Земля могла сама создать свои океаны: ученые сделали сенсационное открытие

Земля, возможно, не получила всю воду из комет или астероидов, а значительную ее часть создала сама еще на раннем этапе формирования. К такому выводу пришли ученые из Университета Нью-Мексико, воссоздавшие возможный механизм образования воды в лаборатории.

Результаты исследования опубликовали в научном журнале Nature Geoscience.

Как на Земле могла появиться вода: гипотеза «дождя из гальки»

Как объясняют исследователи из Университета Нью-Мексико, планеты Солнечной системы формировались из протопланетного диска — газа, пыли и каменистого материала вокруг молодого Солнца. По словам Закари Шарпа, часть мельчайших частиц с этого диска захватывала молодая Земля, быстро набирая массу в процессе аккреции гальки.

Команда Сусмиты Гарай, Закари Шарпа и Питера Олсона исследовали, как этот процесс мог способствовать появлению воды. Когда прото-Земля стала достаточно массивной, она могла содержать горячую атмосферу, богатую водородом, сквозь которую продолжали падать каменистые частицы.

«Когда Земля достигла примерно 0,2-0,3 своей нынешней массы, она могла захватить значительную водородную атмосферу», — отмечает Олсон.

Падая через нее, каменные частицы нагревались, а оксид железа в породах мог реагировать с водородом. Гарай и его коллеги воспроизвели этот процесс в лаборатории.

«Мы пытались воспроизвести условия, через которые проходила бы галька, падая через первичную атмосферу Земли», — отметила Гарай.

Эксперименты показали, что при высокой температуре водород забирал кислород из оксида железа. В результате образовались металлическое железо и водяной пар. Следовательно, кислород для воды мог поступать непосредственно из каменистого материала на Земле, а водород — из ее ранней атмосферы.

По словам Шарпа, этот механизм предлагает альтернативное объяснение происхождения земной воды, ранее в значительной степени связывавшейся с ее доставкой космическими телами.

«Предыдущие представления об источнике воды на Земле опирались на внешний источник, такой как кометы или метеориты. Здесь мы показываем, что практически любая планета размером с Землю должна иметь воду благодаря этому вновь открывшемуся механизму», — пояснил Шарп.

Если такой процесс характерен и для других каменистых планет, то образование воды может быть естественным следствием их формирования, а не редким стечением обстоятельств.

Происхождение воды на Земле: что показал лабораторный эксперимент

Чтобы проверить механизм, ученые нагревали образцы пород до 1200-1400 ° C и пропускали через них водород. Контрольные опыты проводили в атмосфере гелия.

В водородной среде почти 80% оксида железа превратилось в металлическое железо, а высвободившийся кислород соединился с водородом, образуя водяной пар. В гелии такой реакции не наблюдалось.

По оценкам авторов, в масштабах молодой Земли этот механизм мог обеспечить образование воды в объеме, эквивалентном сотням современных океанов.

«Мы подозревали и надеялись, что в своих восстановительных экспериментах получим металлическое железо и воду, но на самом деле мы не могли знать, как быстро это произойдет и в каком количестве. Мы были удивлены, обнаружив, что экстраполяция результатов нашей работы указывает на вероятное образование сотен океанов воды именно таким путем», — рассказал Шарп.

Исследование, опубликованное в Nature Geoscience, свидетельствует, что по крайней мере часть земной воды могла образоваться непосредственно во время роста планеты благодаря взаимодействию каменистого материала с первичной водородной атмосферой.

«Глядя на огромный водный плес, трудно представить, что эта вода могла быть создана 4,5 миллиарда лет назад в адской атмосфере, но это вполне вероятно», — отметил Шарп.

Образованное при реакции металлическое железо могло опускаться вглубь молодой Земли и становиться частью ее ядра. Этот механизм может объяснять не только появление воды, но и особенности ранней химической эволюции планеты, отмечают ученые.

Вода на других планетах: что открытие означает для поиска жизни

По словам авторов исследования, предложенный механизм может относиться не только к Земле. Если аккреция гальки является распространенным способом формирования каменистых планет, подобные процессы могли происходить и в системах у других звезд.

Как отмечают ученые, при соответствующих условиях такие планеты потенциально способны образовывать воду еще во время своего формирования благодаря взаимодействию каменистого материала с водородной атмосферой. То есть им не обязательно полагаться только на доставку воды ледяными космическими телами.

По мнению Закари Шарпа, это может иметь значение и для поиска подходящих для жизни экзопланет. Если такой механизм работает и на других каменистых мирах, вода на планетах земного типа может быть более распространена, чем предполагали некоторые предыдущие сценарии их формирования.

«Идея аккреции гальки все еще относительно нова — ей всего около десяти лет. Но она, похоже, решает немало проблем, имеющихся в нынешней парадигме формирования планет», — подытожил Шарп.

«И теперь мы видим, что она также может объяснить, почему наша планета пригодна для жизни. Логично ожидать, что другие тела размером с Землю, обращающиеся вокруг других звезд, также могут иметь воду и, возможно, жизнь», — добавил ученый.