5.9K
Согласно исследованию, проведенному петрологами Университета Райса (США), Земля получила основную часть своего углерода, азота и других жизненно важных летучих элементов в результате столкновения с планетой, которое создало Луну более 4,4 миллиарда лет назад. Выводы ученых представлены в журнале Science Advances.
«Наш сценарий впервые согласует сроки и способ доставки летучих элементов на Землю со всеми геохимическими данными», – сообщает соавтор исследования Радждип Дасгупта.
Доказательства, направленные на проверку давней теории о том, что летучие вещества Земли появились в результате столкновения с протопланетой, содержащей богатое серой ядро, пришли из комбинации высокотемпературных экспериментов под высоким давлением в лаборатории, специализирующейся на изучении геохимических реакций, происходящих глубоко в недрах нашей планеты. Содержание серы в ядре объекта-донора имеет значение из-за удивительного множества экспериментальных данных об углероде, азоте и сере, присутствующих во всех слоях Земли, кроме ядра.
Одной из давних идей о том, как Земля получала летучие вещества, была теория «поздней бомбардировки», по которой богатые ими метеориты прибыли после образования ядра нашей планеты. И хотя изотопные сигнатуры летучих веществ Земли соответствуют этим первозданным объектам, элементное отношение углерода к азоту выбивается из общей картины. В неосновном материале Земли, который геологи называют объемной силикатной Землей, содержится около 40 частей углерода на каждую часть азота, что примерно вдвое превышает соотношение, наблюдаемое в метеоритах.
Эксперименты позволили проверить идею о том, что богатое серой планетарное ядро может практически не содержать углерод или азот, вытесняя намного большие доли этих элементов в объемный силикат. В серии испытаний при различных температурах и давлении было установлено, сколько углерода и азота оставалось в ядре в каждом из трех сценариев: без серы, 10 процентов серы и 25 процентов серы.
Оказалось, что азот практически не подвергался воздействию. Он оставался растворенным в сплавах и исключался из ядра только при самой высокой концентрации серы. У углерода получалась другая история: богатые серой сплавы «выталкивали» примерно в 10 раз меньше углерода чем сплавы без серы. Это, как отмечают исследователи, хорошо согласуется с текущим составом земных пород.
Последующее компьютерное моделирование показало наиболее вероятный сценарий, который занес серу и другие необходимые для жизни вещества. Ученые обнаружили, что все доказательства (изотопные сигнатуры, отношение углерода к азоту и общее количество углерода, азота и серы в объемной силикатной Земле) соответствуют воздействию планеты размером с Марс, в результате которого и возникла Луна.
Лучшее понимание происхождения жизненно важных элементов Земли имеет значение и за пределами Солнечной системы. Исследователи установили, что элементы могут поступать в поверхностные слои планеты, даже если возникли на телах, рожденных в абсолютно других условиях.
«Это исследование показывает, что у каменистой, похожей на Землю планеты больше шансов приобрести жизненно важные элементы, если она образуется и растет в результате гигантских столкновений с планетами, объединившими строительные блоки из разных частей протопланетного диска. Похоже, сам по себе объемный силикат Земли не смог бы достичь жизненно важной композиции элементов, определяющих нашу биосферу, атмосферу и гидросферу», – заключил Радждип Дасгупта.