Η Γη έχει μια μακρά ιστορία 4,5 δισεκατομμυρίων ετών, γεμάτη με καθοριστικές καμπές και κοσμοϊστορικά γεγονότα. Ανάμεσα στα πιο σημαντικά, ξεχωρίζει μια καταστροφική σύγκρουση με έναν άλλο πλανητοειδή στα πρώτα στάδια της ιστορίας της — ένα γεγονός που δημιούργησε τη Σελήνη και μεταμόρφωσε τη χημεία της Γης για πάντα.
Οι ισοτοπικές ενδείξεις αποκαλύπτουν μεγάλο μέρος της ιστορίας της Γης, και οι επιστήμονες αναζητούν τα αρχαιότερα πετρώματα που υπάρχουν για να μελετήσουν τα ισότοπά τους. Ορισμένα από τα παλαιότερα πετρώματα βρίσκονται στη Γροιλανδία, τον Καναδά και τη Νότια Αφρική. Αυτά τα πετρώματα διαδραματίζουν κεντρικό ρόλο σε νέα έρευνα σχετικά με την πρωτο-Γη (proto-Earth) — τη Γη όπως υπήρχε πριν από τη σύγκρουση που δημιούργησε τη Σελήνη. Οι ισοτοπικές αναλογίες αυτών των πετρωμάτων ρίχνουν φως στην ιστορία του πλανήτη μας.
Νέα έρευνα για το κάλιο-40 και την πρωτο-Γη
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Geoscience εξέτασε το κάλιο-40 (⁴⁰K) σε δείγματα αρχαίων και σύγχρονων πετρωμάτων και τα συνέκρινε με τυπικά γήινα δείγματα και μετεωρίτες, προσπαθώντας να κατανοήσει πώς ήταν η πρωτο-Γη πριν από τη γιγαντιαία σύγκρουση (Giant Impact).
Η μελέτη, με τίτλο “Potassium-40 isotopic evidence for an extant pre-giant-impact component of Earth’s mantle”, έχει ως κύρια συγγραφέα τη Nicole Nie, επίκουρη καθηγήτρια στο Τμήμα Γήινων και Πλανητικών Επιστημών του MIT.
Οι συγγραφείς γράφουν:
«Η συνολική σύσταση της Γης έχει χημικά και ισοτοπικά χαρακτηριστικά που δεν μπορούν να εξηγηθούν πλήρως από ένα μείγμα γνωστών πρωτόγονων μετεωριτών. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η πρωτο-Γη συγκέντρωσε υλικά με διαφορετικές ισοτοπικές υπογραφές από εκείνα που προστέθηκαν μετά τη γιγαντιαία σύγκρουση που δημιούργησε τη Σελήνη.»
Η Γη ως ωκεανός μάγματος και η σύγκρουση με τη Θέια
Στην Αρχαϊκή (Hadean) περίοδο, η Γη ήταν ένας ωκεανός μάγματος — μια σφαίρα λιωμένου πετρώματος πολύ θερμή για να στερεοποιηθεί. Κάποια στιγμή μέσα σε αυτή την εποχή, ένας μαζικός πρωτοπλανήτης περίπου στο μέγεθος του Άρη, γνωστός ως Θέια (Theia), συγκρούστηκε με τη Γη. Από αυτή τη σύγκρουση γεννήθηκε η Σελήνη, ενώ η Γη δέχθηκε νέο υλικό με ελαφρώς διαφορετική χημική σύνθεση.
Η εργασία των ερευνητών ξεκίνησε το 2023, όταν ανέλυσαν μετεωρίτες από διάφορες περιοχές του κόσμου. Αυτοί οι βράχοι αντιπροσωπεύουν διαφορετικές εποχές και τοποθεσίες σχηματισμού μέσα στο νεαρό Ηλιακό Σύστημα, καταγράφοντας έτσι την εξέλιξή του. Όταν συγκρίθηκαν με γήινα δείγματα, βρέθηκαν διαφορές στην αναλογία ισοτόπων του καλίου.
Υπάρχουν τρία φυσικά ισότοπα του καλίου:
K-39,
K-40,
K-41.
Κάθε ισότοπο έχει διαφορετικό αριθμό νετρονίων στον πυρήνα του.
Στη Γη, το κάλιο αποτελείται κατά 93,26% από κάλιο-39, κατά 6,73% από κάλιο-41, και μόνο 0,0117% από κάλιο-40.
Όταν οι αναλογίες αυτές συγκρίθηκαν με εκείνες των μετεωριτών, παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά.
Η απόκλιση αυτή δείχνει ότι δείγματα με παρόμοια αναλογία πιθανότατα προϋπάρχουν της τρέχουσας σύνθεσης της Γης, δηλαδή προέρχονται από την πρωτο-Γη, πριν από την πρόσκρουση που δημιούργησε τη Σελήνη.
Το κάλιο ως “ιχνηθέτης” των δομικών λίθων της Γης
Η Nie εξήγησε σε δελτίο Τύπου:
«Στην προηγούμενη εργασία μας διαπιστώσαμε ότι διαφορετικοί μετεωρίτες έχουν διαφορετικές ισοτοπικές υπογραφές καλίου, και αυτό σημαίνει ότι το κάλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ιχνηθέτης των δομικών λίθων της Γης.»
