Як Земля отримала воду?

Згідно з новою роботою Анат Шахар з Carnegie Science та Едварда Янга та Хілке Шліхтінг з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, вода на Землі могла виникнути внаслідок взаємодії між багатою воднем атмосферою та океанами магми планетарних ембріонів, які складали роки становлення Землі. Їхні висновки, які можуть пояснити походження характерних особливостей Землі, опубліковані в Nature.

Десятиліттями те, що дослідники знали про формування планет, базувалося в основному на нашій власній Сонячній системі. Хоча ведуться активні дебати щодо формування газових гігантів, таких як Юпітер і Сатурн, широко заведено вважати, що Земля та інші скелясті планети виникли з диска пилу та газу, який оточував наше Сонце в його молодості.

У міру того, як все більші об’єкти врізалися один в одного, дитинча планетезималі, які врешті-решт утворили Землю, ставали більшими та гарячішими, танучи у величезний магматичний океан через тепло зіткнень і радіоактивних елементів. З часом, коли планета охолола, найщільніший матеріал занурився всередину, розділивши Землю на три чіткі шари — металеве ядро та кам’янисту силікатну мантію та кору.

Однак бурхливий розвиток досліджень екзопланет за останнє десятиліття сформував новий підхід до моделювання ембріонального стану Землі.

«Відкриття екзопланет дало нам набагато більше уявлення про те, наскільки часто щойно сформовані планети оточені атмосферами, багатими на молекулярний водень, H2, протягом перших кількох мільйонів років зростання», — пояснив Шахар. «Згодом ці водневі оболонки розсіюються, але залишають свої відбитки на складі молодої планети».

Використовуючи цю інформацію, дослідники розробили нові моделі формування та еволюції Землі, щоб побачити, чи можна відтворити відмінні хімічні властивості нашої рідної планети.

Використовуючи нещодавно розроблену модель, дослідники Карнегі та Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі змогли продемонструвати, що на початку існування Землі взаємодія між океаном магми та протоатмосферою молекулярного водню могла спричинити деякі характерні риси Землі, такі як велика кількість води. і його загальний окиснений стан.

Дослідники використали математичне моделювання, щоб дослідити обмін матеріалами між атмосферою молекулярного водню та океанами магми, розглянувши 25 різних сполук і 18 різних типів реакцій — досить складні, щоб отримати цінні дані про можливу історію формування Землі, але досить прості, щоб їх повністю інтерпретувати.

Взаємодія між магматичним океаном і атмосферою в їх моделюваній Землі-дитинці призвела до руху великих мас водню в металеве ядро, окислення мантії та утворення великої кількості води.

Навіть якби весь скелястий матеріал, який зіткнувся, щоб утворити зростаючу планету, був повністю сухим, ці взаємодії між атмосферою молекулярного водню та океаном магми створили б велику кількість води, показали дослідники. Інші джерела води можливі, кажуть вони, але не обов’язкові для пояснення поточного стану Землі.

«Це лише одне з можливих пояснень еволюції нашої планети, але таке, яке встановлює важливий зв’язок між історією формування Землі та найпоширенішими екзопланетами, які були виявлені на орбітах далеких зірок, які називаються Суперземлями та субнептунами», – Шахар. укладений.

Цей проєкт був частиною міждисциплінарного, мультиінституційного проекту AEThER, ініційованого та очолюваного Шахаром, який прагне виявити хімічний склад найпоширеніших планет галактики Чумацький Шлях — Суперземлі та субНептуна — і розробити основу для виявлення слідів життя в далеких світах. Ця спроба була розроблена, щоб зрозуміти, як утворення та еволюція цих планет формує їхні атмосфери. Це, своєю чергою, може дозволити вченим відрізнити справжні біосигнатури, які можуть бути створені лише за наявності життя, від атмосферних молекул небіологічного походження.

«Дедалі потужніші телескопи дозволяють астрономам зрозуміти склад атмосфери екзопланет у деталях, які ніколи раніше не бачили», — сказав Шахар. «Робота AEThER доповнить їхні спостереження експериментальними та модельними даними, які, як ми сподіваємося, приведуть до безпомилкового методу виявлення ознак життя в інших світах».