根据莱斯大学岩石学家发表在该杂志上的一项新研究，地球很可能从44亿年前形成月球的行星碰撞中获得了大部分碳、氮和其他生命必需的挥发性元素科学的进步。

“从对原始陨石的研究中，科学家们早就知道地球和太阳系内部的其他岩石行星是挥发物耗尽的，”该研究的合著者拉杰迪普·达斯古普塔说。“但不稳定分娩的时机和机制一直备受争议。我们的假设是第一个可以解释时间和传递的假设，这与所有地球化学证据都是一致的。”

这些证据来自达斯古普塔实验室的高温高压实验，该实验室专门研究在高温高压下发生在行星深处的地球化学反应。

在一系列实验中，该研究的主要作者、研究生达曼维尔·格里瓦尔(Damanveer Grewal)收集了证据，以验证一个长期存在的理论，即地球的挥发物来自于与一颗内核富含硫的胚胎行星的碰撞。

捐赠行星核心的硫含量很重要，因为关于碳、氮和硫存在于地球核心以外的所有地方的一系列令人困惑的实验证据。

格里瓦尔说:“地核不与地球的其他部分相互作用，但它上面的一切，地幔、地壳、水圈和大气，都是相互联系的。”“它们之间的物质循环。”

关于地球是如何接收挥发物的，一个长期存在的观点是“晚贴面”理论，即富含挥发物的陨石，即来自外太阳系的原始物质的残余块，是在地球核心形成后到达的。虽然地球挥发物的同位素特征与这些被称为碳质球粒陨石的原始物体相匹配，但碳与氮的元素比例却不一致。地球的非核心物质，地质学家称之为块状硅酸盐地球，碳氮比约为40比1，大约是碳质球粒陨石中比例为20:1的两倍。

格里瓦尔的实验模拟了地核形成过程中的高压和高温，验证了一个富含硫的行星地核可能会排除碳或氮，或两者兼而有之的想法，与地球相比，这些元素在硅酸盐中所占的比例要大得多。在一系列温度和压力范围内的测试中，格里瓦尔研究了在三种情况下，有多少碳和氮进入了核心:不含硫、含硫10%和含硫25%。

“氮基本上没有受到影响，”他说。“相对于硅酸盐，它仍然可溶于合金中，只有在最高硫浓度下才开始从岩心中排除。”

相比之下，碳在中等硫浓度合金中的可溶性要低得多，富硫合金的碳重量比无硫合金少约10倍。

利用这些信息，再加上地球上和非地球物体中已知的元素比例和浓度，达斯古普塔、格里瓦尔和莱斯大学博士后研究员孙晨光设计了一个计算机模拟，以找到最可能产生地球挥发物的情景。要找到答案，需要改变初始条件，运行大约10亿个场景，并将它们与今天太阳系的已知条件进行比较。

格里瓦尔说:“我们发现，所有的证据——同位素特征、碳氮比以及硅酸盐土中碳、氮和硫的总量——都与月球形成的影响相一致，这一影响涉及一颗含有挥发物、火星大小、核心富含硫的行星。”

达斯古普塔是美国宇航局资助的一个名为“聪明的行星”的项目的首席研究员，该项目正在探索生命必需元素如何在遥远的岩石行星上聚集在一起。他说，更好地了解地球上生命必需元素的起源，其意义超出了我们的太阳系。

达斯古普塔说:“这项研究表明，如果一颗岩石状的类地行星在与其他行星的巨大撞击中形成并成长，那么它获得生命必需元素的机会就会更多。这些行星可能来自原行星盘的不同部分。”

“这消除了一些边界条件，”他说。“这表明，生命必需的挥发物可以到达行星的表层，即使它们是在非常不同的条件下经历核心形成的行星体上产生的。”

达斯古普塔说，地球上大量的硅酸盐本身似乎不可能达到产生我们的生物圈、大气和水圈所必需的不稳定预算。

“这意味着我们可以扩大对导致挥发性元素聚集在一个星球上以支持我们所知道的生命的途径的搜索。”