Формирование Луны принесло воду на Землю

Земля уникальна в нашей солнечной системе: это единственная планета с большим количеством воды и относительно большим естественным спутником — Луной, которая стабилизирует ось вращения Земли. Оба условия были необходимы для Земли, чтобы на планете развивалась жизнь.

Планетологи из Мюнстерского университета (Германия) впервые смогли показать, что вода пришла на Землю с образованием Луны около 4,4 миллиарда лет назад. Луна образовалась, когда в Землю попало тело размером с Марс, также называемое Тея. До сих пор ученые предполагали, что Тея возникла во внутренней солнечной системе. Тем не менее, исследователи из Мюнстера теперь смогли показать, что Тея происходит из внешней солнечной системы и доставила большое количество воды на Землю. Результаты опубликованы в Nature Astronomy.

Земля образовалась в «сухой» внутренней солнечной системе, и поэтому несколько удивительно, что на Земле есть вода. Чтобы понять, почему это так, мы должны вернуться в то время, когда Солнечная система образовалась  — около 4,5 миллиардов лет назад.

Из более ранних исследований мы знаем, что солнечная система стала структурированной так, что «сухие» материалы были отделены от «влажных» материалов: так называемые «углеродистые» метеориты, которые относительно богаты водой, происходят из внешней солнечной системы тогда как более сухие «неуглеродистые» метеориты происходят из внутренней солнечной системы.

В то время как предыдущие исследования показали, что углеродистые материалы, вероятно, были ответственны за доставку воды на Землю, было неизвестно, когда и как этот углеродистый материал — и, следовательно, вода — попал на Землю.

«Мы использовали изотопы молибдена для ответа на этот вопрос. Изотопы молибдена позволяют нам четко различать углеродистые и неуглеродистые материалы и, как таковые, представляют собой «генетический отпечаток» материала от внешней и внутренней солнечной системы», — объясняет доктор Геррит Буд из института планетологии в Мюнстере и ведущий автор исследования.

Измерения, проведенные исследователями из Мюнстера, показывают, что изотопный состав молибдена Земли лежит между углеродистыми и неуглеродистыми метеоритами, демонстрируя, что часть молибдена Земли произошла во внешней солнечной системе.

В этом контексте химические свойства молибдена играют ключевую роль, поскольку он является «железолюбивым» элементом, большая часть молибдена Земли находится в ядре. «Молибден, который находится сегодня в мантии Земли, происходит из поздних стадий формирования Земли, в то время как молибден из более ранних фаз находится полностью в ядре», — объясняют ученые. Таким образом, результаты ученых впервые показывают, что углеродистый материал из внешней солнечной системы прибыл на Землю относительно поздно.

Но ученые пошли еще дальше. Они показали, что большую часть молибдена в мантии Земли обеспечила протопланета Тейя, столкновение которой с Землей 4,4 миллиарда лет назад привело к образованию Луны.

Однако, поскольку большая часть молибдена в мантии Земли происходит из внешней солнечной системы, это означает, что сама Тея также произошла из внешней солнечной системы. По словам ученых, в результате столкновения было получено достаточно углеродистого материала для формирования всего количества воды на Земле.

«Наш подход уникален, потому что впервые он позволяет нам связать происхождение воды на Земле с образованием Луны. Проще говоря, без Луны, вероятно, не было бы жизни на Земле», — говорят исследователи.

Gerrit Budde et al, Molybdenum isotopic evidence for the late accretion of outer Solar System material to Earth, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038/s41550-019-0779-y