|
Земля родилась вместе с водой
|
|
|
|
Единственная из известных планет, Земля имеет обширные океаны на своей поверхности, а ее суша покрыта озерами и обширными речными дренажными системами. Вода - это источник жизненной силы биосферы, и без нее Земля была бы просто еще одним мертвым миром. Если жизнь на Земле является надежным показателем, то вода необходима для жизни, и точка. Вот почему ученых так интересует, как Земля получила свою воду.
|
|
|
|
Долгое время исследователи рассматривали идею о том, что вода на Землю поступает откуда-то еще из Солнечной системы. Протопланетный диск, в котором формировались планеты, был массивным и расчленен снежной линией. Это линия на диске, определяемая расстоянием от Солнца, за пределами которой могут конденсироваться летучие вещества, такие как водяной пар.
|
|
|
|
Идея заключается в том, что вода может конденсироваться, замерзать, а затем попадать на Землю с астероидами, метеоритами или кометами. Астрономы знают, что кометы - это ледяные тела, и появляется все больше свидетельств того, что астероиды содержат воду либо в замороженном виде, либо в виде минералов. Это "гипотеза поздней оболочки", которая гласит, что вода попала на Землю после того, как ее ядро уже сформировалось.
|
|
|
|
Но растущее количество свидетельств и результатов моделирования показывает, что эта картина может быть неверной. Новое исследование, опубликованное в Astrophysical Journal Letters, бросает вызов гипотезе о позднем покрытии, показывая, что снежная линия может неточно отражать реальность. Вместо единой линии, разделяющей сублимацию воды как процесс включения / выключения, когда вся вода сублимируется по одну сторону снеговой линии и ничего не сублимируется по другую, реальность отличается большим количеством нюансов.
|
|
|
|
|
|
|
Исследование называется "Была ли вода на Земле локальной на самых ранних этапах формирования Солнечной системы?" Ведущий автор - Лиз Бойтар-Крепо из Университета Гренобль-Альпы во Франции.
|
|
|
|
"Существует единодушное мнение о том, что молекулярная вода в основном образовывалась из пылинок микрометрового размера в самом начале формирования Солнечной системы, в молекулярном облаке и на дозвездной стадии, где она оставалась замороженной на ледяной мантии, окутывающей пылинки", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
Со временем из этих крупинок образовались горные породы, астероиды, кометы и даже каменистые планеты. Но когда начало светить солнце, условия изменились. Вещество в диске протосолнечной туманности разогрелось, и вода сублимировалась с поверхности пылевых частиц внутрь к линии снега, которая в основном является фронтом конденсации воды.
|
|
|
|
В результате условия на внутренней стороне линии изменились. Вся вода, которая не была заключена в более крупных телах, рассеялась, и во внутреннем диске стало меньше воды. Именно здесь сформировались каменистые планеты. Земля образовалась из этого сухого материала, что означает, что вода должна была поступать из-за снеговой линии, и это поздняя гипотеза о фанере.
|
|
|
|
Но в этом новом понимании граница более размыта. Исследование основано на достижениях квантовой химии, показывающих, что не существует определенной температуры, при которой вода связывается с частицами пыли. Вместо бинарной разделительной линии энергии связи подчиняются гауссову распределению значений.
|
|
|
|
"В то время как классически используемая линия снежного покрова основана на одной температуре конденсации, недавняя работа в области квантовой химии показывает, что энергия связи (BE) воды на ледяных зернах имеет гауссово распределение, что подразумевает постепенную сублимацию воды, а не резкий переход", - пишут авторы. Исследователи рассчитали распределение энергий связи, чтобы понять, как водяной лед на частицах пыли распределился по протопланетному диску протосолнечной туманности (PSN).
