Gejsrar i Yellowstone National Park vittnar om närvaron av en supervulkan, som för närvarande är vilande. Ett utbrott av denna explosiva vulkan skulle påverka hela planeten. Kredit:© P.H. Barry
Kväve utgör cirka 78 % av luften vi andas. Men forskare har aldrig helt förstått hur det kom att finnas i atmosfärerna runt jorden och andra planeter.
Tillsammans med kol, väte och svavel – andra grundämnen som är nödvändiga för livet – kväve är ett flyktigt grundämne, vilket betyder att dess molekyler omvandlas från vätska till gas vid en låg temperatur. Och på grund av de extremt höga temperaturerna som fanns när planeterna bildades, tanken går, kväve och dess flyktiga följeslagare borde ha gått förlorade under den processen.
Ny forskning av UCLA-forskare kan hjälpa till att lösa frågan om huruvida vår atmosfär bildades av gaser som naturligt släpps ut av jordens inre – genom händelser som vulkanutbrott, till exempel – eller lades till senare, kanske på grund av att kometer kolliderade in i jorden strax efter att den bildades.
Studien, av Edward Young, en professor i jord, planetarisk, och rymdvetenskap, och Jabrane Labidi, en UCLA-postdoktor, publicerades i tidskriften Natur . Deras arbete ger ett starkt argument för det andra scenariot.
"Om kväve tillsattes efter att jorden till största delen byggdes, då måste kväve djupt i jorden ha börjat i atmosfären, dras ned av geologiska och geokemiska processer som vittring av berg, Sa Young.
Att svara på frågor om hur vår planet fungerar och om källorna till de element som stödjer livet ger forskarna en bättre förståelse för hur vanliga omständigheterna kan vara som skapar beboeliga planeter.
För att samla ett brett urval av vulkaniska gaser, de två UCLA-forskarna samarbetade med geokemister i Kanada, Frankrike, Island och Italien, förutom forskare vid Woods Hole Oceanographic Institute i Massachusetts och University of New Mexico. Teamet jämförde sammansättningen av kvävemolekyler från djupt inne i jorden med kväve utan förorening från luft från krossade prover av havsbotten.
Resultaten erhölls med hjälp av en nästa generations masspektrometer (här i Edward Youngs laboratorium, UCLA). Kredit:© Jabrane Labidi
"Vi upptäckte att mycket kväve som kommer ut från de vulkaniska systemen eftersom kvävemolekyler faktiskt består av kvävemolekyler från luft, sa Labidi, tidningens första författare. "I grund och botten, luft förorenar de vulkaniska gaserna. "
Studien förlitade sig på en metod för att analysera kväve som Young och kollegor utvecklade vid UCLA 2017. Tekniken gjorde det möjligt för dem att matematiskt "ta bort" den förorenande luften från gaserna och bestämma den verkliga gassammansättningen av kväve djupt inne i jordens mantel. Det fick dem att dra slutsatsen att kväve i manteln troligen har funnits där från början av vår planet.
Inför studien, forskare hade inte kunnat särskilja hur mycket kväve från luft som fanns i vulkaniska utsläpp jämfört med hur mycket kväve som kom från jordens mantel.
Tillvägagångssättet kan också så småningom användas som ett sätt att övervaka vulkanernas aktivitet. Eftersom sammansättningen av gaser som blåser från vulkaniska centra förändras före utbrott, Att analysera blandningen av mantel och luftkväve kan en dag hjälpa till att avgöra i förväg när ett utbrott är på väg att inträffa.
"Att förstå grunderna i vårt världsursprung är min främsta drivkraft, ", sa Labidi. "Ett av våra mål nu kommer att vara att bättre förstå hur mycket kväve som kommer upp genom vulkaner eller om kväve skickas längre ner i jorden. Detta kommer i slutändan att begränsa ursprunget till vår atmosfär."
