Новое понимание происхождения воды на Земле

Ученые обнаружили, что межзвездное органическое вещество может производить большие объемы воды путем нагревания, предполагая, что органическое вещество может быть источником земной воды.

На нашей планете остается много загадок, в том числе и загадочное происхождение воды на земле. Научные исследования показали, что вода была доставлена на Землю ледяными кометами или метеоритами, содержащими гидросиликаты, которые пришли из-за «снежной линии» — границы, за которой лед может конденсироваться из-за низких температур.

Более поздние исследования, однако, предоставили наблюдения, противоречащие теории кометного происхождения, но все еще не позволяющие предложить правдоподобные замены источника земной воды. «До сих пор органическому веществу уделялось гораздо меньше внимания, чем льдам и силикатам, хотя внутри снежной линии его было в изобилии», — говорит планетолог Акира Коучи из Университета Хоккайдо.

В настоящем исследовании группа ученых во главе с Акирой Коучи демонстрирует, что нагрев межзвездного органического вещества при высокой температуре может образовывать воду. Это говорит о том, что вода может быть произведена внутри снежной линии, без какого-либо вклада комет или метеоритов, доставленных извне снежной линии.

В качестве первого шага исследователи создали аналог органического вещества в межзвездных молекулярных облаках с использованием химических реагентов.

Чтобы сделать аналог, они ссылались на аналитические данные межзвездной органики, полученные путем облучения УФ-излучением смеси, содержащей H2O, CO и NH3, которые имитировали ее естественный синтетический процесс.

Затем они постепенно нагревали аналог органического вещества от 24 до 400℃ под давлением в ячейке алмазной наковальни. Образец был однородным до 100℃, но был разделен на две фазы при 200℃. Примерно при 350 ℃ образование капель воды становилось очевидным, и размеры капель увеличивались по мере повышения температуры. При температуре 400℃, в дополнение к каплям воды, было произведено черное масло.

Группа проводила аналогичные эксперименты с большим количеством органического вещества, которое также давало воду и масло. Их анализ спектров поглощения показал, что основным компонентом водного продукта является чистая вода. Кроме того, химический анализ масла показал сходные характеристики с типичной сырой нефтью, найденной под землей.

«Наши результаты показывают, что межзвездное органическое вещество внутри снежной линии является потенциальным источником воды на земле. Более того, абиотическая нефтяная формация, которую мы наблюдали, предполагает более обширные источники нефти для древней Земли, чем считалось ранее», — говорит Акира Коучи.

«Будущие анализы органического вещества в образцах с астероида Рюгу, которые японский космический аппарат Hayabusa2 привезет позже в этом году, должны продвинуть наше понимание происхождения земной воды.»

Hideyuki Nakano et al. Precometary organic matter: A hidden reservoir of water inside the snow line, Scientific Reports (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-64815-6