Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

W procesie formowania się Ziemi masy ciekłego żelaza zlewały się do wnętrza planety, tworząc jej jądro. Razem z żelazem związane z nim została większość metali szlachetnych, takich jak złoto czy platyna – w jądrze ziemskim znajduje się ich tyle, ile wystarczyłoby do pokrycia całej powierzchni ziemi czterometrową warstwą! Koncentracja złota w jądrze powinna oznaczać, że bardziej zewnętrzne warstwy planety będą go zupełnie lub prawie zupełnie pozbawione. W płaszczu ziemskim złoża metali szlachetnych są jednak dziesiątki tysięcy razy obfitsze niż można by przypuszczać. W jaki sposób do tego doszło? Do tej pory naukowcy byli raczej zgodni, że ten nieoczekiwany naddatek wynika z niszczącego deszczu meteorytów, który nawiedził Ziemię już po utworzeniu jądra – złoto meteorytowe zostało związane w płaszczu ziemskim, nie wnikając już do jądra.

By potwierdzić tę teorię, dr Matthias Willbold oraz prof. Tim Elliott z Bristol Isotope Group w School of Earth Sciences przeanalizowali liczące sobie niespełna cztery miliardy lat skały z Grenlandii, które zgromadził prof. Stephen Moorbath z Uniwersytetu Oksfordziego. Jako jednej z najstarszych próbek skalnych dostępnych nauce, umożliwiają one wgląd w strukturę naszej planety krótko po uformowaniu się jądra, ale jeszcze przed domniemanym meteorytowym bombardowaniem.

Naukowcy określili przede wszystkim strukturę izotopową wolframu zawartego w tych skałach. Wolfram (W) to bardzo rzadki pierwiastek – jeden gram skały zawiera ok. jeden mikrogram wolframu (1 μg = 10^-6 g). Podobnie jak złoto oraz inne metale szlachetne wolfram wszedł w skład formującego się jądra. Jego izotopy (dla przypomnienia: „wersje” tego samego pierwiastka różniące się liczbą masową atomu) stanowią swoiste „odciski palców” pierwotnej materii, a spadające na Ziemię meteoryty powinny zostawić znaczący znak na jej strukturze izotopów wolframu.

Dr Willbold zaobserwował, że abundancja¹ izotopu ¹⁸²W w dzisiejszych skałach różni się od abundancji w skałach pobranych na Grenlandii o 1,5^-6 proc. Ta minimalna, ale jednak znacząca zmiana jest mocnym argumentem na rzecz potwierdzenia, że nadmiar dostępnego złota na Ziemi jest produktem ubocznym meteorytowego bombardowania.

– Wydobywanie wolframu ze skał i analizowanie jego struktury izotopowej było ekstremalnie wymagające ze względu na śladowe ilości tego pierwiastka dostępne w próbkach. Jesteśmy pierwszym laboratorium w skali świata, które dokonało tak precyzyjnych pomiarów – mówi dr Willbold.

Materia uderzających w Ziemię meteorytów była mieszana w warstwie płaszcza poprzez zachodzące na ogromną skalę zjawisko konwekcji². Bardzo pociągającym celem przyszłych badań jest dowiedzenie się, jak długo trwał ten proces. Następnie w wyniku procesów geologicznych uformowały się kontynenty, a metale szlachetne skoncentrowały się w złożach rud, które człowiek wydobywa do dzisiaj. 

– Nasze prace pokazują, że większość metali szlachetnych, które leżą u podstaw naszej ekonomii i wielu kluczowych działań przemysłowych, pojawiły się na naszej planecie dzięki szczęśliwemu zbiegowi okoliczności, kiedy Ziemia została zbombardowana przez 20 miliardów ton meteorytów – podsumowuje dr Willbold.

__________________________________________________________

¹ Abundancja izotopu – zwana też obfitością występowania izotopu to procentowa zawartość danego izotopu pierwiastka w pierwiastku naturalnie występującym.

² Konwekcja – proces przekazywania ciepła związany z makroskopowym ruchem materii w gazie. Zjawisko to wciąż zachodzi w płaszczu Ziemi w materii skalnej i skalno-magmowej, ale w bardzo wolnym tempie – z prędkością kilku centymetrów na rok. Przypuszcza się, że prądy konwekcyjne podłoża skorupy ziemskiej (tzw. prądy podskorupowe) są jedną z istotnych przyczyn wędrówki płyt tektonicznych litosfery.

Opracowano na podstawie artykułu „Where Does All Earth’s Gold Come From?” opublikowanego na portalu Geology Page