На Земле могли быть все элементы, необходимые для жизни
В течение многих лет ученые предсказывали, что многие элементы, являющиеся важнейшими ингредиентами жизни, такие как сера и азот, впервые попали на Землю, когда несущие их объекты астероидного типа врезались в поверхность нашей планеты. Но новое исследование, опубликованное нашей командой в журнале Science Advances, предполагает, что многие из этих элементов, называемых летучими веществами, возможно, существовали на Земле с самого начала, когда она сформировалась в планету. Летучие вещества испаряются легче, чем другие элементы. Общие примеры включают углерод, водород и азот, хотя наши исследования были сосредоточены на группе, называемой халькогенами. Сера, селен и теллур являются халькогенами. Понимание того, как эти летучие элементы попали на Землю, помогает ученым-планетологам, таким как мы, лучше понять геологическую историю Земли и может рассказать нам больше о пригодности для жизни планет земной группы за пределами Земли. Популярная теория «позднего шпона» предсказывает, что Земля сначала сформировалась из материалов с низким содержанием летучих веществ. Теория гласит, что после формирования ядра Земли на планету попали летучие вещества, когда богатые летучими веществами тела из внешней Солнечной системы ударились о поверхность.
Эти объекты принесли около половины процента массы Земли. Если теория позднего шпона верна, то большинство элементов, составляющих жизнь, прибыли на Землю спустя какое-то время после того, как сформировалось ядро Земли. Но наше новое исследование предполагает, что Земля имела все необходимые для жизни летучие элементы с самого начала, во время формирования планеты. Эти результаты бросают вызов поздней теории шпона и согласуются с данными другого исследования, посвященного происхождению воды на Земле. Чтобы изучить происхождение летучих веществ на Земле, мы использовали вычислительную технику, называемую расчетом из первых принципов. Этот метод описывает поведение изотопов, которые представляют собой атомы элемента, имеющие различное количество нейтронов. Вы можете думать об элементе как о семействе: каждый атом имеет одинаковое количество протонов, но разные кузены-изотопы имеют разное количество нейтронов. Различные изотопы вели себя немного по-разному на каждом этапе формирования Земли. И изотопы оставили после себя след после каждой стадии формирования, который ученые могут использовать как своего рода отпечаток пальца, чтобы отслеживать, где они находились на протяжении всего формирования Земли.
Расчеты из первых принципов позволили нам рассчитать, какие изотопные характеристики мы ожидаем увидеть для различных халькогенов, в зависимости от того, как сформировалась Земля. Мы запустили несколько моделей и сравнили наши предсказания изотопов для каждой модели с фактическими измерениями изотопов халькогена на Земле. Мы обнаружили, что, хотя многие летучие вещества испарились во время формирования Земли, когда она была горячей и сияющей, гораздо больше осталось и сегодня. Наши результаты показывают, что большая часть летучих веществ на Земле, вероятно, осталась с ранней стадии формирования Земли. Хотя халькогены интересны для изучения, будущие исследования должны быть направлены на другие летучие вещества, имеющие решающее значение для жизни, такие как азот. А дополнительные исследования того, как эти летучие вещества ведут себя в экстремальных условиях, могут помочь нам узнать больше о том, как вели себя изотопы на каждой стадии роста формирования Земли. Мы также надеемся использовать этот подход, чтобы увидеть, могут ли некоторые экзопланеты (планеты за пределами нашей солнечной системы) быть пригодными для жизни.
