Вчені довго сперечалися, звідки взялася сировина, з якої складається земля. Хоча наша планета розташована у внутрішній Сонячній системі, багато дослідників припускають, що 6-40 відсотків її будівельних матеріалів походять із зовнішньої Сонячної системи, за Юпітером.
Ця ідея була особливо важливою для пояснення того, як Земля одержувала такі летючі речовини, як вода. Якщо ці матеріали надходили з більшої відстані, то матерія повинна була рухатися між зовнішніми та внутрішніми регіонами Сонячної системи під час формування Землі.
Нове дослідження зараз ставить під сумнів це зображення.
«Ми були дуже здивовані»
Планетологи Паоло Соссі та Ден Бауер з ETH Zurich порівняли існуючі вимірювання співвідношення ізотопів від широкого спектру метеоритів, включаючи зразки, пов’язані з Марсом і астероїдом Веста, з ізотопним складом Землі.
Ізотопи — сестринські атоми одного елемента (однакова кількість протонів), які мають різну масу (різну кількість нейтронів).
Використовуючи новий підхід до аналізу цих даних, дослідники прийшли до дивовижного висновку. Їх результати показують, що матеріал, з якого утворилася Земля, повністю походить із внутрішньої частини Сонячної системи.
Матеріал зовнішньої Сонячної системи, здається, становить менше двох відсотків від загальної маси Землі, і, можливо, нічого. Дослідження опубліковано в Nature Astronomy.
Соссі каже: «Наші розрахунки чітко показують, що будівельні матеріали Землі створені з резервуару матеріалів. Його колега Бауер додає: «Ми були справді здивовані, виявивши, що Земля повністю складається з матеріалу внутрішньої Сонячної системи, яка відрізняється від будь-якої комбінації існуючих метеоритів».
Команда ETH Zurich базувала свій аналіз на існуючих вимірюваннях десяти різних ізотопних систем, знайдених у метеоритах. Попередні дослідження, як правило, зосереджувалися лише на двох ізотопних системах.
«Наші дослідження — це насправді наукові експерименти з даними», — каже Соссі. «Ми виконали статистичні розрахунки, які рідко використовуються в геохімії, хоча вони є потужним інструментом».
Ізотопи метеоритів розкривають походження Землі
Десятиліттями вчені використовували ізотопи в метеоритах, щоб відстежити місце походження небесних тіл, у тому числі з якого регіону Сонячної системи. Однак протягом багатьох років ізотопи кисню були основним засобом визначення його походження.
Це змінилося на початку 2010-х років, коли американський дослідник показав, що ізотопи інших елементів, зокрема хрому та титану, також можуть виявити, де були знайдені метеорити.
Це відкриття дозволило вченим розділити метеорити на дві великі групи. Некарбонатні метеорити утворилися лише у внутрішній частині Сонячної системи. Вуглецеві метеорити містять в основному воду та вуглець і зустрічаються у зовнішній частині Сонячної системи.
Згідно з новим аналізом, Земля повністю складається з невуглецевих матеріалів. Дослідники не знайшли доказів раніше запропонованого обміну матеріалами між внутрішніми та зовнішніми резервуарами Сонячної системи.
Це вказує на те, що Земля виросла у відносно стабільному середовищі і поступово поглинала менші тіла найближчих планет під час свого розвитку. Це також означає, що більшість летких речовин, включаючи воду, вже повинні існувати в Сонячній системі.
Юпітер може розділити Сонячну систему
Чому молода Сонячна система утворилася з двома різними резервуарами матеріалу?
Вчені вважають, що важливу роль відіграв Юпітер. Оскільки газовий гігант швидко зростав, його масивна гравітація створила вакуум у протопланетному диску, що оточує молоде Сонце. Ці диски мають форму кільця і складаються з газу та пилу; вони є місцем народження планет.
Юпітер, схоже, діяв як бар’єр, обмежуючи рух матеріалу із зовнішньої частини Сонячної системи до внутрішньої області. Але досі вчені не знали, наскільки цей бар’єр насправді ефективний.
Новий аналіз показує, що дуже мало матеріалу з-поза Юпітера коли-небудь досягало регіону, де утворилася Земля.
«Наші розрахунки дуже надійні й спираються лише на самі дані, а не на фізичні гіпотези, оскільки вони ще не повністю вивчені», — підкреслює Бауер.
Результати також показують, що матеріальний склад Землі подібний до складу Марса та Вести.
Меркурій і Венера можуть мати спільну модель
Дослідники підозрюють, що Меркурій і Венера можуть слідувати тій же моделі, що й Земля, Марс і Веста.
«Грунтуючись на нашому аналізі, ми можемо теоретично передбачити склад цих двох планет», — каже Паоло Сосі.
Однак наразі цей прогноз неможливо перевірити безпосередньо. Наразі вчені не мають зразків гірських порід із Меркурія чи Венери, двох найближчих до Сонця планет, які можна проаналізувати таким чином.
Нові таємниці про воду Землі
«Наші результати проливають нове світло на історію формування нашої Землі та інших кам’янистих планет», — каже Соссі.
Висновки також піднімають нове важливе питання. Якби Земля не отримувала великої кількості багатого водою матеріалу із зовнішньої частини Сонячної системи, вченим довелося б пояснити, як у внутрішній гарячій Сонячній системі було достатньо води, щоб зрештою сформувати океани Землі.
Соссі та його команда планують дослідити це питання в майбутньому. Вони також хочуть визначити, чи можуть подібні процеси відбуватися в планетних системах навколо інших зірок.
«Але до того часу нам з Деном доведеться палко обговорювати матеріальний склад Землі та сусідніх планет, оскільки, незважаючи на нові відкриття, наукова розмова про будівельні блоки Землі ще далека від завершення», — каже Соссі.
