Учёные предложили новую теорию происхождения воды на Земле

Учёные совершили крупный прорыв в поиске происхождения воды на Земле.

Океаны Земли уникальны в Солнечной системе и необходимы для жизни, но, по словам экспертов, наша планета не всегда была такой голубой.

Фактически исследователи из Университета Нью-Мексико утверждают, что Земля могла быть полностью сухой в момент своего формирования.

Однако в неожиданном новом предположении учёные заявляют, что наша планета могла сама создать всю воду, которую мы видим сегодня, непосредственно из своих каменистых исходных материалов.

Они предполагают, что каменистые гальки дождём падали с неба в период раннего формирования молодой планеты, реагируя с богатой водородом атмосферой.

Оксид железа в этих породах реагировал с водородом при экстремально высоких температурах, образуя воду и чистое железо, которое впоследствии сформировало металлическое ядро планеты.

Основываясь на результатах лабораторных экспериментов, исследователи предполагают, что таким образом могло быть создано количество воды, равное сотням океанов.

Соавтор, профессор Закари Шарп, планетолог из Университета Нью-Мексико, говорит: «Глядя на большой водоём, трудно представить, что эта вода могла быть произведена 4,5 миллиарда лет назад в адской атмосфере, но вполне возможно, что так и было».

Тот факт, что Земля богата жидкой водой, вряд ли является новым наблюдением, но он ставит перед астрономами запутанную проблему.

Учёные считают, что Земля и все другие планеты Солнечной системы сформировались из вращающегося кольца пыли и камня, называемого протопланетным диском.

Ближе к центру диска, где сегодня находятся внутренние планеты, радиация Солнца была настолько мощной, что молекулы воды в основном были бы разбиты обратно на водород и кислород.

Однако, поскольку вода явно существует на Земле сегодня, загадка состоит в том, чтобы объяснить, откуда она взялась.

«Предыдущие идеи об источнике воды на Земле полагаются на внешний источник, такой как кометы или метеориты», — говорит профессор Шарп.

Эти так называемые «ледяные гальки» должны были сформироваться далеко в более холодных областях Солнечной системы и лишь позже переместиться внутрь, к Земле.

Однако это потребовало бы, чтобы Земля в период раннего формирования подверглась ударам огромного числа комет, что некоторые эксперты считают маловероятным.

Вместо этого профессор Шарп и его соавторы предполагают, что большая часть земной воды была произведена на самой планете из каменистых минералов и водорода.

По мере формирования Земли каменистые силикатные гальки падали сквозь горячую, богатую водородом атмосферу. Оксид железа, содержащийся в этих породах, реагировал с водородом, создавая воду и чистое металлическое железо, которое формировало ядро планеты.

Многие учёные сейчас считают, что планета образовалась в результате накопления мелких каменистых галек в более крупное планетное тело — процесс, известный как аккреция галек.

Когда планета стала достаточно большой, у неё развилась горячая атмосфера высокого давления, богатая водородом, которая могла реагировать с оксидом железа в падающих гальках, образуя воду.

Чтобы проверить эту теорию, исследователи нагревали образцы пород при температурах от 1200°C до 1400°C (2190–2550°F) в потоках водорода и, для сравнения, гелия.

В своей статье, опубликованной в Nature Geoscience, они обнаружили, что 80% оксида железа в образцах, выдержанных в потоке водорода, превратилось в металлическое железо, производя воду в течение нескольких минут.

В образцах, выдержанных в гелии, такой реакции не произошло, что показывает, что горячая водородная атмосфера имеет ключевое значение.

Профессор Шарп говорит: «Мы подозревали и надеялись, что в наших экспериментах по восстановлению мы получим металлическое железо и воду, но у нас действительно не было способа узнать, насколько быстро и сколько. Мы были весьма удивлены, обнаружив, что экстраполяция нашей работы предполагает, что таким образом было произведено количество воды, равное сотням океанов».

Это позволяет предположить, что «дождь из галек» мог иметь решающее значение для формирования животворных океанов в ранней истории Земли.

Однако это также имеет серьёзные последствия для поиска внеземной жизни среди звёзд.

Учёные считают, что многие каменистые планеты сформировались путём аккреции галек, а значит, у них был бы шанс пройти те же реакции, производящие воду.

Вместо того чтобы ждать, пока вода случайно прибудет в виде льда или богатых водой минералов из космоса, растущая планета могла бы просто сама генерировать свои океаны.

