Новое исследование подвергло сомнению гипотезу занесения воды на Землю
Среди известных планет только наша может похвастаться обширными океанами на поверхности, а ее материки испещрены озерами и разветвленными речными системами. Вода — основа жизни, без нее Земля была бы просто еще одним мертвым небесным телом. Вот почему ученых так интересует происхождение земной воды.
Наиболее популярной остается идея занесения воды из внешней части Солнечной системы с кометами и астероидами. Эта теория, известная как гипотеза поздней аккреции, предполагает разделение протопланетного диска снеговой линией. Пересекая ее, летучие вещества, в том числе вода, конденсируются и уже в виде льда попадают к нам.
Однако все больше доказательств и симуляций ставит под сомнение эту идею. Еще одним разрушающим стройную картину контраргументом стало новое исследование в The Astrophysical Journal Letters, опровергающее снеговую линию в виде четкой границы.
«Существует консенсус в том, что молекулярная вода в основном образовалась на микрометровых пылевых зернах в самом начале формирования Солнечной системы, в молекулярном облаке и дозвездной фазе, где она оставалась замерзшей в ледяной мантии, покрывающей зерна», — пишут авторы.
Со временем пыль слиплась в камни, астероиды, кометы и планеты, а лед с ее поверхности сублимировал внутрь, к снеговой линии, ставшей фронтом конденсации воды. В результате условия внутри этой линии изменились. Вся вода, не попавшая в более крупные тела, рассеялась, и внутренний диск оказался обеднен водой. Здесь образовались каменистые планеты, в том числе Земля — и вода на эти сухие объекты могла попасть только извне.
Последние достижения квантовой химии дают основания утверждать, что нет конкретной единой температуры, при которой вода связывается с пылевыми зернами — вместо четкой разделительной линии энергии связи подчиняются гауссовому распределению значений. Следовательно, вместо четкой снеговой линии должен быть плавный переход.
Исследователи рассчитали распределение энергий связи, чтобы понять, насколько широким он мог быть.
«Принятие распределения энергий связи воды не создает единую снеговую линию, внутри которой водяной лед полностью десорбируется и остается "абсолютно сухим", как часто предполагается, а скорее формирует переходную зону воды, простирающуюся на несколько астрономических единиц», — говорится в статье.
Все это происходило очень давно, и, помимо самой Земли, единственное место, где мы можем искать доказательства, — это астероиды и метеориты. Доказательствами правомерности изысканий могут быть обилие воды в хондритах и совпадение ее изотопного состава с земной водой.
Исследование показывает, что, хотя основная часть водяного льда десорбируется дальше, чем примерно одна астрономическая единица, небольшие проценты остаются прикрепленными к пылевым зернам внутри этого предела из-за разных энергий связи.
«Эта небольшая доля, от ~0,04 до 2,5% по массе, может полностью объяснить содержание воды на Земле. Таким образом, земная вода могла в основном унаследоваться от пылевых зерен, находившихся на орбите Земли, без необходимости миграции внешних», — объясняют ученые.
Эти результаты согласуются с идеей, что энстатитовые хондриты, редкий тип метеоритов, были строительными блоками Земли. ЭХ имеют сопоставимое изотопное соотношение с земной водой, и исследователи полагают, что они сформировались вблизи орбиты Земли.
Подтверждением новой теории может быть изотопный состав (соотношение дейтерия и протия) ныне существующей воды — он совпадает с тем, что был в протопланетном диске и отличается от кометного (хотя авторы допускают, что за прошедшее время на него многое могло повлиять). Кроме того, предложенная идея обошла несостыковку, свойственную гипотезе поздней аккреции — занесение большого количества воды на каком-то этапе могло нарушить формирование Земли.
Поздняя аккреция не опровергнута этой статьей — но по мере появления новых доказательств предположение, что вода была занесена из далекого космоса, становится все более шатким.