Podczas formowania się Ziemi, 4,5 miliarda lat temu, atomy fosforu, które znajdowały się w stopionych skałach, zgodnie z prawami fizyki powinny opaść do stopionego jądra. Jednak fosfor jest jednym z kluczowych pierwiastków do podtrzymania życia. Znajduje się w DNA, RNA i innych ważnych cząsteczkach biologicznych. Jest więc prawdopodobne, że fosfor, który dał początek życiu na Ziemi, został sprowadzony na powierzchnię naszej planety z kosmosu, a wcześniejsze badania wskazują, że możliwymi źródłami tego pierwiastka były meteoryty.

Teraz naukowcy przedstawiają nową analizę, zgodnie z którą mniejsze cząstki pochodzenia pozaziemskiego mogły dostarczać fosfor do atmosfery ziemskiej, gdzie łańcuchy chemiczne przekształcały fosfor w biologicznie dostępne formy – a mianowicie fosforyny i fosforany metali – w których to formach pierwiastek osiadł na powierzchni Ziemi.

Kiedy cząsteczki pyłu kosmicznego dostają się do atmosfery, tarcie o powietrze prowadzi do ich stopienia i odparowania, co jest powszechnie nazywane ablacją. To nowe badanie opiera się na wcześniejszych pracach naukowych, w których kosmiczny pył – małe fragmenty meteorów – był podgrzewany z dużą prędkością, aby symulować proces ablacji, i rejestrowano uwalnianie cząsteczek zawierających fosfor. Modelowanie numeryczne tego procesu dostarczyło dodatkowych dowodów na to, że kosmiczny pył może służyć jako źródło fosforu na powierzchni Ziemi.

Naukowcy przytoczyli łańcuch reakcji chemicznych opisujących specyficzny proces, w którym ablacja pyłu kosmicznego może prowadzić do powstania biodostępnych cząsteczek zawierających fosfor. W tym celu naukowcy połączyli wyniki badań reakcji chemicznych przeprowadzonych w laboratorium z przewidywaniami teoretycznymi dotyczącymi reakcji, które nie zostały jeszcze zbadane w warunkach laboratoryjnych. 

Uzyskany zestaw reakcji i modelowania numerycznego dostarczył nowego potwierdzenia hipotezy, zgodnie z którą ablacja pyłu kosmicznego i późniejsze reakcje chemiczne prowadzą do powstania biologicznie dostępnych form fosforu. Cząsteczki te są następnie wbudowywane w cząsteczki „dymu meteorytowego”, które osadzają się na powierzchni Ziemi. Zdaniem autorów takie cząstki mogłyby zapewnić znaczny i stały dopływ fosforu na powierzchnię naszej planety w trakcie jej powstawania, co w dalszej kolejności mogłoby dać możliwość narodzin organizmów żywych.

Ponadto eksperci przewidzieli, w których obszarach kuli ziemskiej może wystąpić najintensywniejsze stężenie fosforu dostarczanego z pyłem kosmicznym. Autorzy wykazali, że najszybsza akumulacja fosforu miała miejsce w szczególności w północnej części Gór Skalistych, w Himalajach i południowych Andach. Przewidywali również, że w atmosferze naszej planety, na wysokości 90 kilometrów nad powierzchnią, może znajdować się cienka warstwa atmosferyczna specjalnego związku chemicznego o nazwie OPO - będącego cząsteczką zawierającą fosfor. Przyszłe badania mogą potwierdzić istnienie tej hipotetycznej warstwy - stwierdzili autorzy.

Praca została opublikowana w Journal of Geophysical Research Space Physics.