Forskare vid MIT har identifierat kemiska rester av jordens tidigaste form, bevarade djupt inne i planetens mantel. Upptäckten avslöjar en obalans i kaliumisotoper som pekar på material från för 4,5 miljarder år sedan, som överlevde en kataklysmisk kollision. Detta fynd utmanar antaganden om jordens formativa historia.
För cirka 4,5 miljarder år sedan uppstod solsystemet ur ett roterande moln av gas och damm, och bildade meteoriter som koalescerade till proto-jorden, en smält värld. Mindre än 100 miljoner år senare kolliderade en Mars-stor kropp med den i en jättelik kollision, som smälte insidan och ändrade dess kemi, vilket forskare länge trott raderat alla ursprungliga spår.
Ett team ledd av Nicole Nie, Paul M. Cook Career Development Assistant Professor i jord- och planetvetenskap vid MIT, utmanade denna syn. Publicerat den 14 oktober i Nature Geoscience analyserade deras studie antika bergsprover från Grönland och Kanada — några av de äldsta bevarade bergen — och lavenedlagringar från Hawaii, som kommer från manteln, jordens tjockaste lager mellan skorpa och kärna.
Forskare upptäckte ett underskott av kalium-40-isotoper, skilt från typiska jordmaterial. "Detta är kanske det första direkta beviset på att vi bevarat proto-jordmaterial", sa Nie. "Vi ser en bit av den mycket gamla jorden, till och med före den jättelika kollisionen. Det är fantastiskt eftersom vi förväntar oss att denna mycket tidiga signatur skulle raderas långsamt genom jordens utveckling."
För att bekräfta löste teamet upp prover i syra, isolerade kalium och mätte isotoper med en masspektrometer. Simuleringar av den jättelika kollisionen och senare meteoritnedslag, med data från kända meteoriter, visade att underskottet matchar oförändrat proto-jordmaterial. Signaturen matchar inte exakt någon insamlad meteorit, vilket tyder på oupptäckta byggstenar för jorden.
Medförfattare inkluderar Da Wang från Chengdu University of Technology i Kina, Steven Shirey och Richard Carlson från Carnegie Institution for Science i Washington, D.C., Bradley Peters från ETH Zürich i Schweiz, och James Day från Scripps Institution of Oceanography i Kalifornien. Arbetet stöddes av NASA och MIT.
"Forskare har försökt förstå jordens ursprungliga kemiska sammansättning genom att kombinera sammansättningar från olika grupper av meteoriter", noterade Nie. "Men vår studie visar att den nuvarande meteoritlagret inte är komplett, och det finns mycket mer att lära om var vår planet kommer ifrån."