Bakgrunnsstoff: Forskjell på teistisk kosmologi og teistisk evolusjon -lenke

Mitt spørsmål: Er det tilfelle at metaller som er nødvendige for livet dannes i jordens indre?

gemini.google.com: Nei, det stemmer ikke i geokjemisk forstand. Metallene i seg selv dannes ikke inne i jorden, men jorden fungerer som en gigantisk "resirkuleringsmaskin" som gjør disse metallene tilgjengelige for biologisk liv.

1. Hvor dannes metallene egentlig?

Alle tunge grunnstoffer - inkludert livsnødvendige metaller som jern (Fe), sink (Zn), kobber (Cu), magnesijum (Mg), kobolt (Co) og mangan (Mn) - ble dannet ute i verdensrommet lenge før jorden ble til:

  • Stjernefusjon: Lettere metaller (som magnesium og jern) fusjoneres i kjernen på massive stjerner.

  • Supernoaer og nevtronstjerne-kollisjoner: Tungere metaller (som sink og kobber) dannes i katastrofale stjerneeksplosjoner.

  • Solsystemets fødsel: Da jorden ble dannet for ca. 4,5 milliarder år siden, var disse metallene allerede en del av gass- og støvskyen jorden ble bygget av.

    Bilde 1. Livet står i et komsisk kretsløps-system

2. Jordens indre sirkulerer og konsentrerer metallene

< 

Selv om metallatomer ikke skapes i jordens indre, spiller prosessene i mantelen og jordskorpen en helt avgjørende rolle for at liv kan eksistere:

Prosess i jordens indre

Betydning for livsnødvendige metaller

Plateteptonikk og vulkanisme

Vulkaner og havbunnsspredning henter metaller opp fra mantelen og bringer dem til overflaten.

Hydrotermale skorsteiner

Varmt vann i dypet løser opp metaller i jordskorpen og spyr dem ut på havbunnen som næring for mikroorganismer.

Geokjemisk resirkulering

Ved subduksjon (når en jordskorpeplate glir under en annen) trekkes metaller ned i mantelen og resirkuleres gjennom magma.

3. Hvorfor er metallene viktige for liv?

Uten disse metallene på overflaten ville biologisk liv slik vi kjenner det vært umulig:

  • Jern (Fe): Nødvendig for oksygentransport i blod (hemoglobin) og i mange enzymer.

  • Magnesium (Mg): Kjernen i klorofyllmolekylet som gjør at planter kan drive fotosyntese.

  • Sink (Zn) og Kobber (Cu): Helt essensielle for at tusenvis av enzymer og proteiner i cellene våre skal fungere.

Kort oppsummert: Metallene ble opprinnelig skapt i stjerner, men det er jordens indre geologiske aktivitet som kontinuerlig pumper dem opp til overflaten og havet, slik at biologiske organismer kan ta dem i bruk.

Bilde 2. Menneskekroppen krever en rekke metaller og mineraler for å fungere

 

Er det grunnlag for å si at eksistensen av slike livsnødvendige metaller og en planets evne til å samle dem opp, er med å styre hvilke planeter som tillater liv?

Ja, det er det absolutt. Dette er et helt sentralt konsept innen astrobiologi og teorien om planetarisk beboelighet.

For at en planet skal kunne oppstille og opprettholde liv, holder det ikke bare at den ligger i den beboelige sonen (riktig avstand fra sin stjerne for flytende vann). Planeten må også ha den rette kjemiske sammensetningen og en intern struktur som klarer å fange opp, resirkulere og beskytte disse elementene.

1. Stjernesystemets metallisitet (Tilgang på råvarer)

Astrofysikere måler en stjernes "metallisitet" - altså hvor stor andel av tunge grunnstoffer (alt tyngre enn helium) som fantes i gasskyen da stjernesystemet ble dannet.

  • Første generasjons stjerner i universet bestod nesten bare av hydrogen og helium. Planetene rundt dem (om de fantes) manglet jern, magnesium, sink og silikater.

  • Planeter som dannes rundt stjerner med høy metallisitet har nok tunge grunnstoffer til å bygge en steinplanet med en jernkjerne og metallrik mantel.

    Bilde 3. Funksjonene til noen viktige mineraler

2. Planetens evne til å "samle" og holde på metallene

Hvordan planeten blir til under akkresjonen (når støv og asteroider krasjer sammen) avgjør om metallene blir tilgjengelige:

Mekanisme

Hvorfor det er avgjørende for liv

Differensiering (Kjernedanning)

Når den unge planeten smelter, synker tunge metaller som jern og nikkel inn til sentrum. En flytende jernkjerne genererer et magnetfelt som beskytter planetens atmosfære og overflate mot ødeleggende kosmisk stråling.

Størrelse og indre varme

En planet må være stor nok til at den indre radioaktive varmen (fra nedbrytning av tunge metaller som uran og thorium) holder kjernen og mantelen flytende over milliarder av år. Mars var for liten, kjølte seg ned, mistet magnetfeltet og dermed mesteparten av atmosfæren.

Platetektonisk motordrev

Varmen i det metallrike indre driver platebevegelser og vulkanisme, som kontinuerlig gulper metaller som magnesium, jern og sink opp til overflaten der biokjemien kan ta dem i bruk.

Bilde 4. Kosmos er fininnstilt for liv

3. "Gullhår"-balansen for metaller

Det finnes også en øvre og nedre grense for hvor mye metaller en beboelig planet bør ha:

  • For lite metaller: Planeten får ingen dynamisk jernkjerne (ingen magnetisk skjold) og mangler sporstoffene som trengs for å bygge enzymsystemer og fotosyntese.

  • For mye metaller (Sjeldne super-Jorder): Planeten kan bli så tung og tett at platebevegelser stopper opp under det enorme trykket, eller at planeten tiltrekker seg en så dyp og tykk gassatmosfære at overflaten blir et brennhett drivhus.

Konklusjon: Et planetsystem må ha tilgang på livsnødvendige metaller fra tidligere stjernegenerasjoner, og planeten må være akkurat stor nok til å fange dem opp i en smeltet kjerne og mantel. Uten denne geokjemiske motoren blir planeten enten en gold, ubeskyttet stein (som Mars) eller en gassgigant uten fast overflate.

Spørsmål og bilder ved Asbjørn E. Lund