Nowe badania przeprowadzone na Uniwersytecie Rice sugerują, że za geologiczną historią Merkurego może leżeć pewna cecha chemiczna: nadmiar siarki. Po zbadaniu konkretnego meteorytu naukowcy odkryli, że siarka zasadniczo zmienia procesy topnienia i krzepnięcia wnętrza Merkurego, zachowując się wbrew wszystkiemu, czego nauczyliśmy się badając Ziemię.
Problem „ziemiocentryzmu” w planetologii
Przez dziesięciolecia nasze rozumienie powstawania planet opierało się na modelach „zorientowanych na Ziemię”. Zakładamy, że procesy takie jak ewolucja magmy (sposób, w jaki stopiona skała ochładza się i tworzy skorupę planety) przebiegają według wzorców podobnych do tych zachodzących na Ziemi.
Jednakże rtęć jest chemicznym słabszym graczem. Jak zauważa profesor Rajdeep Dasgupta, dyrektor Rice Institute for Space Studies, powierzchnia Merkurego jest zupełnie inna od powierzchni Ziemi. Ponieważ interpretacja danych ze statku kosmicznego może być trudna, badacze musieli znaleźć sposób na zbadanie wewnętrznych procesów Merkurego bez konieczności posiadania bezpośrednich próbek samej planety.
Meteoryt jako obiekt zastępczy do badania planety
Aby wypełnić tę lukę, badacze zajęli się meteorytem Indart, który spadł w Azerbejdżanie w 1891 r. Meteoryt Indart jest chemicznie „zredukowany” – co oznacza, że brakuje mu dużej ilości tlenu znajdującego się w skałach lądowych – i ma uderzająco podobny skład chemiczny do Merkurego. Naukowcy uważają, że może to być nawet pozostałość po cegiełkach, z których powstała planeta.
Odtwarzając w laboratorium ekstremalne warunki temperatury i ciśnienia typowe dla Merkurego, zespół „upieczył” mieszaniny chemiczne wzorowane na składzie meteorytu Indart. Pozwoliło im to zaobserwować, jak magma podobna do Merkurego zachowuje się w realistycznych warunkach planetarnych.
Efekt siarki: zniszczenie struktury krzemianowej
Najbardziej znaczącym odkryciem badań było to, że siarka obniża temperaturę, w której stopiona skała zaczyna krystalizować. Na Ziemi magma pozostaje w stanie ciekłym, dopóki nie osiągnie określonej temperatury, po czym zaczyna zamieniać się w stałe kryształy. Na Merkurym siarka pozwala magmie pozostać stopioną w znacznie niższych temperaturach.
Powodem jest wyjątkowa równowaga chemiczna planety:
– Niska zawartość żelaza: Na planetach bogatych w żelazo, takich jak Ziemia czy Mars, siarka jest w większości „intensywnie” związana z żelazem.
– Dostępność siarki: Ponieważ rtęć zawiera tak mało żelaza, siarka jest „bezpłatna” i może znaleźć innych partnerów.
– Zastąpienie tlenu: W skałach ziemskich pierwiastki takie jak magnez i wapń wiążą się z tlenem, tworząc stabilną „sieć krzemianową”. Na Merkurym siarka interweniuje i zastępuje tlen w tej sieci.
Ponieważ siarka tworzy słabsze wiązanie strukturalne niż tlen, wewnętrzna „szkielet” skały staje się mniej stabilna. Powoduje to, że magma dłużej pozostaje płynna i zmienia sposób, w jaki płaszcz planety zestalił się na przestrzeni miliardów lat.
Nowy paradygmat ewolucji planet
Badania te zmieniają sposób, w jaki naukowcy badają inne światy. Zamiast próbować dopasować każdą planetę do kształtu Ziemi, w tej pracy wykazano, że specyficzna „receptura chemiczna” planety – jej unikalny stosunek pierwiastków – decyduje o jej całym geologicznym losie.
„To, co woda lub węgiel robi z ewolucją magmy na Ziemi, siarka robi z Merkurym.”
Wniosek
Pokazując, w jaki sposób siarka zastępuje tlen w wewnętrznej strukturze Merkurego, badanie to zapewnia istotną podstawę do zrozumienia ewolucji unikalnych pod względem chemicznym planet. Podkreśla potrzebę badania każdego ciała niebieskiego pod kątem jego własnej chemii, zamiast polegać wyłącznie na porównaniach z Ziemią.
