4,54 milliárd évvel ezelőtt, Naprendszerünk történetének hajnalán befejeződött a Föld kezdeti formálódása. Az élethez nélkülözhetetlen, úgynevezett illékony anyagok, mint a víz vagy a nitrogén jelentős része már ezt megelőzően eljutott bolygónkra egy új kutatás szerint, amely arra is választ ad, hogy a korai Naprendszer mely részeiről érkezhettek ezek a bolygónkra.

A ma délután a Nature-ben megjelent kutatás a földköpenyben található, az illékony anyagokkal együtt a Földre került kripton nemesgáz tulajdonságait tárja fel. A kripton különböző izotópjainak földköpenyben lévő mennyisége ugyanis lényegében rögzíti a Naprendszer korai történetét, így a kutatók közelebb juthatnak bolygónk születésének és az élet kialakulását lehetővé tevő feltételek megértéséhez.

Ehhez Sandrine Péron geokémikus, a Kaliforniai Egyetem davisi intézményének kutatója és kollégái izlandi és galápagos-szigeteki, a földköpeny alsó részéről feláramló és felszínre került magmás bazaltokat vizsgáltak, elemi és izotópos összetételüket megadó tömegspektrométerrel. A földköpeny mélyében található nemesgázok olyan tudományos viták kereszttüzében álló kérdésekre adhatnak választ, mint hogy milyen forrásból és mikor jutottak el bolygónkra az illékony anyagok. Péronék szerint annyi feltételezhető, hogy ezek forrásai alapvetően a Nap, a naprendszerbeli törmelékek és bolygókezdemények, valamint üstökösök lehettek.

A kutatók első fontos eredménye az, hogy az illékony anyagok meghatározó része a nehezebb elemekkel együtt jutott el bolygónkra, még mielőtt a Holdat létrehozó becsapódás megtörtént volna 4,5 milliárd éve. Kiderült az is, hogy az illékony anyagok nagyobb része szénben és szerves anyagokban gazdag (szenes kondrit), belső naprendszerbeli törmelékből, porból és égitestekből érkezett az ősi Földre. A maradék egy jelentős része pedig meglepő módon a külső Naprendszerből, por és jeges bolygókezdemények formájában.

A kripton izotópjainak köszönhetően értjük meg bolygónk létrejöttét

Péron és munkatársai a bazaltokban főként a kripton hat stabil izotópjára (⁷⁸Kr, ⁸⁰Kr, ⁸²Kr, ⁸³Kr, ⁸⁴Kr, ⁸⁶Kr) voltak kíváncsiak, mert az illékony anyagok forrásától függően, vagyis attól, hogy a Napból, kondritokból vagy üstökösökből származnak, más-más izotóp összetételét mutatják. Mint a kutatók tanulmányukban elmagyarázzák, azt eddig is lehetett tudni, hogy a földköpeny felső részén a kripton inkább kondritos eredetűnek tűnik, és ugyanerre utal az óceánközepi hátságokból, illetve a Yellowstone vulkanikus rendszerből származó bazaltok vizsgálata.

Péronéknak egyértelművé vált az is, hogy a galápagos-szigeteki és izlandi kriptonminták inkább a yellowstone-ihoz hasonlítanak, tehát eltérnek a légköri vagy a Napból származó kriptontól, és inkább a szenes kondrit típusú kisbolygókra emlékeztetnek. Ez alapján a köpenybe jutó óceáni kőzetlemezek által a szubdukció folyamata során magukkal vitt légköri kripton néhány milliárd év alatt sem tudta teljesen megváltoztatni a köpeny ősi kriptonösszetételét. A kutatók arra jutottak, hogy az alsó köpeny kriptonjának a galápagosi mintánál 48, az izlandinál pedig 64 százalékát adja legfeljebb légköri kripton. Mindez lehetővé tette számukra az illékony anyagok eredeti forrásának meghatározását.

Eredményeik arra mutatnak, hogy a köpenyből hiányoznak olyan nehéz kriptonizotópok, amelyek mai szenes kondrit kisbolygókban vagy meteoritokban jelen vannak, másrészt a köpeny mélyében egy, valószínűleg a Föld keletkezése óta meglévő anomáliát is találtak. Ez Péronék szerint azt jelzi, hogy nem kizárólag a belső naprendszerbeli kondritok, hanem a Naprendszer külsőbb részeiről származó égitestek és por is jelentősen alakította formálódó bolygónkat 4,5 milliárd éve.

A köpeny aljáról eredeztethető bazaltban a kondritokra jellemzőnél kevesebb a neutrongazdag, 86-os kriptonizotóp. Ilyet egyetlen naprendszerbeli égitestnél láttak idáig a kutatók, az európai Rosetta-űrszonda által meglátogatott 67P/Csurjumov-Geraszimenko üstökösnél. A 67P a Neptunusz pályáján túl található, törpebolygókat és jeges törmeléket tartalmazó Kuiper-övből származik. Joggal feltételezhető az is, hogy az olyan jeges bolygókezdemények, mint a New Horizons űrszonda által 2019. január 1-jén meglátogatott Arrokoth, a formálódó Földbe csapódva tovább növelhették bolygónkon az illékony anyagok mennyiségét.

A kutatók a bazaltmintákban található kripton és neon összetétele alapján azt gondolják, hogy az illékony anyagok Földre érkezése nem csak bolygónk formálódásának utolsó szakaszában, vagy a Holdat létrehozó becsapódás után történt. Ehelyett valószínűbbnek látják, hogy a Föld teljes formálódási folyamata során érkeztek rá illékony anyagok. A köpenyben lévőkkel ellentétben a mai, légköri nemesgázok esetén annyiban más a helyzet, hogy ezek Péron és kollégái szerint nagyrészt a Holdat létrehozó becsapódás után érkeztek a Földre.

Összességében a kripton izotópjai feltárták, hogy külső Naprendszerből származó, szénben és szerves anyagokban gazdag égitestek és por fontos szereplői voltak a Föld létrejöttének és az élethez szükséges anyagok bolygónkra juttatásának – a kutatók szerint valószínűleg még a Jupiter keletkezését megelőzően.