Земля могла сама створити свої океани: вчені зробили сенсаційне відкриття

Земля, можливо, не отримала всю свою воду з комет чи астероїдів, а значну її частину створила сама ще на ранньому етапі формування. До такого висновку дійшли науковці з Університету Нью-Мексико, які відтворили можливий механізм утворення води в лабораторії.

Результати дослідження опублікували в науковому журналі Nature Geoscience.

Як на Землі могла з’явитися вода: гіпотеза «дощу з гальки»

Як пояснюють дослідники з Університету Нью-Мексико, планети Сонячної системи формувалися з протопланетного диска — газу, пилу та кам’янистого матеріалу навколо молодого Сонця. За словами Закарі Шарпа, частину дрібних частинок із цього диска захоплювала молода Земля, швидко набираючи масу в процесі акреції гальки.

Команда Сусміти Гарай, Закарі Шарпа та Пітера Олсона дослідила, як цей процес міг сприяти появі води. Коли прото-Земля стала достатньо масивною, вона могла утримувати гарячу атмосферу, багату на водень, крізь яку продовжували падати кам’янисті частинки.

«Коли Земля досягла приблизно 0,2–0,3 своєї нинішньої маси, вона могла захопити значну водневу атмосферу», — зазначає Олсон.

Падаючи крізь неї, кам’яні частинки нагрівалися, а оксид заліза в породах міг реагувати з воднем. Гарай та її колеги відтворили цей процес у лабораторії.

«Ми намагалися відтворити умови, через які проходила б галька, падаючи крізь первинну атмосферу Землі», — зазначила Гарай.

Експерименти показали, що за високої температури водень забирав кисень з оксиду заліза. У результаті утворювалися металеве залізо та водяна пара. Отже, кисень для води міг надходити безпосередньо з кам’янистого матеріалу Землі, а водень — з її ранньої атмосфери.

За словами Шарпа, цей механізм пропонує альтернативне пояснення походження земної води, яку раніше значною мірою пов’язували з її доставкою космічними тілами.

«Попередні уявлення про джерело води на Землі спиралися на зовнішнє джерело, таке як комети чи метеорити. Тут ми показуємо, що практично будь-яка планета розміром із Землю повинна мати воду завдяки цьому нововиявленому механізму», — пояснив Шарп.

Якщо такий процес характерний і для інших кам’янистих планет, утворення води може бути природним наслідком їхнього формування, а не рідкісним збігом обставин.

Походження води на Землі: що показав лабораторний експеримент

Щоб перевірити механізм, науковці нагрівали зразки порід до 1 200–1 400 °C і пропускали через них водень. Контрольні експерименти проводили в атмосфері гелію.

У водневому середовищі майже 80% оксиду заліза перетворилося на металеве залізо, а вивільнений кисень з’єднався з воднем, утворюючи водяну пару. У гелії такої реакції не спостерігали.

За оцінками авторів, у масштабах молодої Землі цей механізм міг забезпечити утворення води в обсязі, еквівалентному сотням сучасних океанів.

«Ми підозрювали й сподівалися, що у своїх відновлювальних експериментах отримаємо металеве залізо та воду, але насправді ми не мали змоги знати, як швидко це станеться і в якій кількості. Ми були вельми здивовані, виявивши, що екстраполяція результатів нашої роботи вказує на ймовірне утворення сотень океанів води саме таким шляхом», — розповів Шарп.

Дослідження, опубліковане в Nature Geoscience, свідчить, що принаймні частина земної води могла утворитися безпосередньо під час росту планети — завдяки взаємодії кам’янистого матеріалу з первинною водневою атмосферою.

«Дивлячись на величезне водне плесо, важко уявити, що ця вода могла бути створена 4,5 мільярда років тому в пекельній атмосфері, але це цілком імовірно», — зазначив Шарп.

Утворене під час реакції металеве залізо могло опускатися вглиб молодої Землі та ставати частиною її ядра. Тож цей механізм може пояснювати не лише появу води, а й особливості ранньої хімічної еволюції планети, зазначають науковці.

Вода на інших планетах: що відкриття означає для пошуку життя

За словами авторів дослідження, запропонований механізм може стосуватися не лише Землі. Якщо акреція гальки є поширеним способом формування кам’янистих планет, подібні процеси могли відбуватися й у системах біля інших зірок.

Як зазначають науковці, за відповідних умов такі планети потенційно здатні утворювати воду ще під час свого формування — завдяки взаємодії кам’янистого матеріалу з водневою атмосферою. Тобто їм не обов’язково покладатися лише на доставку води крижаними космічними тілами.

На думку Закарі Шарпа, це може мати значення і для пошуку придатних для життя екзопланет. Якщо такий механізм працює й на інших кам’янистих світах, вода на планетах земного типу може бути поширенішою, ніж припускали деякі попередні сценарії їхнього формування.

«Ідея акреції гальки все ще відносно нова — їй лише близько десяти років. Але вона, схоже, вирішує чимало проблем, наявних у нинішній парадигмі формування планет», — підсумував Шарп.

«І тепер ми бачимо, що вона також може пояснити, чому наша планета є придатною для життя. Логічно очікувати, що інші тіла розміром із Землю, які обертаються навколо інших зірок, також можуть мати воду і, можливо, життя», — додав науковець.