Всупереч поширеній теорії про те, що крижані комети або астероїди доставляли воду на суху новонароджену Землю, нове дослідження показує, що сама планета могла виробити свій перший запас води.
Ця вода могла виникнути в результаті хімічної взаємодії між атмосферою, багатою на водень, яка, на думку дослідників, огортала молоду Землю, і масивними океанами магми на поверхні планети.
У цих умовах «вода утворюється як природний побічний продукт усієї хімії, яка відбувається», — розповіла Space.com співавтор дослідження Анат Шахар, науковий співробітник Наукового інституту Карнегі у Вашингтоні.
Ця ілюстрація показує, як деякі характерні риси Землі, такі як велика кількість води та загальний окислений стан, потенційно можуть бути пов’язані з взаємодією між атмосферами молекулярного водню та океанами магми на планетарних ембріонах, які складали роки становлення Землі.
Ця ілюстрація показує, як деякі характерні риси Землі, такі як велика кількість води та загальний окислений стан, потенційно можуть бути пов’язані з взаємодією між атмосферами молекулярного водню та океанами магми на планетарних ембріонах, які складали роки становлення Землі. (Автор зображення: Ілюстрація Едварда Янга/UCLA та Кетрін Кейн/Науковий інститут Карнегі).
Унікальність Землі в Сонячній системі частково пояснюється великою кількістю води, яка займає понад 70% її поверхні, що набагато більше, ніж на будь-якій іншій планеті в нашому космічному сусідстві. Тим не менш, коли і звідки взялася стільки води, залишається загадкою, на яку вчені ще не знайшли прямої остаточної відповіді.
Одна популярна теорія стверджує, що зіткнення з астероїдом, ймовірно, доставило більшу частину води на планету, але деякі дослідження показали, що вода, замкнена всередині астероїдів, хімічно відрізняється від води на Землі. Тепер, за словами вчених, рясні запаси води, які зробили Землю водним світом, яким вона є сьогодні, виникли завдяки багатій на водень атмосфері на початку історії планети.
Відповідно до останнього дослідження, домашня вода була б результатом, якби новонароджена прото-Земля була б у 0,2-0,3 рази нинішнього розміру планети — трохи більше, ніж вважалося раніше. (Звичайно, Земля продовжувала рости, накопичуючи все більше газу та пилу.)
У такому випадку молода Земля була б достатньо масивною, щоб утримувати свою атмосферу протягом тривалого часу, так що вона була б набагато багатшою на водень, ніж слідові кількості, які ми бачимо сьогодні. (Нинішня атмосфера Землі на 78% складається з азоту; водень становить трохи менше однієї частини на мільйон захисної ковдри планети).
«Просто змінивши перші умови, в яких утворилася Земля, ми можемо виробляти багато води, яка потрапляє як на планету, так і в її атмосферу», — сказав Шахар.
Такі багаті воднем атмосфери регулярно спостерігаються навколо багатьох новоутворених скелястих планет за межами нашої Сонячної системи. Найпоширенішими типами екзопланет є суперземлі — світи, більші за Землю, але менші за Нептун — і менші двоюрідні брати крижаного гіганта, які називаються міні-Нептунами. Раніше астрономи виявили, що в атмосферах деяких із цих екзопланет є сліди водяної пари, навіть у світах із високими температурами та тиском.
Молоді екзопланети зазвичай містять багату воднем атмосферу «протягом перших кількох мільйонів років зростання», — сказав Шахар у заяві. «Згодом ці водневі оболонки розсіюються, але залишають свої відбитки на складі молодої планети».
Тож замість того, щоб вивчати Землю про екзопланети, команда Шахара змінила норму, ставлячись до Землі як до екзопланети, щоб зрозуміти її ранні роки по-новому. Скориставшись результатами досліджень екзопланет, команда змоделювала водневу оболонку навколо молодої Землі та вивчила, що це означатиме для еволюції планети.
«Ми виявили, що, просто розглядаючи Землю як екзопланету (оточену воднем), ми змогли пояснити багато характеристик Землі, включаючи вміст води», — сказав Шахар.
Для дослідження дослідники розробили модель для вивчення 25 сполук і 18 різних хімічних реакцій. Вони виявили, що величезна кількість водню з атмосфери змішалася з океанами розплавленої магми на поверхні, яка згодом затверділа, утворивши найбільший і найтовщий шар Землі, мантію. Вони виявили, що рясні запаси води на планеті утворилися як простий наслідок цих хімічних реакцій.
Команда каже, що такий рух легких молекул водню з атмосфери Землі в її розплавлені надра на початку історії Землі дає відповідь на два давні відкриті питання: як велика кількість рідкої води виникла на поверхні Землі та чому ядро планети, яке в основному складається з заліза, є менш щільним, ніж те, що, на думку вчених, має бути.
«Ми дізналися щось нове про нашу власну планету, переглянувши великий набір даних екзопланет», — сказав Шахар. «Відповідь на запитання з точки зору як науки про Землю, так і астрономії була ключовою!»
Це дослідження було вперше опубліковано в в журналі Nature.
