte bara hur steniga planeter bildades i den inre delen av vårt solsystem utan också dynamiken hos avlägsna protoplanetära skivor.
Studien av Rice doktorand och huvudförfattare Damanveer Grewal, Risfakultetsmedlem Rajdeep Dasgupta och geokemisten Bernard Marty vid University of Lorraine, Frankrike, dyker upp i Natur astronomi .
Deras arbete hjälper till att lösa en långvarig debatt om ursprunget till livsnödvändiga flyktiga element på jorden och andra steniga kroppar i solsystemet.
"Forskare har alltid trott att den inre delen av solsystemet, inom Jupiters bana, var för varmt för att kväve och andra flyktiga ämnen skulle kunna kondensera som fasta ämnen, vilket betyder att flyktiga element i den inre skivan var i gasfas, sa Grewal.
Eftersom fröna från dagens stenplaneter, även känd som protoplaneter, växte i den inre skivan genom att samla lokalt damm, han sa att det verkade som om de inte innehöll kväve eller andra flyktiga ämnen, nödvändiggör deras leverans från det yttre solsystemet. En tidigare studie av teamet antydde att mycket av detta flyktiga material kom till jorden via kollisionen som bildade månen.
Men nya bevis visar tydligt att bara en del av planetens kväve kom från bortom Jupiter.
En konstnärs befruktning visar en protoplanetarisk skiva av damm och gas runt en ung stjärna. Ny forskning från Rice University visar att jordens kväve kom från både inre och yttre regioner av skivan som bildade vårt solsystem, i motsats till tidigare teori. Kredit:NASA/JPL-Caltech
På senare år har forskare har analyserat icke-flyktiga grundämnen i meteoriter, inklusive järnmeteoriter som ibland faller till jorden, att visa damm i det inre och yttre solsystemet hade helt olika isotopsammansättningar.
"Denna idé om separata reservoarer hade bara utvecklats för icke-flyktiga grundämnen, ", sa Grewal. "Vi ville se om detta är sant för flyktiga element också. Om så är fallet, den kan användas för att bestämma vilken reservoar de flyktiga ämnena i dagens steniga planeter kom ifrån."
Järnmeteoriter är rester av kärnorna av protoplaneter som bildades samtidigt som fröna till dagens stenplaneter, blir det jokertecken som författarna använde för att testa sin hypotes.
Forskarna hittade en distinkt kväveisotopsignatur i dammet som badade de inre protoplaneterna inom cirka 300, 000 år av bildandet av solsystemet. Alla järnmeteoriter från den inre skivan innehöll en lägre koncentration av kväve-15 isotopen, medan de från den yttre skivan var rika på kväve-15.
Detta tyder på att inom de första miljoner åren, den protoplanetära skivan delad i två reservoarer, den yttre rik på kväve-15 isotopen och den inre rik på kväve-14.
"Vårt arbete förändrar helt den nuvarande berättelsen, " sa Grewal. "Vi visar att de flyktiga elementen fanns i det inre skivdammet, förmodligen i form av eldfasta organiska ämnen, från allra första början. Detta innebär att i motsats till nuvarande uppfattning, fröna från de nuvarande steniga planeterna – inklusive jorden – var inte flyktiga."
Dasgupta sa att fyndet är viktigt för dem som studerar den potentiella beboeligheten hos exoplaneter, ett ämne av stort intresse för honom som huvudutredare av CLEVER Planets, ett NASA-finansierat samarbetsprojekt som utforskar hur livsnödvändiga element kan mötas på avlägsna exoplaneter.
"Åtminstone för vår egen planet, vi vet nu att hela kvävebudgeten inte bara kommer från material från det yttre solsystemet, sa Dasgupta, Rice's Maurice Ewing professor i jorden, Miljö- och planetvetenskap.
"Även om andra protoplanetära skivor inte har den typen av gigantisk planetmigrering som resulterar i infiltration av flyktiga rika material från de yttre zonerna, deras inre steniga planeter närmare stjärnan kan fortfarande ta emot flyktiga ämnen från sina närliggande zoner, " han sa.
