Водная самодостаточность

Бомбардировка поверхности Земли метеоритами. Изображение: wn.com

Астероид Веста подсказал ученым, что Земля изначально обладала водой в момент формирования

Александр Телишев

31 октября, 2014 06:01

8 мин

Вода на поверхности Земли появилась в первые 8—20 миллионов лет существования Солнечной системы, задолго до начала массированной «бомбардировки» ее поверхности метеоритами и кометами, которые ранее считались главными поставщиками воды для земных океанов. В пользу этого свидетельствует аналогичный земному изотопный состав пород в метеоритах, отколовшихся в далеком прошлом от астероида Весты, мертворожденного зародыша планеты, и упавших на Землю относительно недавно. О водной самодостаточности нашей планеты в самые первые мгновения ее жизни рассказывают ученые в статье, опубликованной в научном журнале Science.

«Главным следствием этого открытия является то, что теперь мы можем говорить, что жизнь на нашей планете могла начать свое развитие в самые ранние периоды ее существования. Столь быстрое проникновение воды во внутреннюю часть Солнечной системы говорит и о том, что и другие каменистые планеты могли обладать океанами, в которых могла развиться жизнь до того, как они превратились в современные безжизненные пустыни», — объясняет Сун Нильсен из океанографического института Вудс-Хоул (США).

Вопрос, как и когда появились земные океаны, откуда взялась их вода и что с ней происходило в «младенчестве» Земли, остается одним из самых дискуссионных моментов в современной планетологии. Проблема заключается в том, что Земля сформировалась в «теплой» части Солнечной системы, где молекулы воды не могли формироваться и существовать из-за того, что там было слишком тепло и светло — ультрафиолетовое излучение юного Солнца разлагало молекулы воды на части и не давало им соединиться.

По этой причине ученые на протяжении последних двух десятилетий пытаются найти механизм, который бы объяснял присутствие огромного количества воды на Земле сегодня, и на Марсе в прошлом. На роль поставщика воды сегодня с разной степенью убедительности претендуют самые разные небесные тела — кометы из пояса астероидов, где в 2013 году было найдено целое кладбище древних «косматых чудищ», примитивные астероиды-хондриты с дальних подступов Солнечной системы и даже прародитель Луны, протопланета Тейя.

Пока ни одна из этих теорий не была подтверждена на практике, так как для этого требуются образцы первичных пород и льда Солнечной системы. Вполне возможно, что мы получим однозначный ответ на этот вопрос уже очень скоро — в середине ноября на поверхность кометы Чурюмова — Герасименко опустится спускаемый модуль «Фила», который впервые сможет попробовать на вкус древнейшие льды и оценить их изотопный и химический состав.

Сегодня большинство планетологов считает, что наибольшие шансы победить в этом споре принадлежат «астероидным» теориям. Почему? Химический состав образцов хондритов, упавших на Землю, и данные, полученные орбитальными телескопами, зондом Dawn и другими космическими аппаратами, указывают на практически полное родство земной воды и запасов льда на астероидах.

Главная проблема этой теории заключается в том, что вода должна была появиться на Земле не раньше, чем начался период, который астрономы называют поздней тяжелой бомбардировкой (LHB). Примерно через 250—300 тысяч лет после образования Солнечной системы Земля и Луна, судя по возрасту кратеров на последней, подверглись массированной астероидной бомбардировке из-за того, что планеты-гиганты начали мигрировать в сторону Солнца. Большая часть воды Земли, как показывают компьютерные модели этого обстрела, должна была попасть на ее поверхность в это время. За последние несколько лет геологи и планетологи обнаружили множество свидетельств формирования породы Земли и Луны формировались в присутствии воды задолго до начала LHB, из-за чего у ученых зародились сомнения в том, что хондриты действительно были главными поставщиками воды для Земли.

Модель ранней Солнечной системы. Изображение: Jack Cook / Woods Hole Oceanographic Institution

Нильсен и его коллеги решили проверить эти теории, используя образцы пород с астероида Веста, который является, как выяснил изучавший его зонд Dawn в 2012 году, мертвым «зародышем» планеты, которому так не удалось превратиться в подобие Земли или Венеры. Она сформировалась примерно в то же время и в том же месте, что и Земля, и практически сразу прекратила свою геологическую эволюцию, что позволяет использовать ее в качестве «эталона» того, что собой представляли породы (и вода) в ранней Солнечной системе.

Веста путешествует по космосу не одна, а в сопровождении целой свиты из небольших фрагментов, отколовшихся от ее поверхности в результате столкновения с другими астероидами. Несколько таких кусков породы, которые астрономы называют HED-метеоритами, упало на поверхность Земли, что дало геологам и планетологам уникальный шанс изучить химический и изотопный состав Весты.

Заполучив несколько образцов таких метеоритов из запасников НАСА, группа Нильсена определила концентрацию изотопов углерода, кислорода и азота, а также соотношение долей легкого водорода, протия, и его тяжелого собрата, дейтерия. Сравнив их с аналогичными показателями для земных пород, сформировавшихся в присутствии воды, и недр астероидов-хондритов, планетологи попытались понять, есть ли различия в их изотопном содержании.

Ответ на этот вопрос важен для раскрытия тайны происхождения воды на Земле — если доли изотопов в породах Весты и нашей планеты совпадают, это означает, что их вода происходит из одного и того же источника. Учитывая то, что Веста сформировалась почти сразу после рождения Солнечной системы, ей может быть только протопланетный диск. В противном случае, если они разные, океаны Земли обязаны своим происхождением кометам и астероидам с дальних подступов Солнечной системы, бомбардировавшим нашу планету значительно позднее.

Как показали опыты Нильсена и его коллег, доли дейтерия и других элементов в породах Земли, хондритах и HED-метеоритах были, по сути, идентичными и заметно отличались от аналогичных параметров для комет и других тел из холодной части Солнечной системы. Это означает, что жидкая вода на нашей планете появилась практически в первые же моменты после ее рождения, в то же время, когда образовалась Веста — через 8—20 миллионов лет после формирования Солнца.

Тем не менее ученые не исключают, что часть воды могла попасть на Землю и во время поздней тяжелой бомбардировки. В любом случае это открытие заметно расширяет временное окно, в рамках которого могла зародиться жизнь на Земле и других планетах внутренней части Солнечной системы. Это дает нам дополнительные шансы на обнаружение следов жизни, которая могла существовать на Марсе до испарения его атмосферы и океанов или на Венере до ее превращения в выжженную кислотную пустыню, заключают ученые.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе