24 июля 2019, среда, 4:38
Мы в одной лодке
Рубрики

Откуда на Земле появилась вода?

16

Ученые давно спорят над этим вопросом.

Вода — необходимый компонент для существования жизни на Земле и один из самых ценных природных ресурсов. Но учитывая то, как наша планета сформировалась, удивляет нынешнее количество воды. Земля появилась из облака газа и пыли — протопланетного диска, раскаленного в течение первых нескольких миллионов лет. Его поверхность оставалась расплавленной в результате ударов комет и астероидов. Середина земли была (и остается до сих пор) жидкой из-за комбинации гравитационного нагрева и разложения радиоактивных изотопов, пишет nv.ua.

Выходит: если изначально вода и органические соединения были на Земле, они должны были быстро испариться. Тогда почему так много воды на нашей планете и откуда она взялась? Новое неожиданное исследование, опубликованное в Science Advances, предполагает, что за это ответственен класс астероидов, считавшийся ранее почти безводным. Данное исследование показывает, что наша Солнечная система, скорее всего, более мокрая, чем мы представляли.

Ученые давно спорят о том, откуда на Земле взялась вода. Одна теория предполагает, что в результате столкновения астероидов и комет с Землей. Другие говорят, что вода всегда была в породах земной коры и постепенно выходила на поверхность через вулканы.

Благодаря японской миссии Хаябуса у нас есть свежее доказательство её происхождения. Космический аппарат принес нам ценный груз — частицы, собранные с поверхности астероида (25 143) Итокава в 2010 году. Исследователи смогли проанализировать содержание воды в этих двух частицах. Они использовали очень сложный прибор — ионный микрозонд, бомбардировавший пробу пучками ионов (заряженных атомов) для того, чтобы прозондировать структуру её поверхности.

Это был нелегкий эксперимент, ведь эти частицы совсем крохотные — размером меньше чем 40 микронов (одна миллионная метра) поперек и каждая из этих частиц состоит из нескольких разных минералов. Ионный микрозонд должен был фокусироваться на конкретном минерале в составе этих частиц, чтобы получить необходимую исследователям информацию. Минерал, который анализировали ученые, был железо- и магнийсодержащим силикатом известным как низкокальциевый пироксен.

Этот тип веществ обычно не ассоциируют с водой — на самом деле его причисляют к номинально безводным минералам. Кристаллическая решетка пироксенов не содержит пустот для молекул воды в таком виде в каком они есть, например, у глинистых минералов — поэтому его структура не особенно предрасположена к тому, чтобы химически связывать воду. Тем не менее, благодаря чувствительности техники, которую использовали исследователи, они смогли найти и замерить крохотные частички воды.

Результаты удивили: частицы содержали до 1000 миллионных доль воды. Зная о структуре Итокавы, исследователи могли предположить содержание воды в целом астероиде, которое составило от 160 до 510 миллионных доль воды. Это намного больше, чем ожидалось — отдаленные измерения двух похожих небесных тел (так же астероидов класса S) показали, что в одном было 30, а в другом было 300 миллионных доль.

Неожиданный источник

Вода состоит из водорода и кислорода. Но изотопы этих элементов могут отличаться, что означает, что у них может быть другое количество нейтронов в их атомных ядрах (нейтроны — это частицы, которые вместе с протонами являются главными компонентами атомных ядер). Исследователи изучили изотопный состав водорода воды и открыли, что он очень близок к земному, что указывает на то, что вода на Земле имеет тот же источник, что и частицы Хаябуса.

Результаты вызвали еще несколько интересных вопросов, один из которых — как столько воды оказалось в номинально безводных минералах? Ученые предполагают, что во время их формирования, частицы абсорбировали водород из протопланетарного диска, который под воздействием высоких температур и давления солнечной туманности, в соединении с кислородом в минералах превратился в воду.

Пока разумно. Но как вода осталась в этих минералах? Они ведь собраны с астероида класса S — того, что формируется во внутренней и более горячей части Солнечной системы. Итокава имел сложную историю температурных изменений и столкновений, его температура достигала минимум 900 градусов.

Но в результате компьютерного моделирования этих процессов астероид потерял лишь 10% воды в сумме.

Земная вода

Но какое отношение это имеет к земной воде? Исследователи предполагают, что после того, как частицы вобрали в себя воду из протопланетарного диска, минералы стали скапливаться, формируя камни и в дальнейшем — тела побольше, такие как астероиды.

Если это произошло в процессе формирования астероидов, значит, то же самое могло произойти и с Землей — возможно вода образовалась на ней от того, что эти минералы взаимодействовали, формируя Землю. И хотя вода была утрачена ещё во время ранней истории Земли, она вновь появилась в результате многочисленных столкновений с астероидами класса S — на что указывает схожесть между изотопами водорода Земли и Итокавы.

Этот свежий взгляд на старую проблему — появление воды на Земле — привел к удивительным выводам. И один из этих выводов предполагает, что множество астероидов во внутренней части Солнечной системы могут содержать намного больше воды, чем мы ожидали.

Хотя воды в Солнечной системе много, факт того, что она спрятана внутри минералов, означает, что не всегда есть «капля для питья».