Wie Phosphor aus der Kälte kam

Anonim

Phosphor, der lebensnotwendig, aber etwas selten ist, verdichtete sich innerhalb der Asteroiden im äußeren Sonnensystem, bevor er zurück zur Sonne ging, wo ein Teil davon auf der Erde landete, so eine neue Untersuchung.

Phosphor ist eines der sechs Hauptelemente des menschlichen Körpers und ein notwendiger Baustein für andere Organismen. Im Gegensatz zu Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Kalzium ist Phosphor jedoch selten. Im Rest des Sonnensystems ist es noch seltener.

Astrobiologen verfolgen Phosphor, in der Hoffnung, dass es sie zu Zeichen anderen Lebens führt.

Viele Meteoriten enthalten Phosphor, und wenn man weiß, wie Phosphor durch das Sonnensystem verteilt wird, können die Wissenschaftler bestimmen, woher die Meteoriten kommen, abhängig von der Menge und Art des enthaltenen Phosphors.

"Phosphor ist eines der Schlüsselelemente in der Biologie", sagt Matthew Pasek, Astrobiologist und Geochemiker an der Universität von Südflorida.

Im Gegensatz zu den anderen lebensnotwendigen Elementen findet sich Phosphor hauptsächlich in fester Form, während Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff oft als Gas gefunden werden. "(Die Untersuchung von Phosphor) hält uns in echten Hartgesteinsproben fest. Im Gegensatz zu den anderen gibt es keine offensichtliche Gasform und muss daher aus Felsquellen kommen", sagt Pasek. "Wir hoffen, das letztendlich mit Biologie und Leben zu verbinden."

Seine aktuelle Arbeit in der Fachzeitschrift Icarus untersucht die Verteilung von gasförmigem (oder "flüchtigem") Phosphor im frühen Sonnensystem und was dies für die gegenwärtige Verteilung von Phosphor bedeutet.

Von der Kante her

Es wird vermutet, dass sich Phosphor im Herzen explodierender Sterne oder Supernovae bildet. Im Falle unseres frühen Sonnensystems wurde alles in der Nähe der Sonne verdampft, erklärt Pasek. Dann, als sich die Elemente von der Sonne entfernten, wurden sie kälter und begannen sich zu Festkörpern zu verdichten.

Die Frage hinter dem Papier lautete: "Wenn Phosphor bei diesen hohen Temperaturen nicht reagiert, um einen Feststoff zu bilden, dann kann er vielleicht in den kalten Regionen eine andere Art von Feststoff bilden", sagt Pasek.

Das Gasphosphin (PH 3) ist die hauptsächliche flüchtige Phase von Phosphor bei niedrigen Temperaturen. Zwei verschiedene Gruppen haben vorgeschlagen, dass Phosphin eine aktive Rolle in der Eischemie an den Außenkanten des Sonnensystems spielen könnte.

Paseks Papier zielt darauf ab, zu bestimmen, wie schnell Phosphor mit Feststoffen reagieren würde - "sehr schnell", plappert Pasek - und dann, wie lange es dauern würde, um in wärmere Umgebungen abzukühlen und wieder angezogen zu werden. Letztendlich war das Ziel, die Verteilung flüchtiger Formen von Phosphor wie Phosphin zu bestimmen und wie diese im Sonnensystem verteilt sind.

Nach einem theoretischen Modell, das Thermodynamik, Raten, mit denen Phosphor mit Metallen reagiert, und Gasdiffusionsmodelle kombiniert, fanden Paseks Forschungen heraus, dass der meiste Phosphor überall im Sonnensystem bis etwa zu Saturn in fester Form vorliegen sollte. "Phosphor wurde im gesamten sich entwickelnden Sonnensystem als flüchtig abgebaut, und flüchtige Formen von Phosphor wären selbst in den kälteren Regionen des Sonnennebels minimal gewesen", heißt es in dem Papier.

Meteoriten und Phosphor

Phosphor sollte auch in einer Form namens Schreibersit existieren, die ein Mineral ist, das Nickel, Eisen und Phosphor enthält, sagt er. "Wir finden es ständig in Meteoriten und in den eher kometaren Formen. Es bedeutet, dass sich in dieser Region so ziemlich alle Meteorite bilden müssen, die wir sammeln, die eine kleine Menge Phosphid enthalten

.

Diese Studie impliziert, dass Phosphor für das Leben aus fester Form und nicht aus Phosphor aus Eis kommt. "

Mikhail Zolotov, ein Forschungsprofessor an der Arizona State University, der sich auf flüchtige Elemente auf anderen Planeten spezialisiert hat, bemerkt, dass sowohl die Häufigkeit als auch die Arten von Phosphor die biologische Aktivität beeinflussen könnten.

Aus früheren Untersuchungen von Meteoriten ging hervor, dass Phosphor hauptsächlich in Mineralien und nicht in Gasen vorkommt. "Frühere Modelle für die Kondensation von heißem Sonnenkompositionsgas zeigten die Bildung von phosphorhaltigen Mineralen, die in Meteoriten beobachtet werden", sagt Zolotov.

Während er sagt, dass Paseks Papier ein "ordentliches Stück Arbeit" ist, ist es strittig, dass die Gasbewegung zur Sonne, die nicht in der Zeitung modelliert wurde, schneller sein könnte als die Diffusion von Gas weg von der Sonne. "Vorhandene Meteoritendaten deuten nicht auf einen Phosphormangel in der Sonne hin

.

(Und diese Hypothese) muss noch durch Daten aus Materialien des äußeren Sonnensystems wie Kometen bestätigt werden ", sagt er.

Für Pasek besteht der nächste Schritt in dieser Forschung darin, mit Phosphin im Labor zu experimentieren und es in einen praktischeren Bereich zu bringen. "Wir werden Metallstücke nehmen und sie phosphorhaltigem Gas aussetzen und sehen, wie lange es dauert, diese Gesteine ​​herzustellen", sagt er. Er wird diese Daten dann wieder in seine Modelle einspeisen.

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