Почему земная вода не выкипела?

Столкновения исходных тел, формировавших планету, должны были испарить всю воду. Однако кометы, которые ранее считались источником пополнения земных водных ресурсов, на эту роль не годятся, говорят учёные. Как же на Земле возникли океаны?

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.

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 существенное 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.


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).

Подготовлено по материалам Harvard Gazette.