Grundstoffer forsvandt måske ved Jordens dannelse
Nye eksperimenter peger i retning af, at visse grundstoffer havde tendens til at forsvinde ud i verdensrummet, da mindre kloder kolliderede og til sidst dannede Jorden. Det kan forklare Jordens kemiske sammensætning.
Sammenstød mellem kloder smelte fordampe

Computersimuleringer viser, at klippe kan smelte (gult) og fordampe (rødt), når kloder støder sammen. (Illustration: Philip J. Carter)

Jorden blev dannet, da mindre kloder – såkaldte planet-esimaler, der omtrent svarer til nutidens asteroider – stødte sammen i det tidlige solsystem. Så langt er geofysikerne stort set enige.

Historien kort
  • Jordens kemiske sammensætning svarer ikke helt til sammensætningen af primitive meteoritter.
  • Forskellen kan skyldes fordampning af grundstoffer ved sammenstød mellem kloder, der til sidst blev til Jorden.
  • To nye eksperimenter understøtter denne teori.

Men spørgsmålet er så, hvorfor Jorden ikke består af præcis de samme klippematerialer som de meteoritter, der menes at være efterladenskaber fra Solsystemets dannelse.

Hvorfor er der forskel på sammensætningen af Jorden og af mindre himmellegemer som dem, Jorden angiveligt blev dannet af?

Det spørgsmål har to forskergrupper angrebet fra to forskellige vinkler.

De har på hver sin måde set på, om forskellen kan skyldes, at nogle af mere flygtige grundstoffer er dampet af i den kraftige varme, der udviklede sig, da planetesimalerne kolliderede.

Den lille forskel skal forklares

Af to artikler i tidsskriftet Nature fremgår det, at fordampningen af grundstoffer under kollisionerne kan forklare, hvorfor kloder som Jorden ikke består af helt det samme som meteoritter fra Solsystemets barndom.

»Det har længe været debatteret, hvorfor Jorden og de øvrige klippeplaneter har færre flygtige grundstoffer end primitive meteoritter,« fortæller professor James Connelly fra Statens Naturhistoriske Museum, der hører under Københavns Universitet.

Han forsker i dannelsen af Jorden og Månen, men har ikke selv været involveret i det aktuelle studie.

»Spørgsmålet er, om disse grundstoffer fra starten fandtes i lavere koncentrationer i det miljø, som Jorden blev skabt i, eller om grundstofferne er forsvundet ved begivenheder i forbindelse med dannelsen af Jorden. En tredje mulighed er, at Jorden var meget tør, da den blev dannet, og at de mere flygtige grundstoffer først er kommet til senere,« siger han.

Grundstoffer forsvandt ud i rummet

»Disse to studier giver rygstød til teorien om, at de mindre kloder, der endte med at blive til Jorden, rummede de flygtige grundstoffer, der nu mangler. De forsvandt ud i rummet, da kloderne stødte sammen,« fortsætter James Connelly.

Fire vigtige grundstoffer

Jorden består primært af:

  1. Ilt
  2. Magnesium
  3. Silicium
  4. Jern

Ifølge den seneste forskning udgør disse grundstoffer tilsammen cirka 94 procent af Jordens masse.

Teorien lyder således:

  • Når mindre kloder er kollideret, er klippemateriale opvarmet og kastet ud som i en voldsom eksplosion.
  • I den proces er en del af grundstofferne fordampet og tabt ud i verdensrummet.
  • Når klippematerialet er afkølet og fortættet igen, har det nu en mindre koncentration af disse flygtige grundstoffer – præcis som man observerer det i klipper på Jorden.

Forskere bagte et stykke klippe

To forskere fra University of Oxford i England har prøvet at efterligne forholdene fra dengang, hvor kilometerstore klippestykker bragede sammen for til sidst at danne Jorden.

I en smelteovn har de opvarmet en bjergart til 1.300 grader celsius under meget lavt tryk. Så har de kigget på, i hvor stort et omfang de forskellige grundstoffer fordampede.

Resultatet blev, at de grundstoffer, som Jorden mangler i forhold til primitive meteoritter, fordampede lettere end andre grundstoffer på en måde, der svarer til det, man observerer.

»De har forsøgt at give et meget realistisk estimat af grundstoffernes flygtighed – i hvor stort et omfang, de forskellige grundstoffer fordamper, når klippe bliver opvarmet til høje temperaturer. Eksperimentet viser, at fordampning alene kan forklare forskellen på sammensætningen af Jorden og meteoritterne,« siger James Connelly.

Magnesium under luppen

En anden gruppe forskere fra University of Bristol i England har holdt sig til at nærstudere grundstoffet magnesium, som står for cirka 15 procent af Jordens masse.

Kloder støder sammen

Ved kloders sammenstød udvikles der så meget varme, at klippe fordamper og grundstoffer forsvinder ud i verdensrummet. (Illustration: NASA/JPL-Caltech)

Der findes tre forskellige stabile magnesium-isotoper, altså tre udgaver af grundstoffet, der adskiller sig ved ikke at have lige mange neutroner i atomkernen. Forskerne har målt indholdet af magnesium-25 i forhold til magnesium-24 i jordiske klippestykker kontra primitive meteoritter.

De er kommet frem til, at Jorden ikke bare har mindre magnesium end kondritter magen til dem, den engang er dannet af. Vores klodes magnesium er også anderledes, fordi det rummer mindre af den lette isotop magnesium-24.

Det passer rigtig godt med, at en del af den klippe, der smeltede i sammenstød mellem planetesimaler, er fordampet ud i rummet.

Så ville man nemlig også forvente, at der forsvandt mest at den lette isotop, der har letteste ved at slippe væk fra den kogende klippe.

»Noget tilsvarende sker, når man koger vand. Vanddampen er rigere på den letteste ilt-isotop, som har lettere ved at slippe væk fra vandet,« forklarer James Connelly.

Der er meget arbejde endnu

De to studier giver på hver sin måde opbakning til teorien om, at Jorden er dannet ved voldsomme sammenstød mellem mindre kloder, og at vores klode i den proces mistede stof til rummet.

Men der er stadig en del arbejde tilbage, lyder det fra James Connelly:

»Ingen af studierne giver detaljer om, præcis hvordan og hvornår grundstofferne forsvandt. De giver beviser for, at grundstofferne kan forsvinde ved fordampning ud i rummet, men ikke mere end det.«

»Næste skridt bliver at skabe mere præcise modeller for de sammenstød, som har resulteret i fordampningen af grundstofferne. Så kan vi for eksempel finde ud af, om de flygtige stoffer forsvandt i det kolossale sammenstød, der gav os Månen, eller om det primært skete tidligere i kollisioner mellem mindre planetesimaler.«