Почему земная вода не выкипела?

Общепринятая картина возникновения Земли предполагает, что после слияния множества исходных планетезималей молодая планета так разогрелась, что была покрыта океаном магмы. И тот просто испарил всю воду, что прибыла в составе планетезималей. И мы были бы безводным и безжизненным миром, если бы не кометы, что принесли с собой достаточно воды, чтобы «заложить» земные океаны.

Условия формирования Земли таковы, что столкновения планетезималей просто обязаны были разогреть её поверхность. (Здесь и ниже иллюстрации Adler Planetarium.)

Но картина эта местами смущает. Во-первых, получается, что обводнение зависит от случайных факторов, которых в других планетных системах может и не быть. Со временем сомнения усилились — после обнаружения следов водяных паров в атмосферах «суперземель», которые тоже должны были пройти через стадию лавовой поверхности и, по идее, лишиться воды. Что же, и на них воду кометами занесло?

Линди Элкинс-Тантон (Lindy Elkins-Tanton) из Института Карнеги (США) уже высказывалась в том духе, что после прибытия планетезималей океан не мог не возникнуть просто по стратификационным причинам: даже если в исходных телах воды было около 0,01%, почти всю Землю должен был покрыть водоём глубиной в сотни метров. Но как быть с фазой расплавленной поверхности?

Г-жа Элкинс-Тантон полагает, что всё не так страшно. Для начала, констатирует она, уже открыты образцы детритовых цирконов возрастом в 4,4 млрд лет, которые показывают следы контакта с жидкой водой. Учитывая, что этот момент всего на 164 млн лет отстоит от начала формирования прото-Земли, кометный дождь не мог стать источником этой воды: мощная бомбардировка внутренней части системы тогда ещё просто не началась.

Другая проблема: вода на большинстве комет имеет не тот состав, что на Земле. Нет, она тоже состоит из водорода и кислорода, но соотношение молекул тяжёлой воды, где на месте обычного водорода находится его тяжёлый изотоп (дейтерий), в кометах не такое, как у нас.

В то же время вода с метеоритов — и, предположительно, близких к ним по составу планетезималей — как раз соответствует по изотопным соотношениям земной. На первый взгляд, подчеркивает учёный, это не решение проблемы — ведь такие тела имеют в своём составе до 18% воды. Будь у нас то же самое, на планете не было бы суши. Так куда всё это подевалось?

Современные крупные тела, сходные с планетезималями прошлого, подогреваются внутренними процессами, которые подпитываются распадом радиоактивного изотопа алюминия, практически отсутствующего на Земле. В начале существования Солнечной системы его было много больше (ещё не успел распасться), то есть вода на планетезималях должна была от нагрева подниматься к поверхности, где возгонялась в виде пара в космос. Оставшееся же по объёму как раз приближается к нынешним водным запасам Земли.

Но как вода пережила столкновение планетезималей, то есть фазу, которая, казалось бы, неизбежно ведёт к появлению расплавленной поверхности? Линди Элкинс-Тантон обращает наше внимание на Меркурий. Не так давно там было найдено значительное количество сравнительно летучих элементов, включая, например, калий. Причём соотношение калия к другим элементам оказалось близким к земному. Как так получилось, если тот же калий, согласно текущим моделям, должен быть потерян первой планетой подобно тому, как со своей первичной водой рассталась третья?

Другой режущий глаз пример — Луна. Она должна была пережить экстремальный нагрев — в частности когда её материал был оторван от Землелуны мощным столкновением с Тейей и значительное время пробыл в космосе в виде отдельных капель, а затем и застывших фрагментов. То есть Селена обязана быть обезвоженной — однако анализ её грунта и астрономические наблюдения показывают совсем иное.

Вода на Земле не кометной природы.
Почему же тогда планета не выглядит вот так?

По словам г-жи Элкинс-Тантон, компьютерное моделирование процессов разогрева в значительной степени объясняет проблемы и этих двух тел, и Земли. Да, резкий нагрев поверхности ведёт к выкипанию жидкой поверхностной воды. Но, вместо того чтобы потерять водяной пар, дав ему уйти в космос, на деле гравитация позволяет ему сконденсироваться и выпасть обратно, воссоздавая океаны, в циклах, которые повторялись от одной серии крупных столкновений к другой. «Свидетельства, имеющиеся в Солнечной системе, дают основания полагать, что шансы на обводнённость и вытекающую отсюда обитаемость планет остальной Вселенной… очень высоки», — заключает исследовательница.

С изложением своей теории Линди Элкинс-Тантон 26 февраля 2014 года выступила в Гарвардском музее естественной истории (США).

По материалам Harvard Gazette.
Источник: compulenta.computerra.ru

Метки , . Закладка постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *