Учёные выяснили, что большая часть воды на Земле могла образоваться ещё при формировании планеты
Американские учёные предложили новое объяснение происхождения воды на Земле. Эксперименты показали, что вода могла образовываться непосредственно во время формирования планеты, когда раскалённые каменные частицы взаимодействовали с водородом в её первичной атмосфере. Согласно расчётам исследователей, этот механизм теоретически мог произвести количество воды, эквивалентное сотням современных земных океанов, без необходимости её доставки кометами и астероидами.
Учёные изучили процессы, которые могли происходить около 4,5 миллиарда лет назад, когда Земля только формировалась из небольших твёрдых частиц протопланетного диска. Согласно одной из моделей, молодая планета росла за счёт постоянного захвата каменных частиц размером от миллиметров до сантиметров. Этот процесс называется галечной аккрецией.
По мере увеличения массы Земля могла удерживать плотную атмосферу, богатую водородом. Падающие сквозь неё силикатные частицы сильно нагревались и частично плавились. Исследователи предположили, что содержащийся в них оксид железа вступал в реакцию с атмосферным водородом, в результате чего образовывались металлическое железо и водяной пар. Таким образом, вода могла возникать непосредственно из вещества, участвовавшего в формировании планеты.
Чтобы проверить гипотезу, учёные нагревали образцы силикатных пород до температуры от 1200 до 1400 °C в потоках водорода. Для сравнения аналогичные опыты проводили в атмосфере гелия. Продолжительность экспериментов составляла от 15 минут до трёх часов. В водородной среде почти 80% оксида железа в некоторых образцах превратилось в металлическое железо, сопровождаясь образованием водяного пара. В опытах с гелием подобного превращения не происходило.
Полученные результаты показали, что химическая реакция могла протекать достаточно быстро, чтобы производить значительные объёмы воды во время роста молодой Земли. Дополнительные расчёты позволили предположить, что суммарное количество образовавшейся воды могло многократно превышать современный объём земных океанов. Однако это оценка потенциального производства, а не доказательство того, что вся такая вода сохранилась на планете.
Эксперименты также помогли объяснить некоторые особенности химического состава Земли. Образующееся металлическое железо активно захватывало фосфор из расплавленных силикатов. В дальнейшем такое железо могло погружаться к центру молодой планеты, перенося фосфор в формирующееся ядро. Этот процесс потенциально объясняет, почему земная мантия содержит относительно мало фосфора по сравнению с мантией Марса.
Открытие имеет значение и для поиска обитаемых экзопланет. Если похожие процессы происходят при формировании каменистых миров вокруг других звёзд, вода может возникать непосредственно в ходе их роста. Однако для этого необходимы подходящие химические и температурные условия, а дальнейшая судьба воды зависит от эволюции атмосферы и самой планеты. Учёные подчёркивают, что пока невозможно установить, какая именно доля современной земной воды появилась таким способом и сколько было доставлено извне.
Результаты исследования в научном журнале Nature Geoscience.