Як на Землі з’явилася вода?

Вода — необхідний компонент для існування життя на Землі і один з найцінніших природних ресурсів. Але з огляду на те, як наша планета сформувалася, дивує нинішня кількість води. Земля з’явилася з хмари газу і пилу — протопланетного диска, розпеченого протягом перших кількох мільйонів років. Його поверхня залишалася розплавленою в результаті ударів комет і астероїдів. Середина землі була (і залишається досі) рідкою через комбінацію гравітаційного нагріву і розкладання радіоактивних ізотопів.

Виходить: якщо спочатку вода і органічні сполуки були на Землі, вони повинні були швидко випаруватися. Тоді чому так багато води на нашій планеті і звідки вона взялася? Нове несподіване дослідження, опубліковане в Science Advances, припускає, що за це відповідальний клас астероїдів, що вважався раніше майже безводним. Це дослідження показує, що наша Сонячна система, найімовірніше, більш мокра, ніж ми уявляли.

Вчені давно сперечаються про те, звідки на Землі взялася вода. Одна теорія припускає, що в результаті зіткнення астероїдів і комет із Землею. Інші кажуть, що вода завжди була в породах земної кори і поступово виходила на поверхню через вулкани.

Завдяки японській місії Хаябуса у нас є свіжий доказ її походження. Космічний апарат приніс нам цінний вантаж — частинки, зібрані з поверхні астероїда (25 143) Ітокава в 2010 році. Дослідники змогли проаналізувати вміст води в цих двох частках. Вони використовували дуже складний прилад — іонний мікрозонд, бомбардували пробу пучками іонів (заряджених атомів) для того, щоб прозондувати структуру її поверхні.

Це був нелегкий експеримент, адже ці частинки зовсім крихітні — розміром менше ніж 40 мікронів (одна мільйонна метра) поперек і кожна з цих частинок складається з декількох різних мінералів. Іонний мікрозонд повинен був фокусуватися на конкретному мінералі в складі цих частинок, щоб отримати необхідну дослідникам інформацію. Мінерал, який аналізували вчені, був залізо- і магніємістким силікатом відомим як низькокальцієвий піроксен.

Цей тип речовин зазвичай не асоціюють з водою — насправді його зараховують до номінально безводних мінералів. Кристалічна решітка піроксенів не містить пустот для молекул води в такому вигляді в якому вони є, наприклад, у глинистих мінералів — тому його структура не особливо схильна до того, щоб хімічно зв’язувати воду. Проте, завдяки чутливості техніки, яку використовували дослідники, вони змогли знайти і заміряти крихітні частинки води.

Результати здивували: частинки містили до 1000 мільйонних часток води. Знаючи про структуру Ітокави, дослідники могли припустити вміст води в цілому астероїді, що склало від 160 до 510 мільйонних часток води. Це набагато більше, ніж очікувалося — віддалені вимірювання двох схожих небесних тіл (так само астероїдів класу S) показали, що в одному було 30, а в іншому було 300 мільйонних часток.

Несподіване джерело

Вода складається з водню і кисню. Але ізотопи цих елементів можуть відрізнятися, що означає, що у них може бути інша кількість нейтронів в їх атомних ядрах (нейтрони — це частинки, які разом з протонами є головними компонентами атомних ядер). Дослідники вивчили ізотопний склад водню води і відкрили, що він дуже близький до земного, що вказує на те, що вода на Землі має те ж саме джерело, що й частинки Хаябуса.

Результати викликали ще кілька цікавих питань, одне з яких — як стільки води виявилося в номінально безводних мінералах? Вчені припускають, що під час їх формування, частки абсорбували водень з протопланетарного диска, який під впливом високих температур і тиску сонячної туманності, в поєднанні з киснем в мінералах перетворився на воду.

Поки що розумно. Але як вода залишилася в цих мінералах? Адже вони зібрані з астероїда класу S — того, що формується у внутрішній і більш гарячій частині Сонячної системи. Ітокава мав складну історію температурних змін і зіткнень, його температура досягала мінімум 900 градусів.

Але в результаті комп’ютерного моделювання цих процесів астероїд втратив лише 10% води в сумі.

Земна вода

Але яке відношення це має до земної води? Дослідники припускають, що після того, як частинки увібрали в себе воду з протопланетарного диска, мінерали стали накопичуватися, формуючи камені і надалі — тіла побільше, такі як астероїди.

Якщо це сталося в процесі формування астероїдів, значить, те ж саме могло статися і з Землею — можливо вода утворилася на ній від того, що ці мінерали взаємодіяли, формуючи Землю. І хоча вода була втрачена ще під час ранньої історії Землі, вона знову з’явилася в результаті численних зіткнень з астероїдами класу S — на що вказує схожість між ізотопами водню Землі й Ітокави.

Цей свіжий погляд на стару проблему — поява води на Землі — призвів до дивних висновків. І один з цих висновків передбачає, що безліч астероїдів у внутрішній частині Сонячної системи можуть містити набагато більше води, ніж ми очікували.

Хоча води в Сонячній системі багато, факт того, що вона захована усередині мінералів, означає, що не завжди є «Крапля для пиття».

Переклад НВ

Новое Время володіє ексклюзивним правом на переклад і публікацію колонок The Conversation. Републікування повної версії тексту заборонене.

Оригінал опубліковано на The Conversation

Приєднуйтесь до нашого телеграм-каналу Мнения Нового Времени