Это означает, что гораздо больше каменистых планет размером с Землю могли иметь обильную жидкую воду, чем предполагалось ранее.

«Идея аккреции галек всё ещё относительно нова. Она существует только последнее десятилетие. Но, похоже, она решает многие проблемы, которые есть в существующей парадигме формирования планет, — говорит профессор Шарп. — И теперь мы видим, что она также может объяснить, почему наша планета обитаема. По аналогии, разумно ожидать, что другие тела размером с Землю, вращающиеся вокруг других звёзд, также будут иметь воду и, возможно, жизнь».

Ключевые открытия в поисках человечеством внеземной жизни

• Открытие пульсаров. Британский астроном Дама Джоселин Белл Бернелл первой обнаружила пульсар в 1967 году, когда заметила радиопульсар. С тех пор были обнаружены и другие типы пульсаров, излучающих рентгеновские и гамма-лучи. Пульсары — это по сути вращающиеся, сильно намагниченные нейтронные звёзды, но когда их впервые обнаружили, считалось, что они могли быть делом рук инопланетян.

• Радиосигнал «Wow!». В 1977 году астроном, искавший внеземную жизнь в ночном небе над Огайо, обнаружил радиосигнал настолько мощный, что взволнованно написал «Wow!» рядом со своими данными. 72-секундный всплеск, замеченный доктором Джерри Эхманом через радиотелескоп, пришёл из созвездия Стрельца, но не соответствовал ни одному известному небесному объекту. С тех пор конспирологи утверждали, что «сигнал Wow!», который был в 30 раз сильнее фонового излучения, был посланием от разумных внеземных существ.

• Окаменевшие марсианские микробы. В 1996 году NASA и Белый дом сделали взрывное заявление о том, что порода содержит следы марсианских микробов. Метеорит, занесённый в каталог как Allen Hills (ALH) 84001, упал на замёрзшие пустоши Антарктиды 13 000 лет назад и был обнаружен в 1984 году. Были опубликованы фотографии, показывающие удлинённые сегментированные объекты, которые выглядели поразительно похожими на живые. Однако волнение длилось недолго. Другие учёные усомнились в том, что образцы метеорита не были загрязнены. Они также утверждали, что тепло, выделившееся при выбросе породы в космос, могло создать минеральные структуры, которые можно принять за микрофоссилии.

• Поведение звезды Табби в 2005 году. Звезда, также известная как KIC 8462852, находится в 1400 световых годах от нас и озадачивает астрономов с момента её открытия в 2015 году. Она тускнеет гораздо быстрее, чем другие звёзды, что, по мнению некоторых экспертов, является признаком того, что инопланетяне используют энергию звезды. Недавние исследования «исключили возможность инопланетной мегаструктуры» и вместо этого предполагают, что кольцо пыли может вызывать странные сигналы.

• Экзопланеты в зоне Златовласки в 2017 году. В феврале 2017 года астрономы объявили, что обнаружили звёздную систему с планетами, которые могут поддерживать жизнь, всего в 39 световых годах от нас. Семь планет, похожих на Землю, были обнаружены на орбите близлежащей карликовой звезды «Trappist-1», и все они могли иметь воду на своей поверхности — один из ключевых компонентов жизни. Три планеты имеют настолько хорошие условия, что, по словам учёных, жизнь могла уже развиться на них. Исследователи утверждают, что узнают, есть ли жизнь на какой-либо из планет, в течение десятилетия, и говорят: «Это только начало».

Новая гипотеза, если она подтвердится, может существенно изменить представления о том, насколько распространена вода во Вселенной. До сих пор поиск экзопланет с жидкой водой часто основывался на предположении, что вода должна быть доставлена извне — кометами или ледяными астероидами. Если же планеты способны производить воду сами в процессе формирования, то зона обитаемости может оказаться гораздо шире, а шансы найти жизнь — выше.

Однако учёные подчёркивают, что лабораторные эксперименты — лишь первый шаг. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, насколько эффективно этот механизм работал в реальных условиях молодой Земли и других планет. Кроме того, остаётся вопрос, как вода взаимодействовала с формирующимся ядром и мантией, и не была ли она частично потеряна в процессе эволюции планеты.

Тем не менее открытие уже сейчас вдохновляет астрономов пересмотреть модели формирования планет и, возможно, сосредоточить поиски жизни на мирах, которые раньше считались слишком сухими для возникновения океанов.

Источники: Nature Geoscience (исследование профессора Закари Шарпа и коллег из Университета Нью-Мексико); материалы Daily Mail и Live Science.