В новом исследовании ученые выдвигают гипотезу, объясняющую старую тайну – откуда взялась вода на Земле?
Эта работа бросает вызов общепринятым представлениям о происхождении водорода, содержащегося в земной воде. В ней предполагается, что элемент был частично захвачен из облаков пыли и газа, оставшихся после образования Солнца.
Откуда вода на Земле?
Чтобы обнаружить источники воды на Земле, ученые искали источники водорода, а не кислорода. Потому что этот компонент воды в Солнечной системе присутствует в намного больших количествах.
Многие ученые исторически поддерживают теорию о том, что вся вода на Земле происходит из астероидов. Это точка зрения опирается на химическое сходство между морской водой и водой, обнаруженной на астероидах. Отношение дейтерия, более тяжелого изотопа водорода, к нормальному водороду, служит уникальной химической сигнатурой источников воды. В случае с океанами Земли отношение дейтерия к водороду более близко к тому, что обнаружили в астероидах.
Однако, по словам авторов исследования, теория астероидов не может объяснить происхождение всего водорода Земли.
Более поздние исследования показывают, что водород в океанах Земли это не водород всей планеты, говорят авторы исследования. Образцы водорода из глубин Земли, близких к границе между ядром и мантией, имеют заметно меньше дейтерия. Это указывает на то, что этот водород, возможно, не имел к астероидам никакого отношения. Благородные газы гелий и неон с изотопными сигнатурами, унаследованными от солнечной туманности, также были обнаружены в мантии Земли.
В новом исследовании ученые разработали новую теоретическую модель формирования Земли для объяснения этих различий между водородом в океанах Земли и на границе ядра и мантии. А также наличия благородных газов глубоко внутри нашей планеты.
Моделирование рождения Земли
В соответствии с новой моделью несколько миллиардов лет назад крупные астероиды, имеющие запасы воды, начали превращаться в планеты. В это время солнечная туманность все еще вращалась вокруг Солнца. Эти астероиды, известные как планетарные эмбрионы, сталкивались и быстро росли. В конце концов одно из столкновений выделило достаточно энергии, чтобы расплавить поверхность большого эмбриона. Он превратился в океан магмы. Этот самый крупный эмбрион в конечном итоге станет Землей.
Газы из солнечной туманности, включая водород и благородные газы, изобиловали в этом эмбрионе. И они стали основой для формирования ранней атмосферы Земли. Небулярный водород, который содержит меньше дейтерия и более легкий, чем астероидный водород, был растворен в расплавленном железе океана из магмы.
В результате процесса, называемого изотопное фракционирование, водород перемещался к центру молодой Земли. По мнению авторов исследования, водород, который притягивался к железу, доставлялся в ядро этим металлом. В то время как большая часть его более тяжелого изотопа, дейтерия, оставалась в магме. Именно она, конечном итоге, охладилась и стала мантией Земли. Воздействие мелких эмбрионов и других объектов продолжало добавлять воду. И увеличивать общую массу Земли. Это продолжалось до тех пор, пока Земля не достигла своего окончательного размера.
Новая модель объясняет и наличие благородных газов глубоко внутри мантии Земли. А также более низкое соотношение дейтерий-водород в ее ядре по отношению к мантии и океанам.
Авторы использовали модель для оценки количества водорода из каждого источника. Они пришли к выводу, что большинство из них было астероидными по происхождению. Но часть земной воды все же происходит из солнечной туманности.
Перспективное моделирование
Авторы исследования говорят о важности этих знаний для понимания принципов эволюции других планет. И конечно их потенциала для существования жизни. Земные планеты в других планетных системах могут не иметь доступа к астероидам, наполненных водой. Но новое исследование говорит о том, что эти экзопланеты могли бы получить воду из протопланетной туманности своей системы.