Новое исследование показало, что Земля сформировалась из сухих каменистых блоков

Миллиарды лет назад в гигантском диске из пыли, газа и каменистого материала, который вращался вокруг молодого солнца, сливались и образовывались все более и более крупные тела, которые в конечном итоге дали начало планетам, их спутникам и астероидам, которые мы видим сегодня.

Ученые до сих пор пытаются понять процессы, посредством которых формировались планеты, в том числе и наша Земля. Один из способов, с помощью которого исследователи могут изучить, как сформировалась Земля, состоит в том, чтобы исследовать магму, вытекающую из глубины недр планеты.

Химические признаки этих образцов содержат записи о времени и природе материалов, которые объединились, чтобы сформировать Землю — аналогично тому, как окаменелости дают подсказки о биологическом прошлом Земли.

Теперь исследование Калифорнийского технологического института показывает, что ранняя Земля образовалась из горячих и сухих материалов, что указывает на то, что вода на нашей планете — важнейший компонент эволюции жизни — должна была появиться на поздней стадии формирования Земли.

Хотя у людей нет возможности проникнуть внутрь нашей планеты, горные породы глубоко внутри земли могут естественным образом пробиться на поверхность в виде лавы.

Исходная магма этих лав может происходить из разных глубин Земли, например, из верхней мантии, которая начинается примерно на 15 км под поверхностью и простирается примерно на 680 км; или нижняя мантия, которая простирается от глубины 680 километров до границы ядра и мантии примерно на 2900 километров ниже поверхности.

Подобно выбору разных слоев торта — глазури, начинки, бисквита — ученые могут изучать магму, происходящую из разных глубин, чтобы понять разные «ароматы» слоев Земли: химические вещества, обнаруженные внутри, и их соотношения друг с другом.

Поскольку формирование Земли не было мгновенным, а вместо этого включало аккрецию материалов с течением времени, образцы из нижней и верхней мантии дают разные подсказки к тому, что происходило с течением времени во время формирования Земли.

В новом исследовании ученые обнаружили, что ранняя Земля в основном состояла из сухих каменистых материалов: химические сигнатуры из глубины планеты показали отсутствие так называемых летучих веществ, которые легко испаряются, таких как вода и йод. Напротив, образцы верхней мантии показали более высокую долю летучих веществ, в три раза больше, чем в нижней мантии.

Основываясь на этих химических соотношениях, ученые создали модель, которая показала, что Земля сформировалась из горячих, сухих, каменистых материалов, и что основное добавление летучих веществ, необходимых для жизни, включая воду, произошло только в течение последних 15% времени (или меньше) формирования Земли.

Исследование является важным вкладом в теорию формирования планет, области, которая претерпела несколько сдвигов парадигмы за последние десятилетия и до сих пор характеризуется бурными научными дебатами.

В этом контексте новое исследование делает важные предсказания о природе строительных блоков других планет земной группы — Меркурия и Венеры, — которые, как ожидается, должны были сформироваться из таких же сухих материалов.

Исследование было опубликовано в Science Advances.