Sciencemag.cz
Doporučujeme
Na základě poznatků vyplývajících ze současného výzkumu evoluce Sluneční soustavy je usuzováno, že chemické prostředí raných planet bylo v prvních stovkách milionů let po jejich zformování do značné míry ovlivněno impakty těles pohybujících se během postakreční fáze v protoplanetárním disku po nestabilních drahách [140].
Meteority představují rezidua meziplanetární hmoty, která přežila průlet zemskou atmosférou a dopadla na povrch Země. Komplexní analýza meteoritů hraje klíčovou roli pro pochopení geologie a historie těles Sluneční soustavy, jakými jsou například asteroidy, komety a dokonce i planety a jejich měsíce ve Sluneční soustavě [141] a [142]. Znalost chemického a mineralogického složení
meteoritů může poskytnout vodítko k pochopení procesů, jež vedly v období pozemského hadaika či marsovského pre-noachiánu a noachiánu k obohacení kůry terestrických planet o železo a siderofilní prvky – např. Fe, Mn a platinové kovy. V anglosaské literatuře je tato doba označována termínem Late Veneer [143] – železo a siderofilní prvky z převážné většiny v předchozím průběhu diferenciace planet klesly do jejich nitra.
V případě Země řada výzkumů ukazuje, že toto nabohacení siderofilními prvky může být lépe interpretováno jako výsledek jediného střetu Země s planetesimálem o velikosti našeho Měsíce zhruba před 4,4 mld. let [89]. Podle studie H. Gendy a kol. z roku 2017 [89] byly tento impaktor i raná Země diferencovány. Jinými slovy: značná část železa (jež bylo převážně ve formě Fe0) a ostatních siderofilních prvků byly přítomny v jejich jádrech. Podle následně provedené numerické simulace bylo ukázáno, že jádro impaktoru se v průběhu impaktu protáhlo a následně dezintegrovalo do menších fragmentů, které pak dopadly na povrch planety. Takto dopravené neutrální železo mohlo s postupem času reagovat s kapalnou vodou, a to podle rovnice:
Fe + H2O → FeO + H2
To pravděpodobně mohlo vést k obohacení zemské atmosféry o molekulární vodík v řádech několika atmosfér. Podle této teorie většina takto vzniklého H2 ihned zreagovala s atmosférickým CO2 pocházejícím z vulkanismu, a to za současné redukce na CO nebo CH4, čímž vzniklo prostředí přijatelné pro prebiotickou chemii [144].
Železo z impaktoru se však také mohlo vlivem geochemických procesů vázat do nejrůznějších silikátových minerálů. Ty mohly vést (po následné alteraci) ke vzniku železitých jílových minerálů, jež by tak představovaly významný faktor při prebiotické syntéze biomolekul [95].
Redukované i chemicky vázané železo je přítomno i v primitivních chondritických meteoritech. Z toho plyne, že četné impakty nediferencovaných primitivních chondritů mohly do jisté míry přispět k obohacení chemického prostředí na raných planetách právě o siderofilní prvky, které mohly značně ovlivnit jejich chemickou evoluci včetně prebiotické syntézy.
V rámci této práce bylo řadou analytických technik studováno chemické složení a mineralogie chondritického meteoritu Porangaba. Ten je velmi zajímavý, protože existují záznamy průletu tělesa atmosférou. Přesná analýza tak vedla ke katalogizaci dalšího, v té době v pořadí 33. meteoritu s rodokmenem. Z hlediska mineralogické analýzy bylo porovnáno výsledné zastoupení jednotlivých prvků s jinými meteority a se složením povrchu Země, Marsu a Měsíce (kapitola 4.1).
Kromě obohacení kůry planet o siderofilní prvky mohly primitivní meteority obohacovat prostředí raných planet také o volatilní sloučeniny, jako jsou například H2O, NH3, CH4, CO, CO2, CH3OH, HCOOH a HCONH2 či o samotné organické molekuly. Obecně se předpokládá, že tyto organické sloučeniny pravděpodobně vznikly na chladných okrajích pre-stelárních mlhovin [145].
