У нас є комети та астероїди, щоб подякувати за воду Землі, згідно з найбільш поширеною теорією серед учених. Але це не те, що нарізане і висушене. Це все ще є таємницею, і нове дослідження свідчить про те, що не вся вода Землі була доставлена на нашу планету таким чином.
Водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті, і він знаходиться в центрі питання навколо води Землі. Цим новим дослідженням керував Петер Бусек, професор регентів у Школі досліджень Землі та Космосу та Школі молекулярних наук Арізонського державного університету. У ній автори припускають, що водень прийшов, принаймні частково, із сонячної туманності, хмара газу та пилу, що залишилася після утворення Сонця.
Перш ніж розібратися в деталях у цьому новому дослідженні, корисно буде вивчити давню теорію, яку вона може замінити.
Тривалий час більшість вчених вважали версію води від кометів та астероїдів водним походженням тут на Землі. Все починається з утворення Сонця.
Коли Сонце утворилося з молекулярної хмари, воно змітало більшу частину матеріалу в хмару, залишаючи трохи залишеного на все інше: планети, астероїди та комети. Як тільки Сонце спалахнуло життя із синтезом, потужний сонячний вітер послав багато водню з його зовнішніх шарів за межі того місця, де сьогодні перебувають внутрішні скелясті планети - Меркурій, Венера, Земля та Марс.
Це царство газових гігантів, а ще важливіше - комети та астероїди. Комети - це крижані, скелясті тіла, які, як вважають, містять значну кількість водню, видутого там на початку Сонця, і астероїди теж, хоча в меншій мірі. Вони стали значним резервуаром водню.
Коли Земля утворилася, це була розплавлена куля, її поверхня утримувалась у такому стані при повторному зіткненні з астероїдами. Поки що так добре, оскільки рання Сонячна система була набагато більш хаотичним місцем, ніж зараз. Коли астероїди та комети вразили цю гарячу Землю, вода та водень у ній кип'ятили у космос. По мірі охолодження Землі з часом зіткнення комети та астероїдів дозволило конденсуватися на Землі і не кип'ятити в космос. Вода застрягла навколо.
Докази цього полягають у ізотопних співвідношеннях. Відношення важкого ізотопного дейтерію водню до нормального водню є хімічною ознакою. Два водойми з однаковим співвідношенням повинні мати однакове походження, іде мислення. І океани Землі мають таке ж співвідношення, як і вода для астероїдів.
Це дуже спрощена версія широко поширеної теорії про те, як вода потрапила на Землю.
Але вчені є недосвідченими, завжди намагаються краще, глибше розуміти речі. Вони ставили під сумнів теорію "води з комет" до того, як з'явилося нове дослідження.
Ще в 2014 році деякі вчені вивчали це питання, дивлячись на метеорити різного віку. (Метеорити - це лише астероїди, які вразили Землю.) Спочатку вони подивилися на те, що відомо як "метеорити вуглекислих хондритів". Вони найстаріші з них, яких ми знаємо, і вони утворилися приблизно в той самий час, як і Сонце. Вони є основними будівельними блоками Землі.
Далі вони вивчали метеорити, які, на нашу думку, походять від великого астероїда Вести. Веста утворилася в тому ж регіоні, що і Земля, приблизно через 14 мільйонів років після народження Сонячної системи. Згідно з цим дослідженням 2014 року, стародавні метеорити нагадували основний склад Сонячної системи і в них багато води, тому їх широко вважають джерелом води Землі.
Вимірювання в цьому дослідженні 2014 року показали, що ці метеорити мають ту саму хімію, що й хондрити вуглецю та гірські породи, виявлені на Землі. Вони зробили висновок, що вуглекислі хондрити є найбільш ймовірним поширеним джерелом води. У той час Хорст Маршалл, один з авторів дослідження, сказав: "Дослідження показує, що вода Землі, швидше за все, накопичується одночасно зі скелею. Планета утворилася як мокра планета з водою на поверхні ». Команда, що стоїть за цим дослідженням, визнала, що частина нашої води виникла від ударів.
Що підводить нас до цього нового дослідження, яке підкріплює висновки дослідження 2014 року.
Автори цього нового дослідження стверджують, що океани та їх співвідношення ізотопів можуть не розповісти всієї історії. "Це трохи сліпа пляма в громаді", - сказав Стівен Деш, професор астрофізики в Школі досліджень Землі та космосу Державного університету штату Арізона в Теме, штат Арізона. "Коли люди вимірюють відношення [дейтерій до водню] в океанській воді, і вони бачать, що воно досить близьке до того, що ми бачимо в астероїдах, нам завжди було легко повірити, що все походить від астероїдів". Важко їх звинуватити; це досить вагомий доказ
"Це трохи сліпа пляма в громаді". - Стівен Деш, Школа вивчення Землі та Космосу, АСУ.
