Анализ метеорита показывает, что строительные блоки Земли содержат воду
Когда наше Солнце было молодой звездой, 4,56 миллиарда лет назад, то, что сейчас является нашей Солнечной системой, было всего лишь диском из каменистой пыли и газа. В течение десятков миллионов лет крошечные камешки пыли сливались, словно снежный ком, который катился все больше и больше, и превратились в «планетезимали» километрового размера — строительные блоки Земли и других внутренних планет.
Исследователи уже давно пытаются понять древнюю среду, в которой образовались эти планетезимали. Например, воды сейчас на Земле в изобилии, но было ли так всегда? Другими словами, содержали ли планетезимали, аккрецированные в нашу планету, воду?
Теперь новое исследование объединяет данные о метеоритах с термодинамическим моделированием и определяет, что самые ранние планетезимали внутренней Солнечной системы, должно быть, сформировались в присутствии воды, что бросает вызов современным астрофизическим моделям ранней Солнечной системы.
Исследование проводилось в лаборатории Пола Азимова, Элеоноры и Джона Р. Макмиллана, и опубликовано в журнале Nature Astronomy.
У исследователей есть образцы самых ранних лет существования Солнечной системы в виде железных метеоритов. Эти метеориты являются остатками металлических ядер самых ранних планетезималей в нашей Солнечной системе, которые избежали аккреции в формирующуюся планету и вместо этого вращались вокруг Солнечной системы, прежде чем в конечном итоге упасть на нашу планету.
Химический состав метеоритов, подобных этим, может дать информацию об окружающей среде, в которой они сформировались, и ответить на такие вопросы, как, например, сформировались ли строительные блоки Земли вдали от нашего Солнца, где более низкие температуры позволили существовать водяному льду, или вместо этого они образовались. ближе к Солнцу, где тепло испарило бы всю воду и привело бы к образованию сухих планетезималей.
Если последнее верно, Земля образовалась сухой и получила воду другим способом на более позднем этапе своей эволюции. Хотя метеориты не содержат воды, ученые могут сделать вывод о ее давно утраченном присутствии, исследуя ее влияние на другие химические элементы.
Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В присутствии других элементов вода часто отдает атом кислорода в процессе, называемом окислением. Например, металлическое железо (Fe) реагирует с водой (H 2 O) с образованием оксида железа (FeO). Достаточный избыток воды может ускорить процесс, образуя Fe 2 O 3 и FeO(OH), ингредиенты ржавчины.
Марс, например, покрыт ржавым оксидом железа, что является убедительным доказательством того, что на Красной планете когда-то была вода.
Хотя оксид железа из самых ранних планетезималей уже давно исчез, команда смогла определить, сколько железа могло быть окислено, исследуя содержание металлических никеля, кобальта и железа в этих метеоритах. Эти три элемента должны присутствовать примерно в равных соотношениях по отношению к другим примитивным материалам, поэтому, если бы какое-либо железо «отсутствовало», это означало бы, что железо было окислено.
«Сообщество, занимающееся формированием планет, несколько игнорирует железные метеориты, но они представляют собой богатые хранилища информации о самом раннем периоде истории Солнечной системы, если вы научитесь читать сигналы», — говорит Азимов. «Разница между тем, что мы измерили в метеоритах внутренней Солнечной системы, и тем, что мы ожидали, предполагает, что активность кислорода примерно в 10 000 раз выше».
Исследователи обнаружили, что те железные метеориты, которые, как считается, произошли из внутренней части Солнечной системы, содержали примерно такое же количество недостающего металлического железа, как и метеориты, полученные из внешней части Солнечной системы. Чтобы это было так, планетезимали обеих групп метеоритов должны были образоваться в той части Солнечной системы, где присутствовала вода, а это означает, что строительные блоки планет аккумулировали воду с самого начала.
Признаки воды в этих планетезималях бросают вызов многим современным астрофизическим моделям Солнечной системы. Если бы планетезимали образовались на нынешнем орбитальном положении Земли, вода могла бы существовать только в том случае, если бы внутренняя часть Солнечной системы была намного холоднее, чем предсказывают современные модели. Альтернативно, они могли образоваться дальше, где было прохладнее, и мигрировать внутрь.
Ученые поясняют, что, если вода присутствовала в ранних строительных блоках нашей планеты, то, вероятно, присутствовали и другие важные элементы, такие как углерод и азот. Ингредиенты жизни могли присутствовать в семенах каменистых планет с самого начала.
«Однако этот метод обнаруживает только воду, которая была израсходована при окислении железа», — добавляет Азимов. «Он не чувствителен к избытку воды, которая может впоследствии сформировать океан. Таким образом, выводы этого исследования согласуются с моделями аккреции Земли, которые требуют позднего добавления еще более богатого водой материала».
Обсудим?
Смотрите также:
