Ученые выдвинули новую теорию происхождения воды на Земле

Согласно новым исследованиям, вода на Земле могла возникнуть как из астероидного материала, так и из газа, появившегося от образования Солнца. Новая гипотеза может открыть ученым важные сведения о развитии других планет и их потенциале для создания и поддержания жизни.

В исследовании, опубликованном в Journal of Geophysical Research: Planets Американского геофизического общества, ученые предлагают новую теорию для решения давней тайны: откуда появилась вода на Земле? Исследование бросает вызов общепринятым представлениям о водороде в воде Земли: оно говорит, что этот элемент пришёл к нам из облаков пыли и газа, оставшихся после образования Солнца – солнечной туманности.

Многие ученые поддерживают теорию о том, что вся земная вода произошла из астероидов. Это всё из-за сходства между морской водой и водой, обнаруженной на астероидах. В случае с океанами Земли, соотношение дейтерия, более тяжелого изотопа водорода, к нормальному водороду близко к тому, что обнаружено в астероидах. Однако, по словам некоторых авторов исследования, океан не может рассказывать всю историю о водороде Земли:

«Когда люди измеряют соотношение дейтерия в морской воде, и видят, что он довольно близок к тому, что мы видим в астероидах, они начинают слепо верить, что вся вода пришла на Землю от астероидов», – говорит Стивен Деш, профессор астрофизики в Школе изучения Земли и космоса в Университете штата Аризона.

Более поздние исследования показывают, что образцы водорода из глубины Земли, близкие к границе между ядром и мантией, имеют заметно меньше дейтерия, и это указывает на то, что данный водород, возможно, взялся не от астероидов. Благородные газы, такие как гелий и неон с изотопическими сигнатурами, унаследованными от солнечной туманности, также были обнаружены в мантии Земли.

В процессе исследования учеными была разработана новая теоретическая модель формирования Земли для объяснения этих различий между водородом в океанах Земли и наличием благородных газов глубоко внутри планеты, на границе между мантией и ядром.

Моделирование происхождения воды на Земле

В соответствии с новой моделью, несколько миллиардов лет назад, крупные астероиды с заболоченной водой начали развиваться в планеты, тогда как солнечная туманность все еще вращалась вокруг Солнца. Эти астероиды, известные как «планетарные зародыши», сталкивались и быстро росли. В конце концов, столкновение дало достаточно энергии, чтобы расплавить в океане магмы поверхность самого большого зародыша, который в конечном итоге стал Землей.

Газы из солнечной туманности, включая водород и благородные газы, были притянуты большим, покрытым магмой зародышем для формирования ранней атмосферы. Водород, который содержал меньше дейтерия и был легче астероидного водорода, растворялся в расплавленном железе океана магмы. В процессе изотопного обмена водород тянулся к центру молодой Земли. По мнению авторов исследования, водород, который притягивался к железу, доставлялся в ядро, в то время как большая часть дейтерия оставалась в магме, которая в конечном итоге охлаждалась и становилась мантией. Воздействие мелких зародышей и других объектов продолжало добавлять воду в общую массу Земли, пока она не достигла своего окончательного вида.

Авторы использовали модель для оценки количества водорода из каждого источника. Они пришли к выводу, что большая его часть была астероидной по происхождению, но часть земной воды исходила от солнечной туманности.

«Для каждой сотни молекул земной воды есть одна или две из солнечной туманности», – говорит Ян Ву, ведущий автор исследования.

Проницательная модель

Авторы исследования также предлагают ученым новые перспективы образования других планет и оценку их потенциала для поддержания жизни. Новое исследование предполагает, что землеподобные планеты в других солнечных системах, которые не имеют доступа к астероидам с водой, могли бы получить воду через туманность собственной звезды.

«Эта модель предполагает, что неизбежное образование воды, вероятно, произойдет на любых достаточно больших каменистых экзопланетах во внесолнечных системах», – сказал Ву. – Я думаю, это очень интересно».

Анаф Шахар, геохимик из Института Карнеги по науке, который не участвовал в исследовании, отметил, что в настоящее время достаточно трудно измерить и проанализировать процесс разделения изтопов водорода, в котором изменяется отношение дейтерия к водороду, когда элемент растворяется в железе.

«Новая модель, которая хорошо вписывается в текущие исследования, может быть протестирована, как только эксперименты выявят фактор фракционирования водорода, – сказал Шахар. – Такой подход является очень креативным альтернативным решением старой проблемы. Авторы уже неплохо оценили, какие могут быть факторы фракционирования, не проводя экспериментов».

Ранее учёные нашли подо льдом Гренландии огромный кратер.