Океаны на Земле появились очень рано

Земля известна нам как «голубая планета» за свои океаны, которые покрывают более 70% поверхности планеты и являются домом для невероятно разнообразного мира жизни. Хотя вода жизненно необходима для жизни на планете, есть и два вопроса, ответы на которые неуловимо от нас ускользают: откуда взялась вода на Земле и когда?

В то время как некоторые предполагают, что вода на Земле появилась довольно поздно, уже после ее образования, выводы последнего исследования Океанографического института Вудс-Хол (WHOI) серьезно отодвигают назад во времени первое появление воды на Земле и во внутренней Солнечной системе.

«Ответ на один из базовых вопросов заключается в том, что наши океаны всегда были здесь. Мы не получали их в довольно поздних процессах, как предполагалось ранее», — говорит Адам Сарафян, ведущий автор статьи, опубликованной 31 октября в журнале Science.

Одно течение предполагает, что планеты изначально формировались сухими, благодаря высокоэнергетическому и насыщенному ударами процессу образования планет, а вода попала на них позже из таких источников, как кометы или «мокрые» астероиды, по большей части состоящих из льдов и газов.

«Столкновение с гигантским астероидом и метеоритом приводит к многочисленным разрушениям, — говорит Хорст Маршалл, геолог WHOI и соавтор статьи. — Некоторые люди утверждают, что любые молекулы воды, которые присутствовали на сформированной планете, испарились или вылетели в пространство, и та вода, которая существует на планете сегодня, пришла значительно позже — спустя сотни миллионов лет».

Авторы исследования обратились к другому потенциальному источнику земной воды — углистым хондритам. Наиболее примитивные из известных метеоритов, углистые хондриты, образовались в том же водовороте песка, пыли, льда и газов, который породил Солнце порядка 4,6 миллиарда лет назад, задолго до образования планет.

«Эти примитивные метеориты составляют значительную часть Солнечной системы, — говорит геолог WHOI и соавтор работы Суне Нильсен. — В них довольно много воды, и раньше мы считали их основными кандидатами на происхождение воды на Земле».

Для того чтобы определить источник воды в планетарных телах, ученые измеряют соотношение между двумя стабильными изотопами водорода: дейтерия и водорода. В разных регионах Солнечной системы встречаются разные соотношения таковых изотопов. Авторы исследования знали это соотношение для углистых хондритов и предположили, что если получится сравнить их с объектом, который кристаллизовался одновременно с активно аккрецирующей землей, то получится и оценить время появления воды на Земле.

Для проверки своей гипотезы команда ученых, включая Франиса Маккабина из Института метеоритики университета Нью-Мексико и Брайана Монтелеоне из WHOI, взяла образцы метеорита, предоставленные NASA от астероида 4-Веста. Астероид 4-Веста сформировался в том же регионе Солнечной системы, что и Земля, его поверхность состоит из базальта — замерзшей лавы. Базальтовые метеориты 4-Весты известны как эвкриты и обладают уникальной сигнатурой одних из старейших резервуаров водорода в Солнечной системе. Их возраст — приблизительно 14 миллионов лет после образования Солнечной системы — делает их идеальными для определения источника воды во внутренней Солнечной системе в то время, когда Земля пребывала в основной фазе своего строительства. Ученые проанализировали пять разных образцов на мощнейшем и новейшем оборудовании; впервые изотопы водорода измерялись на примере эвкритовых метеоритов.

Измерения показали, что 4-Веста содержит тот же состав изотопов водорода, что и углистые хондриты, которые, в свою очередь, в этом похожи на Землю. Это, в сочетании с изотопными данными азота, указывает на то, что углистые хондриты являются наиболее вероятным общим источником воды.

«Это исследование показывает, что вода на Земле, скорее всего, образовалась одновременно с камнем. Планета сформировалась уже влажной, на ее поверхности была вода», — говорит Маршалл.

Хотя результаты исследования не учитывают позднейшее прибытие воды на Землю, они показывают, что это не так уж и необходимо, так как достаточно большое количество воды присутствовало на планете уже на юной стадии ее существования.

«У жизни на нашей планете было все, чтобы начать развиваться очень рано, — добавляет Нильсен. — Зная, что вода очень рано попала во внутреннюю Солнечную систему, мы можем предположить, что и другие планеты могли быть влажными с самого начала и на них могла развиться жизнь еще до возникновения суровых условий сегодняшнего дня».