Kaj je najstarejša snov na našem planetu?

Nazaj

Poglej/poslušaj na

Ena od stvari, ki je presenetila znanstvenike v zadnjih nekaj desetletjih je bila, da najstarejše trdnine, ki jih najdemo na našem planetu, niso nastale na Zemlji, temveč so jih k nam prinesli meteoriti. To je zgodba dveh meteoritov. Eden od njiju nam je prinesel snov, ki je nastala ob samem rojstvu Osončja, drugi pa trdnine, ki so nastale še veliko prej. Oba meteorita pa sta na Zemljo padla daljnega leta 1969. Prvi je najprej razsvetlil nočno nebo, nato pa padel na tla v bližini mehiške vasice Allende, 8. februarja ob 01:05 zjutraj in je po njej tudi dobil ime – meteorit Allende. Ta vesoljski popotnik, ki je tehtal kar dve toni, nam je prinesel trdnine, katerih starost so znanstveniki določili na 4.567 milijonov let. To so najstarejše znane trdnine, ki so nastale v Osončju, hkrati pa je njihov nastanek postal definicija rojstva Sončevega sistema. Meteorit Allende je sčasoma postal najbolj proučevan meteorit na svetu.

Le sedem mesecev pozneje, 28. septembra 1969, pa je blizu mesta Murchison v Avstraliji padel še en meteorit. To sto kilogramsko telo pa je k nam pripotovalo ne iz oddaljenih kotičkov našega Osončja, temveč kar iz medzvezdnega prostora. Starost delcev iz silicijevega karbida, ki so jih v njem našli znanstveniki, je bila ocenjena na 7 miljard let[7,8], kar je kar 2,5 milijarde let več od Osončja.

Pojdimo najprej v Mehiko. Meteorit Allende spada med tako imenovane hondrite. To so meteoriti, ki jih sestavljajo kamnine in predstavljajo okoli 80 % vseh meteoritov, ki padejo na Zemljo[6]. Nastali so, ko se je Sonce še komaj rojevalo. Takrat se je namreč okoli njega nahajal oblak snovi, ki ga astronomi imenujejo sončeva meglica. V njej so se dogajali močni blišči in strelam podobni pojavi, v ekvatorialni ravnini nastajajočega Sonca pa je bila ta meglica močno zgoščena v protoplanetarni disk, katerega temperatura je zaradi trenja v njem bila višja od 1300 K. Ko se je protoplanetarni disk ohlajal, se je material v njem kondenziral. Prve v njem nastale trdnine so bila z aluminijem in calcijem bogata zrna oz vključki[2,3].

Ko sta se Sončeva meglica ter protoplanetarni disk še bolj ohladila, so sčasoma atomi in molekule tvorili prašna zrna. Tekom bliščev in strel se je temperatura te snovi večkrat tekom nekaj minut zelo hitro in močno spet povečala na več kot 1000 K, kar je povzročilo ponavljajoče se taljenje prašnih delcev in tvorbo sferičnih zrn, ki jih imenujemo hondrule. Tako hondrule kot vključki so se nato skozi miljone let z akrecijo združevali v asteroide. Nekateri asteroidi so nato tvorili večje planetezimale in nato planete. Trki planetezimalov ter procesi v planetih so vključke ter hondrule uničili. Le tisti asteroidi, ki so se se uspeli izogniti tem trkom, so v notranjosti ohranili ta dragocena zrna, ki danes predstavljajo edini material, ki je preživel od nastanka Sonca vse do današnjih dni.

Starost hondrul in vključkov lahko z veliko natančnostjo določimo iz relativne vsebnosti stabilnih izotopov svinca ²⁰⁶Pb in ²⁰⁷Pb, ki sta produkta radioaktivnega razpada izotopov urana ²³⁸U in ²³⁵U z razpolovno dobo 4.5 milijarde let ter 704 milijonov let. Natančne meritve relativne vsebnosti obeh izotopov svinca so leta 2012 skupini znanstvenikov[1] omogočile določiti starost hondrul v večih meteoritih, med njimi tudi v meteoritu Allende, na manj kot pol milijona let natančno in sicer na 4567,32 milijonov let. Ker gre za prve trdnine, ki so nastale v Osončju, so astronomi njihov nastanek vzeli kot definicijo trenutka rojstva Osončja. Za primerjavo, najstarejši do sedaj odkriti material, ki je nastal kmalu po nastanku Zemlje, so kristali zirkona, ki se nahajajo v kraju Jack Hills v Avstraliji[4,5,6], katerih starost je ocenjena na do 4.4 milijarde let, medtem, ko se najstarejše zemeljske kamnine nahajajo na severu kanadske province Quebec, njihova starost pa je ocenjena na 4,28 milijarde let.

Kot rečeno, nam je nekaj mesecev pozneje meteorit Murchison prinesel kamnine, ki so nastale v okolici neke druge, neznane zvezde. Logika pri določanju starosti teh trdnin pa je obrnjena kot v primeru meteorita Allende. Znanstveniki so namreč pregledovali zrna iz silicijevega karbida (SiC), za katera se ve, da so nastala v obdobju pred rojstvom Sonca. Ta zrna izvirajo iz okolice zvezd z maso med 1 in 8 Sončevih mas in sicer v poznih fazah njihovega razvoja, ko so se le-te napihnile in postale rdeče orjakinje[10]. Zrna so nato bila nenehno izpostavljena bombardiranju kozmičnih delcev. To so večinoma protoni ter helijeva jedra, ki imajo ogromne energije. Če en tak kozmični delec zadane zrno silicijevega karbida, lahko izvorni atomi razpadejo na elemente, ki v zrnih ob njihovem nastanku niso bili prisotni. Višje koncentracije teh elementov pomenijo, da so bila zrna izpostavljena kozmičnim delcem dlje časa, zato so indikator njihove starosti.

Heck in sodelavci[9] so v svojem članku, objavljenem leta 2020, proučevali vsebnost neona 21 (²¹Ne) v zrnih silicijevega karbida, ki so jih našli v meteoritu Murchison. Njihova starost po ocenah znanstvenikov ni bila enaka za vsa zrna. Koncentracije ²¹Ne pa so pokazale, da so najstarejša zrna nastala med 3.9 ± 1.6 in 3 ± 2 milijardami let pred rojstvom Osončja. Če vzamemo kot starost najstarejših zrn spodnjo ocenjeno vrednost, dobimo, da so ta zrna stara vsaj 7 milijard let.

Tako nam mikroskopska zrna v meteoritih pripovedujejo še eno zgodbo – da smo namreč mi ter vse okoli nas sestavljeni iz snovi, ki so jo pred mnogimi milijardami let proizvedle – zvezde.

Literatura

1. BÜHLER: . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-0348-6667-5 , pp. 130
2. Connelly, J. N.; Bizzarro, M.; Krot, A. N.; Nordlund, A.; Wielandt, D.; Ivanova, M. A. (2012). “The Absolute Chronology and Thermal Processing of Solids in the Solar Protoplanetary Disk”. Science. 338 (6107): 651–55. Bibcode:2012Sci…338..651C. doi:10.1126/science.1226919. PMID 23118187.
3. Ruzmaikina, T., Ip, W., 1994. Chondrule formation in radiative shock. Icarus 112, 430–447.
4. Compston, W., Pidgeon, R. Jack Hills, evidence of more very old detrital zircons in Western Australia. Nature 321, 766–769 (1986). https://doi.org/10.1038/321766a0
5. Mojzsis, S., Harrison, T. & Pidgeon, R. Oxygen-isotope evidence from ancient zircons for liquid water at the Earth’s surface 4,300 Myr ago. Nature 409, 178–181 (2001). https://doi-org.pbidi.unam.mx:2443/10.1038/35051557
6. Astrobiology at NASA, Earth’s Early Atmosphere: An Update, https://astrobiology.nasa.gov/news/earths-early-atmosphere-an-update/Bischoff, A.; Geiger, T. (1995). “Meteorites for the Sahara: Find locations, shock classification, degree of weathering and pairing”. Meteoritics. 30 (1): 113–122. Bibcode:1995Metic..30..113B. doi:10.1111/j.1945-5100.1995.tb01219.x. ISSN 0026-1114.
7. The Meteorological Society, https://www.lpi.usra.edu/meteor/metbull.php?code=16875
8. Gyngard Frank, Amari Sachiko, Zinner Ernst, Ott Ulrich (2009) Cosmic-Ray Exposure Ages of Large Presolar SiC Grains. Publications of the Astronomical Society of Australia 26, 278-283.
9. Heck PR, Greer J, Kööp L, Trappitsch R, Gyngard F, Busemann H, Maden C, Ávila JN, Davis AM, Wieler R. Lifetimes of interstellar dust from cosmic ray exposure ages of presolar silicon carbide. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Jan 28;117(4):1884-1889. doi: 10.1073/pnas.1904573117. Epub 2020 Jan 13. PMID: 31932423; PMCID: PMC6995017.
10. L. R. Nittler, F. Ciesla, Astrophysics with extraterrestrial materials. Annu. Rev. Astron. Astrophys. 54, 53–93 (2016).