Zita Martins a její kolegové provedli v letech 2008 a 2015 experimenty hledající organické molekuly v primitivních uhlíkatých CM chondritech Murchison [146] a Paris [147]. Výsledkem bylo zjištění, že tyto primitivní meteority – a tím pádem i raná Sluneční soustava – obsahují širokou škálu abioticky syntetizovaných organických molekul.
Podle současných výzkumů však mohly četné impakty meteoritů obohatit prostředí raných planet o organické molekuly také jejich přímou syntézou během impaktu [124] a [148]–[150]. Plazma a rázová vlna vzniklé při impaktu mohly podle těchto studií iniciovat vysokoenergetickou syntézu biomolekul z tehdy dvou přítomných sloučenin – formamidu a HCN. Podstatnou roli při těchto syntézách mohly hrát také dříve zmíněné jílové minerály. Stručný přehled reakčních mechanismů těchto syntéz je uveden v diplomové práci Antonína Knížka z roku 2018 [7].
Míra účinku impaktů těles meziplanetární hmoty na chemické prostředí konkrétní rané planety je závislá na frekvenci a na celkovém množství jednotlivých impaktů. V případě Sluneční soustavy byl impaktní tok (angl. impact flux) poprvé odhadnut na základě škálování hustoty měsíčních kráterů a také z výzkumu úlomků impaktních tavenin a vulkanických hornin poskytnutých misemi Apollo a Luna. V práci G. Rydera z roku 2002 [151] je odhadováno, že před 4,4 mld. let (formování měsíční kůry) až 3,8 mld. let již nebyla míra impaktů dostatečná pro vypaření oceánů a sterilizaci planety. Nicméně toto období považuje Ryder za klíčové pro vznikající planetární chemii.
…
S. Marchi a kol. ve své publikaci z roku 2013 [153] ukazují, že globální přerod povrchu planety Merkur, který je datován do doby před 4,0–4,1 mld. let, zjizvil povrch planety v souvislosti s vulkanismem, a že nejstarší povrch Merkuru je datován na období před 4,1 mld. let. Sopečná aktivita skončila s LHB /pozdním velkým bombardováním/, což naznačuje, že vulkanismus byl v tomto období podporován četnými impakty těles meziplanetární hmoty. Chronologie kráterů na Mer kuru a Měsíci vykazuje zřejmou shodu.
Na základě nedávného výzkumu jsou pro Venuši, Zemi a Mars očekávány velmi podobné impaktní profily [140]. Ale konkrétní míry impaktů se liší. U Země a Venuše se předpokládá, že kumulativní počet impaktů je téměř stejný, a to o jeden řád vyšší než lunární. V případě Marsu je očekávaná hodnota impaktního toku asi pětkrát nižší než u Země a Venuše [140]. Navzdory rozsáhlému výzkumu zemského povrchu se zdá, že vlivem tektonických procesů a zvětrávání, které odstraňují stopy po impaktech, nebude možné stanovit pro Zemi míru impaktů přímo. Dosud nejstarší záznamy o pozemském impaktu představují vrstvy sférulí v jižní Africe a v Austrálii (staré 3,4–2,5 Gyr) a dva impaktní krátery staré přibližně 2,2 Gyr [99].
Ačkoliv v případě Země nedokázalo LHB způsobit globální vypaření oceánů či globální sterilizaci planety [151], lze předpokládat jeho velký vliv na planetární chemii [154]–[157].
…
Na základě těchto poznatků může být postulováno, že v průběhu evoluce rané Venuše, Země i Marsu byla důležitou hnací silou chemické evoluce jednotlivých planet vulkanická aktivita společně s přímým vlivem impaktů na chemické prostředí planety a s exogenním transferem volatilních a refraktorních materiálů.
Tento text je úryvkem z knihy
Lukáš Petera: Důsledky éry velkého bombardování pro chemickou a prebiotickou evoluci raného Marsu a Země
Academia 2022
O knize na stránkách vydavatele
