Ученые выяснили источники внеземного происхождения Мирового океана
20 марта 2023 г.
Суммарная масса льда и воды в кометах и астероидах, выпавших на Землю из-за снеговой линии — зоны питания планет-гигантов и внешней части астероидного пояса, — могла быть соизмерима с массой земных океанов. Это значит, что жизнь на нашей планете могла зародиться из-за ударных столкновений с Землей малых космических тел, содержащих в себе воду. К такому выводу пришли ученые Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) РАН.
Одна из гипотез о том, как на Земле появилась вода, связана с малыми космическими телами: в составе комет и астероидов могла находиться вода, которая высвобождалась при их падении на нашу планету. Под сомнение эту теорию ставили потому, что вода из малых космических тел содержит больше тяжелого изотопа водорода, чем та, которая сегодня наполняет Мировой океан. Однако в 2021 году теория об астероидном происхождении воды на Земле неожиданно получила подтверждение — тогда рядом с небольшим английским городом Уинчкомб упал метеорит. В его составе ученые нашли воду, изотопный состав которой был аналогичен земному.
Ученые лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН на основании своих многолетних исследований опубликовали обзор по изучению миграции малых тел, пыли и планет в Солнечной системе и роли этой миграции в эволюции Земли и планет. На основе результатов численного моделирования они выяснили, какое значение имеет миграция малых тел к Земле при исследовании роли внешнего источника появления воды на нашей планете. А также они исследовали возможность формирования благоприятных природных условий для зарождения жизни не только в Солнечной системе, но и в экзопланетных системах.
«Земля и планеты земной группы формировались в высокотемпературной ~700oC) зоне протопланетного диска, где вода и летучие газы не удерживались, а сосредотачивались за «снеговой линией». Астероиды внешнего астероидного пояса и кометы сформировались за снеговой линией и при формировании включали в себя воду, которая была в веществе за снеговой линией», — рассказывает руководитель отдела планетных исследований ГЕОХИ РАН академик РАН Михаил Яковлевич Маров.
Источники происхождения воды на Земле можно разделить на эндогенные и экзогенные. Вода эндогенного происхождения находится в основном в связанном виде внутри Земли, причем в количестве, превышающем объем Мирового океана. Она выходит на поверхность только из недр, например, при извержениях вулканов.
Основные источники воды в гидросфере и атмосфере Земли имеют экзогенное происхождение. Их «принесли» тела, пришедшие из зоны планет-гигантов и внешнего астероидного пояса. Кроме астероидов и комет эти тела включали также планетезимали из этих зон — небольшие небесные тела, существовавшие в начале истории Солнечной системы, образовавшиеся в процессе эволюции протопланетного диска.
Многие кометы образовались из первичных сгустков вещества протопланетного диска как планетезимали в этих зонах, но затем удалились на большее расстояние от Солнца и иногда опять возвращаются внутрь Солнечной системы. Большая часть воды, доставленной к Земле из зоны питания планет-гигантов, была, вероятно, доставлена планетезималями во время аккумуляции этих планет, когда суммарная масса планетезималей была гораздо больше, чем у современных комет. Считается, что масса воды, доставленной к Земле из зоны планет-гигантов и внешнего астероидного пояса, достаточна для формирования земных океанов.
«Если бы тела, содержащие воду, не пришли бы к Земле из-за снеговой линии, то океанов на Земле, вероятнее всего, не было бы. В этом случае небольшое количество воды могло бы приходить на поверхность Земли только из недр (например, при извержениях вулканов). Жизни на Земле в том виде, как мы ее видим, вероятно, не было бы», — добавил ведущий научный сотрудник лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН доктор физико-математических наук Сергей Ипатов.
Выводы по миграции тел к Земле из-за линии льдов были сделаны сотрудниками ГЕОХИ РАН на основании комплекса многолетних исследований и серий численных расчетов эволюции орбит тел, первоначально находившихся в зоне планет-гигантов и во внешнем астероидном поясе. В этих расчетах вычислялись вероятности столкновений с Землей тел, приходивших с различных расстояний от Солнца. Показано, что суммарная масса вещества тел, доставленных к Земле из-за линии льдов, могла быть соизмерима с массой земных океанов.
Результаты исследований опубликованы в следующих журналах: Успехи физических наук, Астрономический вестник, Геохимия.
Источник: пресс-служба ГЕОХИ РАН.