Вода океанов могла появиться прямо на Земле

Трудно переоценить ту роль, которую вода играет в формировании коры нашей планеты и существовании жизни на ней. Однако мы до сих пор в точности не знаем, откуда здесь появились такие большие количества влаги. Земля сформировалась во внутренних областях Солнечной системы, ближе к «снеговой линии», где вода не могла превратиться в вечные льды и легко уносилась прочь под действием высоких температур и излучения звезды. Недаром многие астероиды, появившиеся в ту же эпоху, демонстрируют удивительно близкий состав, за исключением полного отсутствия воды.

Самая популярная на сегодня гипотеза объясняет этот парадокс тем, что влага была занесена на Землю уже после образования планеты, в процессе долгой и активной бомбардировки богатыми льдом небесными телами. Однако существует и другое предположение, согласно которому она сформировалась прямо здесь, за счет протекавших на молодой планете химических реакций. Такую возможность продемонстрировала новая работа ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, статья которых опубликована в журнале Nature.

В самом деле, наблюдения далеких экзопланет показывают, что у многих тел размерами всего в несколько раз больше Земли есть богатая водородом атмосфера. Если они достигают размеров мини-нептунов, то такая атмосфера способна удерживаться достаточно долго. Более мелкие планеты быстро теряют летучий водород и лишь впоследствии формируют вторичные атмосферы, наполненные другими газами. Тем не менее это позволяет предположить, что и молодая Земля некоторое время обладала богатой водородом атмосферой.

Ключевые изменения в структуре Земли, ее мантии, ядра и атмосферы — от протопланеты до современного состояния / ©Edward Young (UCLA), Katherine Cain (Carnegie Institution for Science)

Поэтому Эдвард Янг (Edward Young) и его соавторы рассмотрели, какие химические процессы могли развиваться на нашей планете в тот краткий — порядка десятков миллионов лет — период, пока она сохраняла водород в атмосфере. Модель учитывала высокую температуру от покрытой расплавленной магмой поверхности, наличие в коре разнообразных химических веществ, включая железо, силикаты, оксиды натрия, метан, кислород, диоксид углерода и так далее — под плотным слоем водорода, создававшего дополнительный мощный парниковый эффект.

Моделирование показало, что в таких условиях на планете могли протекать самые разнообразные химические процессы, и некоторые из них действительно были. Например, в модели шло активное включение кислорода, кремния и водорода в железо земного ядра, которое сделало его менее плотным, нежели чистое железо. Это характерно и для ядра настоящей Земли. Но помимо этого, модель продемонстрировала, что выделяющийся из магмы кислород способен реагировать с водородом в атмосфере, образуя воду. Более того, ее относительное количество оказалось примерно тем же, что и на Земле.

Авторы отмечают, что такая модель довольно устойчива к различным начальным условиям. Образование воды по той же схеме возможно и при других температурах и размерах небесного тела, пока оно не становится слишком маленьким (что может объяснять отсутствие влаги на Марсе). К тому же при некоторых обстоятельствах на молодой Земле могло сформироваться намного больше воды, чем есть сегодня. Возможно, часть ее была потеряна в результате распада под действием солнечного излучения и масштабных ударов небесных тел, включая тот, что привел к появлению Луны.