Деш та інші автори цього нового дослідження вказують на дослідження, опубліковані у 2015 році, що показують, що Світовий океан може не бути представником первісної води Землі. Світовий океан, можливо, кружляв між поверхнею та глибшим водоймою, глибоко в Землі. Це може змінити співвідношення з часом, і це може означати, що ця глибша вода являє собою принаймні частину справжньої первісної води Землі. І ця вода, можливо, потрапляла безпосередньо з сонячної туманності, а не через удари комети та астероїдів.
Дослідженням розробляється нова теоретична модель формування Землі для пояснення цих відмінностей між воднем у океанах Землі та на кордоні основної мантії.
Ця нова модель демонструє великі астероїди, зареєстровані водою, утворені планетами мільярди років тому в сонячній туманності, що кружляється навколо Сонця. Ці планетарні ембріони зазнали послідовних зіткнень і вони швидко зростали. Зрештою, кажуть вони, досить потужне зіткнення розплавило поверхню найбільшого зародка в океан магми. Цей найбільший ембріон став Землею.
Цей великий ембріон мав достатньо сили тяжіння для атмосфери, і він притягував гази, включаючи водень, найпоширеніший, із сонячної туманності, щоб утворити його. Водень у сонячній туманності містив менше дейтерію і легший, ніж астероїдний водень. Він розчинявся у розплавленому залізі магмового океану на Землі.
Водень втягували до центру Землі процесом, який називався ізотопним фракціонуванням. Водень притягується до заліза і його залізо доставляє ядро Землі. Дейтерій, важкий ізотоп водню, залишився в магмі, яка охолола, утворюючи земну мантію. Постійний вплив приносив більше води та маси на Землю, до тих пір, поки вона не досягла такої маси, яка є сьогодні.
Ключовим моментом у цій новій моделі є те, що водень у ядрі Землі відрізняється від водню в мантії та океанах. Основна вода має значно менше дейтерію. Але що це все означає?
Нова модель дозволила авторам оцінити кількість води, яка надходила від ударів астероїдів у міру зростання та розвитку Землі, порівняно з кількістю сонячної туманності, коли Земля формувалася. Їх висновок? "На кожні 100 молекул води Землі є одна-дві, що надходять із сонячної туманності", - сказав Джун Ву, доцент кафедри Молекулярних наук та Школи досліджень Землі та Космосу в Арізонському державному університеті та співавтор автора навчання.
Це дослідження є новою точкою зору планетарного становлення, розвитку та того, як раннє життя могло процвітати на молодій планеті.
"Ця модель дозволяє припустити, що неминуче утворення води, можливо, відбудеться на будь-яких досить великих скельних екзопланетах в позасонячних системах. Я думаю, що це дуже хвилює ». - Джун Ву, Школа молекулярних наук та Школа досліджень Землі та Космосу в АСУ, співавтор.
Раніше ми думали, що єдині планети, які могли б мати на них життя, повинні бути у Сонячній системі, багатої водоносними астероїдами та кометами. Але це може бути не так. В інших сонячних системах не всі планети, подібні до Землі, мають доступ до астероїдів, завантажених водою. Нове дослідження припускає, що будь-яка мешкання екзопланет могла отримати воду з сонячної туманності в своїй системі. Земля приховує більшу частину своєї води у своїх надрах. Земля має приблизно два океани у своїй мантії та 4 чи 5 у своєму ядрі. Екзопланети можуть бути схожими.
"Ця модель дозволяє припустити, що неминуче утворення води, можливо, відбудеться на будь-яких досить великих скельних екзопланетах в позасонячних системах", - сказав Ву. "Я думаю, що це дуже хвилює".
У цій новій моделі є один застережливий момент, який включає фракціонування водню. Мало зрозуміло, як змінюється співвідношення дейтерій до водню, коли елемент розчиняється в залізі, що знаходиться в центрі цієї нової моделі. Це потрібно було оцінити в цьому новому дослідженні.
Загалом, нове дослідження добре поєднується з іншими дослідженнями води Землі. Після того, як буде проведено більше роботи з фракціонування водню, нову модель можна перевірити більш ретельно.
- Прес-реліз AGU: "Вчені теоретизують нову історію походження води Землі"
- Дослідницький документ: «Походження води Землі: спадкове значення хондриту плюс туманне всмоктування та зберігання водню в ядрі»
- Дослідницька робота: «Докази первинної води в глибинній мантії Землі»
- Дослідницька робота: «Рання екскреція води у внутрішній сонячній системі з джерела, схожого на вуглекислий хондрит»
- Вікіпедія: Формування та еволюція Сонячної системи
- Вікіпедія: 4 Вести
