Происхождение воды на Земле — новое исследование

Откуда взялась вода на Земле? Благодаря одному из древнейших метеоритов на нашей планете можно сделать вывод, что вода присутствовала в этом регионе Солнечной системы еще до образования Земли.

Некоторые из первых минералов, образовавшихся в Солнечной системе, могут показать, откуда взялась вода на Земле.

Метеориты иногда содержат включения, богатые  кальцием и алюминием ( сокращенно CAI ), состоящие из минералов, образовавшихся в горячей солнечной туманности — облаке газа и пыли, из которого образовались Солнце и планеты. Когда туманность остыла, они стали первыми затвердевшими камнями из первых 200 000. лет истории Солнечной системы.

Эти реликвии хранятся внутри астероидов. В настоящее время их можно обнаружить в примитивных метеоритах — и в среде, в которой они образовались.

Жером Алеон из Национального музея естественной истории во Франции и его команда проверили водород, содержащийся в нескольких CAI в метеорите Ефремовка, найденном в Казахстане в 1962 году.

Долгое время астрономы считали, что скалистые планеты формируются слишком близко к Солнцу, чтобы на них могла существовать вода. Таким образом, согласно этому рассуждению, планеты должны были быть сухими, когда формировались, и вода могла попасть на них благодаря «влажным» породам, таким как кометы и астероиды, пришедшим из внешних частей Солнечной системы.

Однако в последние годы было обнаружено, что вода из внутренней (внутри орбиты Земли) и внешней частей Солнечной системы неодинакова. Разница заключается в атомах водорода, из которых состоят молекулы воды. Часть этих атомов имеет дополнительный нейтрон, который не меняет химических свойств, но увеличивает массу частицы. Эти тяжелые атомы водорода известны как дейтерий (D).

Отношение дейтерия к наиболее распространенному изотопа водорода (соотношение D/H) в воде связано с ее происхождением. Многие процессы увеличивают D / H с течением времени, потому что H легче вступает в реакцию и может быть легче выбит из молекулы излучением, в то время как более тяжелый дейтерий скорее остается на месте.

К своему удивлению, Алеон и его команда обнаружили два разных соотношения D/H в CAI метеорита Ефремовка. Первый сигнал исходил от примитивного минерала внутри более крупного включения, богатого кальцием и алюминием, которое сохраняло минерал на протяжении тысячелетий. В этом минерале было чрезвычайно мало дейтерия, а отношение D/H намного ниже, чем у земной океанской воды. Команда считает, что он сконденсировался непосредственно из солнечной туманности. Содержание дейтерия в нем соответствует теории, но Алеон говорит, что такое низкое отношение D/H было обнаружено в метеорите впервые.

Команда также проанализировала другие минералы, содержащие окисленное железо, и обнаружила, что они подвергались воздействию водяного пара до того, как астероид-хозяин перехватил эти обломки. Эти фрагменты также сохранились в крупном включении CAI, но их отношения D/H были близки к океанской воде.

Два таких разных результата имеют смысл только в том случае, если минералы, которые были захвачены, первыми вступили в контакт только с первичным газообразным водородом без воды и без дейтерия, а те, которые были экспонированы в окружающую среду, даже чуть позже встретились с газом с более высоким содержанием воды. и по составу изотоп водорода подобен земному. 

CAI обычно формируются на внутреннем крае протопланетного диска  , где сформировались планеты. Таким образом, если они столкнулись там с газом, богатым дейтерием, значит, сам диск содержал водяной пар с изотопным составом водорода, идентичным земному.

По словам Алеона, этот газ точно такой же, как водород на Земле, поэтому у них один и тот же источник, и, поскольку газ старше (он был первым), он, вероятно, является источником присутствующего на Земле водорода.

Ученые предполагают, что эта вода попала из межзвездной среды, когда разрушилась солнечная туманность. Тогда она уже была бы богата дейтерием из-за химических реакций, происходящих в холодном пространстве между звездами. Тот факт, что некоторые минералы не содержат много дейтерия, а другие действительно показывают, что этот прилив произошел в начале истории Солнечной системы.

По оценкам ученых, это непротиворечивая гипотеза, которая согласуется с моделями эволюции протопланетного диска и результатами наблюдений, а также объясняет их простым способом.