Вещества, способные испаряться, легче улетучиваются, чем другие элементы. К ним относятся углерод, водород и азот. Исследование сосредоточено на группе, называемой халькогены. Сера, селен и теллур — все это халькогены. Понимание того, как эти летучие элементы попали на Землю, помогает планетологам лучше понять геологическую историю нашей планеты, и это может научить нас большему о жизнеспособности территорий, включая Землю.
Популярная теория «позднего слоя» предсказывает, что Земля сначала образовалась из низколетучих материалов. Согласно этой теории, после формирования ядра Земли, планета получила летучие вещества, когда к поверхности ударили богатые этими веществами тела из внешней части солнечной системы. Эти объекты принесли около половины процента массы Земли. Если теория позднего слоя верна, то большинство элементов, составляющих жизнь, прибыли на Землю после формирования ее ядра.
Однако новое исследование показывает, что Земля имела все летучие элементы, необходимые для жизни, с самого начала, в период ее формирования. Эти результаты оспаривают теорию позднего слоя и согласуются с другими исследованиями, касающимися происхождения воды на Земле.
На чем основывается исследование?
Ученые проанализировали данные о составе силикатных пород, которые составляют около 90% земной коры. Они обнаружили, что эти породы содержат значительно больше халькогенов, чем можно было бы объяснить только за счет астероидов и метеоритов, которые упали на Землю в течение последних 4 миллиардов лет. Это указывает на то, что значительная часть халькогенов, присутствующих на Земле сегодня, была здесь с самого начала.
Для проведения исследования использовали данные о составе силикатных пород, собранные с разных континентов. Эти данные были получены с помощью различных методов, включая рентгеноспектральный анализ и масс-спектрометрический анализ. Ученые задействовали два метода для оценки количества халькогенов в силикатных породах. Первый заключался в измерении отношения содержания халькогенов к содержанию углерода. Второй — в измерении отношения содержания халькогенов к содержанию серы.
Для изучения происхождения летучих элементов на Земле мы задействовали вычислительную технику, называемую расчетом первых принципов. Эта техника описывает поведение изотопов, которые являются атомами элемента с различным числом нейтронов. Вы можете представить элемент как семью — каждый атом имеет одинаковое число протонов, но у разных изотопических родственников разное число нейтронов
— Вэньчжун Ван, Лаборатория Земли и Планет, Научный институт Карнеги, Вашингтон.
Различные изотопы демонстрировали небольшие отличия в поведении на каждом этапе формирования Земли. И изотопы оставляли за собой своеобразную подпись после каждого этапа формирования, которую ученые могут использовать в качестве своего рода отпечатка пальца, чтобы отследить, где они находились на протяжении всего процесса формирования Земли.
Расчет первых принципов позволил определить, какие изотопные подписи следует ожидать для различных халькогенов, в зависимости от того, как формировалась Земля. Ученые провели несколько моделей и сравнили прогнозы по изотопам для каждой модели с реальными измерениями изотопов халькогенов на Земле.
Планетологи обнаружили, что хотя многие летучие элементы испарились во время формирования Земли, когда она была горячей и светящейся, еще больше из них сохранилось до сегодняшнего дня. Результаты указывают на то, что большая часть летучих элементов на Земле сейчас, вероятно, осталась с раннего этапа формирования планеты.
Исследователи рассчитывают использовать свой подход, чтобы определить, могут ли некоторые экзопланеты — планеты за пределами нашей солнечной системы — быть пригодными для жизни.
Что говорят другие ученые?
Результаты исследования были встречены одобрением других ученых, изучающих происхождение жизни. Многие из них отметили, что это исследование вносит важный вклад в наше понимание того, как Земля стала пригодной для жизни.
