Недавнее исследование, основанное на анализе лунных образцов, поставило под сомнение одну из ключевых гипотез происхождения воды на Земле. Учёные, изучавшие изотопные характеристики реголита (рыхлой лунной пыли), пришли к выводу, что добавление воды и водосодержащих веществ на Землю за счёт поздней бомбардировки метеоритами было очень ограниченным, и эта поставка не могла являться основным источником океанов нашей планеты. Эти выводы требуют переоценки классических представлений о происхождении земной воды.
Прежняя гипотеза о происхождении земной воды из космоса
Долгое время научное сообщество придерживалось идеи, что значительная часть воды на Земле могла быть доставлена поздними метеоритными и кометными бомбардировками после формирования планеты. Эта гипотеза строилась на том, что молодая Земля образовалась в относительно горячем внутреннем протопланетном диске, где вода существовать в виде льда не могла, и поэтому источник океанов должен был быть внешним — из холодных зон Солнечной системы, где лед мог стабильно существовать.
Однако прямые доказательства в пользу такого механизма были косвенными: находки водосодержащих минералов в метеоритах и кометах давали возможность предполагать их вклад в формирование водного запаса Земли, но не определяли его количественную долю.
Почему Луна — лучший архив ударной истории
В отличие от Земли, в которой тектоническая активность и эрозия за миллиарды лет стерли почти весь след ранних ударов, поверхность Луны сохраняет длинную и относительно неизменную летопись всех столкновений с космическими телами. Реголит — слой пыли и обломков на поверхности Луны — накапливается и перестраивается миллиарды лет, поэтому анализ его изотопного состава позволяет восстановить длительную историю воздействия метеоритов.
Исследователи из Lunar and Planetary Institute (США) и Университета Нью-Мексико использовали анализ тройных изотопов кислорода в реголите, чтобы различить два вклада в его состав:
- добавление материала от метеоритов;
- влияние процессов, связанных с запылением, плавлением и испарением пород в результате ударов.
Используя корректировку по изотопным отпечаткам, учёные смогли отделить сигнал, связанный с чужеродными материалами, от собственного лунного вещества. Этот подход позволил им оценить долю метеоритного материала в верхних слоях реголита, который формировался в течение примерно 4 миллиардов лет.
Что показали результаты анализа
Результаты измерений указывают, что в доле реголита на Луне лишь около 1 % по массе припадает на материал, происходящий от метеоритов. Этот уровень считается наиболее правдоподобным при оптимистичных допущениях о количестве и составе ударных тел, действовавших в районе Земли и Луны за последние миллиарды лет.
Когда учёные экстраполировали эти данные на Землю — с учётом того, что наша планета испытывала примерно в 20 раз большее воздействие ударов, чем Луна — они пришли к выводу, что суммарное количество воды, доставленное поздними метеоритными ударами, вряд ли превышает несколько процентов от массы океанов Земли. Даже при самых щедрых оценках вклад такого механизма остаётся незначительным по сравнению с нынешним объёмом воды на планете.
Что это означает для теорий происхождения воды
Эти результаты не отрицают полностью роль метеоритов в истории водного баланса Земли — они могли доставить некоторое количество воды — но делают преобладающую часть океанов крайне маловероятной из-за поздних ударов холодных тел. Это ставит под сомнение популярную модель, согласно которой вода была «подброшена» на Землю после её первичного формирования главным образом астероидами или кометами.
С учётом этих данных модели происхождения земной воды должны учитывать и другие механизмы, такие как:
- внутреннее удержание воды во время ранней аккреции Земли;
- перенос водяных компонентов из исходного протопланетного диска в процессе дифференциации и формирования мантии и коры;
- возможные ранние столкновения с крупными телами, которые могли привнести воду на ранних этапах.
Другие исследования также указывают на то, что вода на Земле могла появиться в различные стадии формирования планеты, причём не только через удары комет и метеоритов, но и через газообразные процессы и перераспределение вещества внутри протопланетного диска.
Почему лунные данные столь важны
Лунный реголит является уникальным архивом воздействия ударов из окружающего космического пространства, поскольку он практически не подвергается геологической переработке и ушёл с геологической активности гораздо раньше, чем Земля. Это делает его критически важным для понимания истории столкновений в околоземном пространстве и, соответственно, источников внешних материалов, включая воду.
Работа также демонстрирует, насколько изотопный анализ — тщательное измерение относительных количеств разных форм одного элемента — может быть чувствительным инструментом для различения источников вещества, даже после многократного перераспределения в результате ударов и переработки пород.
Заключение
Новое исследование, основанное на анализе изотопов кислорода в лунном реголите, демонстрирует, что позднее прибытие метеоритов с водой не могло дать Земле основную часть её океанской воды. Даже при самых щедрых оценках количество воды, доставленное метеоритами за последние примерно 4 млрд лет, составляет лишь небольшой процент от объёма существующих океанов. Эти результаты накладывают серьёзные ограничения на модели, которые объясняют происхождение воды исключительно внешними ударными процессами, и требуют включения альтернативных механизмов формирования водного богатства нашей планеты.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
