Исследователи раскрывают происхождение азота и раннюю эволюцию на Земле

Совместное влияние испарения планетезималей и образования ядра на содержание N и изотопный состав N скалистых планет. a–c Содержание N и (d–f) δ¹⁵N в объемном силикатном резервуаре в зависимости от остаточной фракции N после испарения. Автор: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48500-0

Исследовательская группа под руководством профессора Ван Вэньчжуна из Школы наук о Земле и космосе Университета науки и технологий Китая (USTC) в сотрудничестве с международными учеными изучила поведение фракционирования изотопов азота во время аккреционной эволюции планет земной группы.

В настоящее время академическое сообщество в основном придерживается двух моделей аккреции летучих веществ на Земле: модели «Позднего шпона» и модели «Ранней эволюции».

Поскольку азот является одним из фундаментальных строительных блоков жизни на Земле, тщательное изучение его аккреционной и эволюционной истории имеет огромное значение для понимания происхождения элементов, связанных с жизнью, и эволюции обитаемости на нашей планете.

Исследователи использовали методы расчета из первых принципов, чтобы углубиться в механизм фракционирования изотопов азота (¹⁴N и ¹⁵N) во время конденсации материалов туманности в планетарные зародыши. Основное внимание уделялось двум стадиям плавления-испарения и дифференциации ядра и мантии.

Исследователи обнаружили, что в условиях, когда газообразный водород еще не полностью рассеялся в ранней солнечной туманности, плавление-испарение вызвало обогащение ¹⁴N в планетарных зародышах, в то время как дифференциация ядра и мантии привела к обогащению ¹⁵N в силикатном расплаве..

Объединив расчеты из первых принципов и данные наблюдений, исследователи обнаружили, что эволюция ранних планетарных эмбрионов сама по себе не может полностью объяснить изотопный состав азота силикатной Земли. Необходимо учитывать необходимость добавления на поздней стадии богатых летучими веществами материалов (таких как углеродистые хондриты).

Обилие азота на силикатной Земле является результатом как ранней эволюции, так и поздней стадии аккреции, но вклад поздней стадии аккреции в содержание других летучих веществ ограничен.

Это исследование проливает свет на тот факт, что две важные стадии раннего планетезимального плавления-испарения и поздней аккреции богатых летучими веществами совместно определяют содержание азота в силикатной Земле, предлагая новые взгляды на понимание происхождения летучих веществ на Земле.

Больше информации: Wenzhong Wang et al, Early planetesimal differentiation and late accretion shaped Earth's nitrogen budget, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48500-0