Новое исследование выявило неожиданный источник земной воды.
Ключевые выводы
- Большая часть воды на Земле имеет астероидное происхождение, но часть ее может поступать из растворенного газа солнечной туманности.
- Наша планета скрывает большую часть своей воды внутри: два океана в мантии и 4-5 в ядре.
- Новая причина подозревать, что во Вселенной много воды.
Ученые некоторое время ломали голову над тем, как Земля впервые обрела воду. Некоторые предполагают, что он прибыл в кометном льду или, возможно, на борту астероидов, врезавшихся в поверхность планеты.
«Но есть и другой способ думать об источниках воды в дни становления Солнечной системы», - говорит Стивен Деш из Аризонского государственного университета, член группы ученых-геологов под руководством Питера Бусека, профессора Риджентсского университета. Школа исследования Земли и космоса АГУ. «Поскольку вода - это водород плюс кислород, а кислорода в изобилии, любой источник водорода мог послужить источником воды на Земле».
В статье, опубликованной в Journal of Geophysical Research, исследователи предполагают, что буква H в нашем раннем H20 могла появиться из скалистый центр самой планеты, оставленный там при ее формировании. Если это так, это может свидетельствовать о том, что происходит на других каменистых планетах в нашей Солнечной системе.
Тяжелый водород
Ведущий автор статьи, Цзюнь Ву, говорит ASU: «Солнечной туманности уделялось наименьшее внимание среди существующих теорий, хотя она была основным резервуаром водорода в нашей ранней Солнечной системе».
Земля состоит из трех основных водных пространств, наиболее заметным из которых является океан. Есть еще два «океана», правда, под землей, растворившейся в мантии. В то время как оба содержат жидкость, вода над и под землей не совсем одинакова. Это связано с присутствием тяжелого водорода.
Хотя ядро большинства атомов водорода состоит из одного протона, ядро примерно 1 из 7000 атомов водорода также имеет нейтрон. Эти изотопы - исключения из однопротонной нормы - считаются «тяжелыми» атомами водорода, или дейтерием, сокращенно «D».
Ученые могут определить источник водорода, определив соотношение атомов D и A или отношение D/H. Водород в воде комет имеет отношение D/H в диапазоне от 150 частей на миллион (частей на миллион) до 300 частей на миллион. Вода с астероидов поступает примерно в 140 ppm. Отношение D/H глубоко под землей, исходящее из солнечных туманностей, составляет ничтожные 21 часть на миллион.
Большая часть океанской воды имеет концентрацию около 150 частей на миллион, что говорит о том, что большая ее часть имеет астероидное происхождение, и, действительно, это действующее предположение. Но Ву предполагает, что водород Земли изменился с тех пор, как он впервые попал сюда, и что «это означает, что мы не должны игнорировать растворенный газ солнечной туманности».
Водород в ядро, дейтерий в мантию
Изменение, о котором говорит Ву, произошло с самым ранним водородом на Земле. Его команда изучила вероятную историю планеты, когда она столкнулась с космическим материалом, и собрала космические материалы, чтобы превратиться из «планетарного зародыша» размером с Луну в Марс в форму, в которой мы его находим.
Команда Ву утверждает, что железо в нашем планетарном зародыше расплавилось и затонуло, став ядром Земли. При этом он увлек за собой астероидный водород. Энергия более поздних космических столкновений создала океан магмы на поверхности, и железо там также вытянуло водород, на этот раз из солнечных туманностей, из первичной атмосферы и затонуло. В конце концов Земля столкнулась с другими планетарными зародышами, и каждый раз подобный процесс повторялся. И ушел весь этот водород в ядро Земли.
В то же время дейтерий, который не так сильно притягивается к железу, остался в магме, мантии и атмосфере. Конечным результатом является то, что в ядре отношение D/H ниже, чем где-либо еще, и именно там находится водород из космических туманностей. Вероятно, у него был гораздо более высокий коэффициент, когда он попал сюда.
«Такие процессы не только доставили бесчисленное количество атомов водорода из мантии в ядро, - говорится в исследовании, - но также привели к заметной разнице в изотопном составе водорода… между мантией и ядром». Именно этот диссонанс в отношениях D/H делает нынешнюю веру в то, что только астероидный водород является источником нашей воды, возможно, слишком простым объяснением.
Юрик Питер/Shutterstock
Вода, вода везде
Desch говорит: «Мы подсчитали, сколько водорода, растворенного в мантии этих тел, могло оказаться в их ядрах. Затем мы сравнили это с недавними измерениями отношения D/H в образцах из глубокой мантии Земли». Их расчеты показали, что, объясняет Ву, «наша планета скрывает большую часть своего водорода внутри, примерно на два мировых океана в мантии, от четырех до пяти в ядре и, конечно же, на один мировой океан на поверхности».
«Конечным результатом является то, что Земля, вероятно, сформировалась из семи или восьми мировых океанов водорода», - заключает Деш. «Большая часть этого действительно пришла из астероидных источников. Но несколько десятых запаса водорода в океане были получены из газа солнечной туманности». По-видимому, примерно 1 из 100 молекул воды, которые есть сегодня на Земле, произошли из водорода солнечных туманностей.
Особенно провокационный вывод, сделанный в статье, заключается в том, что производство воды может быть неизбежным результатом процесса, в результате которого формируются твердые планеты, такие как наша. Как говорится в документе, «эти результаты предполагают неизбежное образование воды на достаточно больших каменистых планетах внесолнечных систем». Во Вселенной может быть вода.