Earth shaped by primordial H$_2$ atmospheres

Auteurs : Edward D. Young, Anat Shahar, Hilke E. Schlichting

Nature, v. 616 (7956), 306-311 (2023)
arXiv: 2304.07845v1 - DOI (astro-ph.EP)
3 main figures, 5 auxiliary figures
Licence : CC BY-NC-ND 4.0

Résumé : Earth's water, intrinsic oxidation state, and metal core density are fundamental chemical features of our planet. Studies of exoplanets provide a useful context for elucidating the source of these chemical traits. Planet formation and evolution models demonstrate that rocky exoplanets commonly formed with hydrogen-rich envelopes that were lost over time. These findings suggest that Earth may also have formed from bodies with H$_2$-rich primary atmospheres. Here we use a self-consistent thermodynamic model to show that Earth's water, core density, and overall oxidation state can all be sourced to equilibrium between H$_2$-rich primary atmospheres and underlying magma oceans in its progenitor planetary embryos. Water is produced from dry starting materials resembling enstatite chondrites as oxygen from magma oceans reacts with hydrogen. Hydrogen derived from the atmosphere enters the magma ocean and eventually the metal core at equilibrium, causing metal density deficits matching that of Earth. Oxidation of the silicate rocks from solar-like to Earth-like oxygen fugacities also ensues as Si, along with H and O, alloys with Fe in the cores. Reaction with hydrogen atmospheres and metal-silicate equilibrium thus provides a simple explanation for fundamental features of Earth's geochemistry that is consistent with rocky planet formation across the galaxy.

Soumis à arXiv le 16 Avr. 2023

Explorez l'arbre d'article

Cliquez sur les nœuds de l'arborescence pour être redirigé vers un article donné et accéder à leurs résumés et assistant virtuel

Accédez également à nos Résumés, ou posez des questions sur cet article à notre Assistant IA.

Recherchez des articles similaires (en version bêta)

En cliquant sur le bouton ci-dessus, notre algorithme analysera tous les articles de notre base de données pour trouver le plus proche en fonction du contenu des articles complets et pas seulement des métadonnées. Veuillez noter que cela ne fonctionne que pour les articles pour lesquels nous avons généré des résumés et que vous pouvez le réexécuter de temps en temps pour obtenir un résultat plus précis pendant que notre base de données s'agrandit.