Η νέα έρευνα βασίστηκε στα ευρήματα του 2023. Οι επιστήμονες αναζήτησαν διαφορετικές ισοτοπικές αναλογίες σε γήινα δείγματα:
-αρχαία πετρώματα από Γροιλανδία και Καναδά,
-δείγματα λάβας από ηφαίστεια της Χαβάης, όπου το μάγμα από τα βάθη του μανδύα ανεβαίνει στην επιφάνεια.
Η ελπίδα ήταν ότι αυτά τα δείγματα θα διατηρούσαν μια διαφορετική ισοτοπική υπογραφή του καλίου.
«Αν αυτή η υπογραφή έχει διατηρηθεί, τότε θέλουμε να την αναζητήσουμε τόσο στο βαθύ παρελθόν όσο και στα βάθη της Γης», λέει η Nie.
Η εργαστηριακή ανάλυση των τριών δειγμάτων έδειξε μια διαφορετική ισοτοπική ανωμαλία σε σχέση με άλλα γήινα δείγματα — επικεντρωμένη στο κάλιο-40, το πιο σπάνιο ισότοπο καλίου.
Τα δείγματα από τη Γροιλανδία, τον Καναδά και τη Χαβάη είχαν έλλειμμα 65 ppm (parts per million) σε κάλιο-40. Αυτό υποδηλώνει ότι αυτά τα αρχαία υλικά έχουν διαφορετική ιστορία από το υπόλοιπο υλικό της Γης.
Το κρίσιμο ερώτημα ήταν:
Μπορεί αυτά τα δείγματα να είναι λείψανα της πρωτο-Γης;
Η διαφορά στις συγκεντρώσεις καλίου-40 υποδηλώνει πως όντως προέρχονται από την πρωτο-Γη. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι τα υπόλοιπα πετρώματα της Γης έχουν τροποποιηθεί από πολλαπλές προσκρούσεις στα 4+ δισ. χρόνια που πέρασαν μετά τη Γιγαντιαία Σύγκρουση, αλλάζοντας έτσι τη χημική τους σύνθεση και αυξάνοντας το κάλιο-40.
Για να το ελέγξουν, οι ερευνητές συνέλεξαν στοιχεία σύνθεσης όλων των γνωστών μετεωριτών και προσομοίωσαν πώς οι συγκεντρώσεις καλίου-40 αλλάζουν μετά από πρόσκρουση και γεωλογικές διεργασίες (όπως ανακύκλωση και ανάδευση του μανδύα).
Οι προσομοιώσεις επιβεβαίωσαν τα συμπεράσματά τους, δείχνοντας ότι το πέτρωμα μετά τις προσκρούσεις είχε υψηλότερες συγκεντρώσεις καλίου-40, όπως και τα περισσότερα σύγχρονα δείγματα της Γης.
Συνολικά, αυτό υποδεικνύει ότι τα αρχαία δείγματα είναι λείψανα της πρωτο-Γης που επιβίωσαν για δισεκατομμύρια χρόνια. Οποιοδήποτε δείγμα με παρόμοιο έλλειμμα καλίου-40 θεωρείται πιθανότατα κατάλοιπο της πρωτο-Γης.
«Αυτό ίσως είναι η πρώτη άμεση απόδειξη ότι διατηρήσαμε υλικά της πρωτο-Γης», λέει η Nie.
«Βλέπουμε ένα κομμάτι της πολύ αρχαίας Γης, πριν από τη γιγαντιαία σύγκρουση. Είναι απίστευτο, γιατί θα περιμέναμε ότι αυτή η πρώιμη υπογραφή θα είχε σβηστεί σταδιακά με την εξέλιξη του πλανήτη.»
Ωστόσο, η ισοτοπική υπογραφή των δειγμάτων δεν ταυτίζεται απόλυτα με καμία γνωστή κατηγορία μετεωριτών. Παρότι οι μετεωρίτες που είχαν μελετηθεί νωρίτερα παρουσίαζαν ανωμαλίες στο κάλιο, αυτές δεν είναι ίδιες με εκείνες των δειγμάτων της πρωτο-Γης. Αυτό σημαίνει ότι τα αρχικά υλικά από τα οποία σχηματίστηκε η Γη παραμένουν άγνωστα.
Μια γραφική απεικόνιση δείχνει την αναλογία ρουθηνίου-100 προς κάλιο-40 για:
- την πρωτο-Γη,
- τη σύγχρονη Γη,
- και τρεις τύπους μετεωριτών (Enstatite Chondrites, Ordinary Chondrites, Carbonaceous Chondrites), όλους θεωρούμενους δομικούς λίθους της Γης.
Η μελέτη υποδεικνύει ότι υπάρχει ακόμη ένας άγνωστος “τελικός συντελεστής” των δομικών υλικών της πρωτο-Γης που δεν έχει εντοπιστεί.
Η Nie συνοψίζει:
«Οι επιστήμονες προσπαθούν να κατανοήσουν τη χημική σύσταση της αρχικής Γης συνδυάζοντας τις συνθέσεις διαφόρων ομάδων μετεωριτών. Όμως η μελέτη μας δείχνει ότι το υπάρχον “απόθεμα” μετεωριτών δεν είναι πλήρες — και έχουμε ακόμη πολλά να μάθουμε για το πώς γεννήθηκε ο πλανήτης μας.»
Πηγή: universetoday.com
