Космическая пыль может являться источником фосфора на Земле

В период формирования Земли, 4,5 миллиарда лет назад, находившиеся в составе расплава горных пород атомы фосфора должны были, согласно законам физики, погрузиться вниз, к расплавленному ядру. Однако фосфор является одним из ключевых элементов для жизни; он обнаруживается в составе ДНК, РНК и других важных биологических молекул. Поэтому вероятно, что фосфор, давший начало жизни на Земле, был занесен на поверхность нашей планеты из космоса, и проведенные ранее исследования указывают на то, что возможными источниками данного элемента являлись метеориты.

Теперь исследователи во главе с Джоном Плейном (John M. C. Plane) представляют новый анализ, согласно которому меньшие по размерам частицы внеземного происхождения могли доставить фосфор в атмосферу Земли, где цепочки химических превращений перевели фосфор в биологически доступные формы – а именно фосфиты и фосфаты металлов – в которых этот элемент затем осел на поверхности Земли.

При вхождении частиц космической пыли в атмосферу трение о воздух приводит к расплавлению и испарению частиц пыли, что принято называть абляцией. Это новое исследование базируется на результатах проведенной ранее научной работы, в которой космическая пыль – небольшие фрагменты метеоров - была нагрета с огромной скоростью для моделирования процесса абляции, и при этом было зафиксировано выделение фосфорсодержащих молекул. Численное моделирование данного процесса дало дополнительные подтверждения того, что космическая пыль могла служить источником фосфора на поверхности Земли.

Плейн и коллеги привели в своей работе цепочку химических реакций, описывающих конкретный процесс, посредством которого абляция космической пыли может приводить к формированию биологически доступных молекул, содержащих фосфор. Для этого исследователи объединили результаты изучения проведенных в лаборатории химических реакций с теоретическими прогнозами, сделанными для реакций, которые еще не изучались ранее в лабораторных условиях. Затем исследователи включили этот комплекс реакций в глобальную климатическую модель.

Полученный набор реакций и численное моделирование дали новые подтверждения гипотезы, согласно которой абляция космической пыли и последующие химические реакции приводят к формированию биологически доступных форм фосфора. Эти молекулы включаются затем в состав частиц «метеорного дыма», которые осаждаются на поверхности Земли. Согласно авторам, такие частицы могли обеспечить весомый и постоянный приток фосфора к поверхности нашей планеты в период ее формирования, что впоследствии могло дать возможность зарождения живых организмов.

Кроме того, Плейн и его команда спрогнозировали, в каких именно областях земного шара могло происходить наиболее интенсивное концентрирование фосфора, доставленного с космической пылью. Авторы показали, что наиболее быстрое накопление фосфора происходило, в частности, в северной части Скалистых гор, в Гималаях и южных Андах. Они также предсказали, что в атмосфере нашей планеты, на высоте 90 километров над поверхностью, может находиться тонкий атмосферный слой особого химического соединения под названием OPO – представляющего собой фосфорсодержащую молекулу. Будущие исследования могут подтвердить существование этого гипотетического слоя, сказали авторы.

Работа опубликована в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics.