چگونه عناصر حیاتی به زمین رسیدند؟

تحقیقات درباره منشاء عناصر فرار در زمین

محققان با استفاده از اثرات شیمیایی روی (زینک) موجود در شهاب‌سنگ‌ها، به تعیین منشاء عناصر فرار در زمین پرداخته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که بدون وجود سیارک‌های «غیرذوب‌شده»، ممکن است این ترکیبات برای شکل‌گیری حیات در زمین کافی نبوده باشند. عناصر فرار، عناصری هستند که در دماهای نسبتاً پایین به بخار تبدیل می‌شوند. این عناصر شامل شش عنصر رایج در موجودات زنده و همچنین آب می‌باشند.

زینک موجود در شهاب‌سنگ‌ها دارای ترکیب منحصر به فردی است که می‌تواند برای شناسایی منابع عناصر فرار زمین استفاده شود. محققان از دانشگاه کمبریج و کالج امپریال لندن پیش‌تر دریافته‌اند که زینک زمین از نقاط مختلف منظومه شمسی ما آمده است: حدود نیمی از آن از فراتر از سیاره مشتری و نیمی دیگر نزدیک‌تر به زمین منشاء گرفته است. دکتر ریسا مارتینز از دپارتمان علوم زمین دانشگاه کمبریج گفت: “یکی از بنیادی‌ترین سوالات درباره منشاء حیات این است که مواد لازم برای تکامل حیات از کجا آمده‌اند. اگر بتوانیم بفهمیم این مواد چگونه به زمین آمده‌اند، ممکن است سرنخ‌هایی درباره چگونگی شکل‌گیری حیات در اینجا و همچنین در جاهای دیگر به ما بدهد.”

بلوک‌های سازنده سیارات

سیاره‌زاده‌ها (پلانته‌سیمال‌ها) بلوک‌های اصلی ساخت سیارات سنگی مانند زمین هستند. این اجسام کوچک از طریق فرآیندی به نام انباشت (اکرشن) شکل می‌گیرند، جایی که ذرات اطراف یک ستاره جوان شروع به چسبیدن به یکدیگر کرده و اجسام بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند. اما همه سیاره‌زاده‌ها یکسان نیستند. نخستین سیاره‌زاده‌هایی که در منظومه شمسی شکل گرفتند، در معرض سطوح بالای تابش رادیواکتیو قرار داشتند که باعث ذوب شدن آنها و از دست دادن عناصر فرارشان شد. اما برخی از سیاره‌زاده‌ها پس از آنکه این منابع تابش رادیواکتیو عمدتاً منقرض شدند، شکل گرفتند که به آنها کمک کرد تا فرآیند ذوب شدن را پشت سر بگذارند و عناصر فرار بیشتری را حفظ کنند.

تحقیق جدید درباره منبع روی زمین

در مطالعه‌ای که در نشریه Science Advances منتشر شده، مارتینز و همکارانش به بررسی انواع مختلف روی که از سیارک‌های اولیه به زمین رسیده‌اند، پرداخته‌اند. پژوهشگران با اندازه‌گیری روی در یک نمونه بزرگ از شهاب‌سنگ‌ها که از سیارک‌های مختلف منشأ گرفته بودند، داده‌هایی جمع‌آوری کردند تا مدل‌سازی کنند که زمین چگونه روی خود را به دست آورده است. این مدل‌سازی شامل پیگیری کل دوره انباشت زمین بود که ده‌ها میلیون سال به طول انجامیده است.

نتایج آن‌ها نشان می‌دهد که در حالی که این سیارک‌های «ذوب‌شده» حدود 70% از کل جرم زمین را تأمین کرده‌اند، تنها حدود 10% از روی زمین را فراهم کرده‌اند. طبق این مدل، باقی‌مانده روی زمین از موادی به دست آمده است که ذوب نشده و عناصر فرار خود را از دست نداده‌اند. یافته‌های آن‌ها نشان می‌دهد که مواد «ساده» یا ذوب‌نشده منبعی اساسی برای عناصر فرار در زمین بوده‌اند.

مارتینز، نویسنده اصلی این مطالعه، گفت: «ما می‌دانیم که فاصله بین یک سیاره و ستاره‌اش عامل تعیین‌کننده‌ای در ایجاد شرایط لازم برای حفظ آب مایع بر روی سطح آن سیاره است. اما نتایج ما نشان می‌دهد که هیچ تضمینی وجود ندارد که سیارات مواد مناسب را برای داشتن آب و دیگر عناصر فرار در ابتدا جذب کنند، صرف‌نظر از وضعیت فیزیکی آن‌ها.»

توانایی پیگیری عناصر در طول میلیون‌ها یا حتی میلیاردها سال تکامل می‌تواند ابزاری حیاتی در جستجوی حیات در جاهای دیگر، مانند مریخ یا سیارات خارج از منظومه شمسی ما باشد. مارتینز افزود: «شرایط و فرآیندهای مشابهی نیز در دیگر سیستم‌های سیاره‌ای جوان محتمل است. نقش این مواد مختلف در تأمین عناصر فرار چیزی است که باید در هنگام جستجوی سیارات قابل سکونت در نظر بگیریم.»

این تحقیق به‌طور جزئی از سوی Imperial College London، European Research Council و UK Research and Innovation (UKRI) حمایت شده است.