Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Wang Wenzhong von der School of Earth and Space Sciences der University of Science and Technology of China (USTC) untersuchte in Zusammenarbeit mit internationalen Wissenschaftlern das Fraktionierungsverhalten von Stickstoffisotopen während der akkretionären Evolution terrestrischer Planeten.
Der Studie ist veröffentlicht in Naturkommunikation.
Derzeit existieren in der Wissenschaft vor allem zwei Modelle zur Ansammlung flüchtiger Stoffe auf der Erde: das „Late Veneer“-Modell und das „Early Evolution“-Modell.
Da Stickstoff einer der grundlegenden Bausteine des Lebens auf der Erde ist, ist eine gründliche Untersuchung seiner Akkretions- und Evolutionsgeschichte von enormer Bedeutung für das Verständnis der Entstehung lebensrelevanter Elemente und der Entwicklung der Bewohnbarkeit unseres Planeten.
Die Forscher verwendeten Berechnungsmethoden auf der Grundlage erster Prinzipien, um den Fraktionierungsmechanismus von Stickstoffisotopen (14N und 15N) während der Kondensation von Nebelmaterialien zu Planetenembryonen zu untersuchen. Der Hauptfokus lag auf den beiden Phasen des Schmelzens und Verflüchtigens sowie der Kern-Mantel-Differenzierung.
Die Forscher entdeckten, dass unter der Bedingung, dass sich das Wasserstoffgas in der frühen Sonnennebelphase noch nicht vollständig aufgelöst hatte, die Schmelz-Verflüchtigung zu einer Anreicherung von 14N in den Planetenembryonen führte, während die Kern-Mantel-Differenzierung zu einer Anreicherung von 15N in der Silikatschmelze führte.
Durch die Kombination von Berechnungen nach dem Grundprinzip und Beobachtungsdaten fanden die Forscher heraus, dass die Evolution früher Planetenembryonen allein die Stickstoffisotopenzusammensetzung der Silikaterde nicht vollständig erklären kann. Die Berücksichtigung der späten Hinzufügung flüchtiger Materialien (wie kohliger Chondriten) ist notwendig.
Der Stickstoffreichtum der Silikaterde ist sowohl das Ergebnis früher Evolution als auch später Akkretionsstadien. Der Beitrag später Akkretionsstadien zum Reichtum anderer flüchtiger Stoffe ist jedoch begrenzt.
Diese Forschung wirft Licht auf die Tatsache, dass die beiden entscheidenden Stadien des frühen Schmelzens und der Verflüchtigung von Planetesimalen sowie der späten Akkretion von flüchtigen Materialien gemeinsam den Stickstoffreichtum in der Silikaterde bestimmen, und bietet neue Perspektiven für das Verständnis des Ursprungs flüchtiger Stoffe auf der Erde.
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Wenzhong Wang et al., Frühe Planetesimaldifferenzierung und späte Akkretion prägten den Stickstoffhaushalt der Erde, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48500-0
Zur Verfügung gestellt von der University of Science and Technology of China