|
|
|
|
Используя распределение различных энергий связывания воды, исследователи установили линию замерзания, ширина которой на самом деле составляет несколько астрономических единиц. "Такое распределение воды приводит не к образованию единой снежной линии, внутри которой водяные льды полностью десорбируются и остаются "абсолютно сухими", как часто предполагается, а скорее к образованию зоны перехода воды, протяженностью в несколько астрономических единиц", - пишут исследователи.
|
|
|
|
Все это произошло давным-давно, и, кроме самой Земли, единственное место, где мы можем найти доказательства, - это астероиды и метеориты. Чтобы работа исследователей была точной, необходимо было воспроизвести обилие воды на Земле, соотношение изотопов и характер гидратации, наблюдаемый в метеоритах. Хондриты остаются неизменными со времен зарождения Солнечной системы и являются важным свидетельством связи с глубоким прошлым.
|
|
|
|
Исследование показывает, что, хотя основная масса водяного льда десорбируется на расстоянии, превышающем примерно одну астрономическую единицу, небольшие доли остаются прикрепленными к частицам пыли внутри этого предела из-за различных энергий связи. "Эта небольшая доля, составляющая от 0,04 до 2,5 мас.%, может полностью соответствовать содержанию воды на Земле", - пишут авторы. "В свою очередь, земная вода могла быть в основном унаследована от частиц пыли, которые были на орбите Земли, без необходимости миграции внешних частиц".
|
|
|
|
Таким образом, изобилие воды на Земле согласуется с результатами исследователей. Но как насчет хондритов?
|
|
|
|
"Наша модель также успешно воспроизводит наблюдаемую тенденцию содержания водного эквивалента в различных группах хондритов", - пишут авторы. Несмотря на то, что исходные тела этих хондритов образовались в разное время, их содержание в водном эквиваленте "вероятно, представляет собой более низкие пределы содержания примитивной воды, первоначально входившей в состав силикатных пылинок, строительных блоков хондритовых матриц", - объясняют они.
|
|
|
|
"Подводя итог, в свете приведенного выше обсуждения, возможно, что земная вода была унаследована от ледяных зерен на орбите Земли, то есть локально", - пишут авторы. Их результаты также согласуются с идеей о том, что энстатитовые хондриты (ЭХХ), редкая форма метеоритов, являются строительными блоками Земли. Изотопное соотношение ЭХХ сравнимо с содержанием воды на Земле, и исследователи полагают, что они образовались вблизи орбиты Земли.
|
|
|
|
Выбор времени для появления гипотезы о позднем покрове всегда был сложным. Как можно было доставить нужное количество воды на Землю в нужное время, не нарушив процесс планетарной аккреции? Если Земля постепенно насыщалась водой в процессе своего формирования, то весь этот вопрос можно отодвинуть на второй план.
|
|
|
|
В выводах исследователей все еще есть некоторые проблемы, и они указывают на них в своей статье. Например, измеренное в настоящее время соотношение тяжелой воды (дейтерия) и обычной воды на Земле эквивалентно соотношению элементов. Но измеренное в настоящее время соотношение может не соответствовать фактическому соотношению элементов из-за "различных процессов, которые перемещают воду между поверхностью и недрами Земли", объясняют авторы. Эти процессы могли изменить соотношение.
|
|
|
|
Исследователи показали, что водяной лед не обязательно сублимируется вдоль четко очерченной линии. Напротив, диапазон энергий связывания означает, что даже внутри общепринятой снежной границы некоторое количество воды может сохраняться внутри горных пород и более крупных зерен. Они также показали, что может сохраниться достаточное количество воды, чтобы обеспечить запас воды на Земле.
|
|
|
|
"В целом, эти результаты свидетельствуют о том, что значительная часть воды на Земле могла образоваться на месте, не требуя доставки из-за классической снеговой линии", - заключают авторы.
|
|
|
|
На этом гипотеза о поздней облицовке не заканчивается, но если дальнейшие исследования подтвердят это, то идея о том, что вода на Землю пришла откуда-то еще и была доставлена кометами и астероидами, будет ослабевать.
|
|
|
|
Источник
|
