Откуда взялась земная вода? Один из старейших метеоритов на Земле добавляет новые кусочки к старой головоломке. Некоторые из первых минералов, образовавшихся в Солнечной системе, могли бы рассказать нам, откуда взялась вода на Земле.
Метеориты иногда содержат небольшие пузырьки, известные как включения, богатые кальцием и алюминием (CAIs), образованные минералами, которые давным-давно конденсировались в горячей солнечной туманности, облаке газа и пыли, из которого вышли Солнце и планеты. Когда туманность остыла, это были первые кусочки породы, которые затвердели за первые 200 000 лет нашей системы возрастом 4,6 миллиарда лет.
Эти минеральные реликвии сохранились внутри астероидов, которые включали их по мере роста. Теперь мы все еще можем найти их внутри примитивных метеоритов — и получить представление об окружающей среде, в которой они сформировались.
Жером Алеон (Национальный музей естественной истории, Франция) и его коллеги исследовали водород, захваченный в нескольких ЦАЯх метеорита, найденного в советском Казахстане в 1962 году, известного как метеорит Ефремовка. Это измерение, о котором сообщается в журнале Nature Communications, может рассказать нам, откуда взялась вода на Земле.
Была ли Земля рождена сухой?
Долгое время астрономы считали, что планеты земной группы сформировались слишком близко к новорожденному Солнцу, чтобы в них могла содержаться вода. Солнечная туманность в этом регионе была бы около 2000 К, слишком горячей, чтобы водород или кислород могли быть захвачены в горных породах. Таким образом, внутренние планеты, должно быть, образовались сухими, их вода позже была доставлена дождем “мокрых” камней, таких как кометы и астероиды, из внешней солнечной системы.
Но в последние годы астрономы поняли, что вода из внутренней и внешней Солнечной системы-это не одно и то же. Разница заключается в атомах водорода внутри молекул воды. Часть этих атомов имеет дополнительный нейтрон в своей структуре, сохраняя свои химические свойства неизменными, но увеличивая свою молекулярную массу. Эти тяжелые атомы водорода известны как дейтерий.
Соотношение дейтерия к водороду в воде (D/H) показывает ее происхождение. Многие процессы со временем увеличивают соотношение D/H, потому что более легкий водород с большей вероятностью вступит в реакцию или будет удален излучением, в то время как более тяжелый дейтерий имеет тенденцию оставаться на месте.
К их удивлению, Алеон и его команда обнаружили два различных соотношения D/H в ЦАО Ефремовки. Первый сигнал поступил от примитивного минерала, пойманного в ловушку внутри более крупного ЦАЯ, который сохранял минерал в течение многих эпох. В минерале содержалось чрезвычайно низкое количество дейтерия, а соотношение D/H было намного ниже, чем в океанской воде Земли. Команда считает, что он конденсировался непосредственно из солнечной туманности. Его низкое количество дейтерия соответствует тому, что предсказывала теория, но, по словам Алеона, это первый случай, когда такой низкий D/H был измерен в метеорите.
Они также проанализировали другие минералы, содержащие окисленное железо, и обнаружили, что они подвергались воздействию водяного пара до того, как родительский астероид захватил фрагменты. Они также были сохранены внутри большего ЦАИ, но их соотношение D/H было похоже на океанскую воду.
Два разных результата имеют смысл только в том случае, если минералы, попавшие в ловушку первыми, столкнулись только с первозданным газообразным водородом без воды и дейтерия, в то время как те, которые все еще подвергались воздействию окружающей среды, даже немного позже столкнулись с газом с большим количеством воды и изотопным составом водорода, аналогичным составу Земли. Другими словами, большинство минералов образовалось среди водяного пара, который имел тот же изотопный состав водорода, что и вода Земли.
CAI обычно образуются на внутреннем краю протопланетного диска. “Вот где образовались планеты”, — говорит Алеон. Итак, если они столкнулись там с газом, богатым дейтерием, это означает, что на самом диске был водяной пар с изотопным составом водорода Земли.
“Этот газ точно такой же, как у нас на Земле, так что у них один и тот же источник”, — говорит Алеон. “Поскольку газ старше, он, вероятно, является источником того, что у нас есть на Земле”.
Исследователи предполагают, что эта вода поступила из межзвездной среды, втянутой во время коллапса солнечной туманности. Он уже был бы богат дейтерием из-за химических реакций, происходящих в холодном пространстве между звездами. Тот факт, что в одном из образцов не так много дейтерия, как в других, показывает, что этот приток произошел в начале истории Солнечной системы.
“Это последовательная гипотеза с очень правдоподобными результатами”, — говорит Хесус Мартинес-Фриас (Высший совет по научным исследованиям, Испания), который подчеркивает высокую степень аналитической точности, необходимую для проведения этого анализа.
“Это было бы очень простым объяснением того, что мы видим, — говорит Алеон, — и это очень хорошо согласуется с самыми последними моделями того, как все происходит во время формирования протопланетного диска”.
