Въпросът за произхода на земната вода

Според новите изследвания земната вода може да произхожда както от астероиди, така и от газ, останал от образуването на Слънцето. Откритието има дълбоки последици както за произхода на живота на Земята, така и за възможността за живот другаде във Вселената.

Изследването, публикувано в Journal of Geophysical Research: Planets, поставя под съмнение съществуващото по-рано убеждение за източника на земната вода, като предполага, че водородът, който съдържа по-голямата част от водната молекула, може да идва от слънчевата мъглявина, облаците от газ и прах останала от образуването на нашата звезда.

предишни модели предполагаха, че водата на Земята е доставена чрез удар от астероиди

Предишни модели са свързвали водата, открита на Земята, с тази, открита на астероидите, което предполага, че по-голямата част от водата, доставена на повърхността на планетата, е била в резултат на удари от тези обекти. Дажбата на деутерий, по-тежък изотоп на водород, в морската вода е подобна на съотношението, установено при астероидите. Учените традиционно използват този метод за проследяване на водорода, за да открият произхода на водата, просто защото той е най-разпространеният елемент във Вселената.

Земният хоризонт, какъвто се вижда на борда на Международната космическа станция (НАСА)

За провеждането на разследването си екипът, ръководен от Питър Бусек, професор в училището за изследване на Земята и Космоса и Училището по молекулярни науки в Аризонския държавен университет, предприе различен подход.

Стивън Деш, професор по астрофизика в Школата за изследване на Земята и Космоса в Аризонския държавен университет в Темпе, Аризона и съавтор на новото проучване, обяснява: „Когато хората измерват съотношението [деутерий-водород] в океанската вода и те виждат, че е доста близо до това, което виждаме в астероидите, винаги е било лесно да повярваме, че всичко идва от астероидите. "

Авторите на доклада продължават, като предполагат, че водородът в земните океани не представлява водород на цялата планета. Пробите на водород от дълбоко вътре в Земята, близо до границата между ядрото и мантията, имат значително по-малко деутерий, което показва, че този водород може да не идва от астероиди. В земната мантия са открити и благородни газове хелий и неон с изотопни подписи, наследени от слънчевата мъглявина.

Новият им теоретичен модел има за цел да обясни тези несъответствия.

Нов модел на произхода на Земята

Според новия модел, предложен в доклада, преди няколко милиарда години големи замърсени астероиди започнаха да се развиват в планети, докато слънчевата мъглявина все още се въртеше около Слънцето.

Тези астероиди, известни като планетарни ембриони, се сблъскват и бързо растат. В крайна сметка сблъсък внесе достатъчно енергия, за да стопи повърхността на най-големия ембрион в океан от магма. Този най-голям ембрион в крайна сметка ще се превърне в Земя.

Концепцията на художника за праха и газовете около новосформираната планетарна система (НАСА)

Газовете от слънчевата мъглявина, включително водород и благородни газове, се вкарват от големия, покрит с магма зародиш, за да образуват ранна атмосфера. Мъглявият водород, който съдържа по-малко деутерий и е по-лек от астероидния водород, разтворен в разтопеното желязо на магмания океан.

Чрез процес, наречен изотопно фракциониране, водородът се изтегля към центъра на младата Земя. Водородът, който е привлечен от желязото, е доставен в сърцевината от метала, докато голяма част от по-тежкия изотоп, деутерий, остава в магмата, която в крайна сметка се охлажда и се превръща в мантия, според авторите на изследването. След това въздействията на по-малки ембриони и други предмети продължават да добавят вода и обща маса, докато Земята достигне окончателния си размер.

Този нов модел ще остави Земята с благородни газове дълбоко в нейната мантия и по-ниско съотношение деутерий-водород в сърцевината си, отколкото в мантията и океаните.

Авторите са използвали модела, за да преценят колко водород идва от всеки източник. Те заключиха, че повечето имат астероиден произход, но част от земната вода идва от слънчевата мъглявина.

„На всеки 100 молекули земна вода има една или две, идващи от слънчевата мъглявина“, каза Джун Ву, асистент в научните изследвания в Школата по молекулярни науки и Училище за изследване на Земята и Космоса в Аризонския държавен университет и водещ автор на проучване.

По-проницателен модел?

Тъй като ясно разбираме значението на течната вода за живота, този модел може да предложи на учените нови гледни точки за развитието на живота и способността на друга планета да поддържа. Това предполага, че въпреки че нямат достъп до водоснабдяване, осигурено от астероидни въздействия, екзопланетите все още могат да имат течна вода в резултат на оставени газови слънчеви мъглявини в техните системи.

Ву каза: „Този ​​модел предполага, че неизбежното образуване на вода вероятно ще се случи на всяка достатъчно големи скалисти екзопланети в екстрасоларни системи.

„Мисля, че това е много вълнуващо.“

Анат Шахар, геохимик от Института за наука в Карнеги, който не участва в изследването, също беше впечатлен от този нов модел: „Този ​​документ е много креативна алтернатива на това, което е стар проблем.

„Авторите са свършили добра работа, за да преценят какви биха били тези различни фактори на фракция, без да провеждат експериментите.“

Както предполага Шахар, следващата стъпка за астрохимиците е разработването на експерименти за тестване на този модел. Това може да включва разследване на фактора на фракциониране на водорода, което описва как се променя съотношението деутерий към водород, когато елементът се разтваря в желязо, нещо, което в момента е непознато и е трудно да се измери.

Оригинално изследване: „Произход на земната вода: Хондритно наследяване плюс Небуларно обгаряне и съхранение на водород в сърцевината“ Wu, Desch, Schaefer и др. (2018), Journal of Geophysical Research-Planets