Вода на Земле может происходить как из материала астероидов, так и из газа, оставшегося после формирования Солнца, согласно новому исследованию. Эти новые находки могут дать ученым ценные сведения об эволюции других планет и их возможной обитаемости.

При изучении происхождения воды на Земле многие ученые склоняются к версии, согласно которой вода была занесена на нашу планету с астероидами – поскольку изотопный состав водорода в воде океанов Земли и материале астероидов примерно одинаков. Отношение содержания дейтерия, более тяжелого изотопа водорода, к содержанию обычного водорода служит уникальной характеристикой источников воды. В случае воды земных океанов отношение дейтерия к водороду оказывается близким к аналогичному отношению для воды материала астероидов.

Однако океаны «рассказывают» не всю историю водорода на Земле, считают авторы нового исследования. В новейших научных работах было показано, что образцы водорода, находящегося глубоко в недрах Земли, на границе между корой и мантией, содержат значительно меньше дейтерия, поэтому версия об астероидном происхождении этого водорода в этом случае оказывается неубедительной. Кроме того, в мантии Земли были обнаружены благородные газы, такие как гелий и неон, имеющие изотопный состав, близкий к изотопному составу благородных газов солнечной туманности.

Для объяснения этих фактов в новой научной работе коллектив исследователей во главе с Джуном Ву (Jun Wu), ассистент-профессором Школы молекулярной физики, а также Школы Земли и исследований космоса Университета штата Аризона, США, разработал новую теоретическую модель. Согласно этой модели, несколько миллиардов лет назад крупные богатые водой астероиды начали превращаться в планеты, в то время, когда солнечная туманность еще не успела рассеяться. Эти астероиды, «планетные эмбрионы», часто сталкивались и стремительно росли. В конечном счете энергии одного из столкновений хватило на расплавление всей поверхности астероида – так появилась покрытая океаном расплавленной магмы Земля.

Газы из солнечной туманности, включая водород и благородные газы, были адсорбированы этим крупным, покрытым океаном магмы планетным эмбрионом и сформировали его раннюю атмосферу. Водород вещества солнечной туманности, содержащий меньше дейтерия, по сравнению с водородом вещества астероидов, растворялся в расплавленном железе океана магмы.

Далее в результате процесса, называемого изотопным фракционированием, легкий водород опустился к ядру Земли, в то время как на границе между мантией и корой выделился обогащенный дейтерием остаток, согласно авторам работы. Затем в результате многочисленных столкновений с астероидами океаны Земли получили воду с более высоким соотношением между количествами водорода и дейтерия, близким к одноименному соотношению для материала астероидов.

Эта новая модель позволяет объяснить наличие благородных газов глубоко в мантии Земли и более низкое содержание дейтерия по отношению к водороду в ядре, по сравнению с мантией и океанами.

По вопросу соотношения между этими двумя источниками воды на Земле, авторы указывают, что на каждые 100 молекул воды на Земле лишь одну или две молекулы можно считать произошедшими из газов солнечной туманности, в то время как все остальные молекулы были доставлены на планету с астероидами.