Жизнь на Земле обязана своим появлением столкновению с другой планетой, более 4,4 миллиарда лет назад породившему Луну. Именно так на земной шар попала значительная часть запасов углерода, азота и некоторых других элементов, служащих "строительным материалом" для живых организмов.
Такие выводы опубликованы в журнале Science Advances научной группой из Университета Райса.
"Благодаря исследованию примитивных метеоритов учёные давно знают, что Земля и другие скалистые планеты во внутренней Солнечной системе [были изначально] бедны летучими веществами, – утверждает соавтор исследования Радждип Дасгупта (Rajdeep Dasgupta). – Но сроки и механизм доставки [дополнительных] летучих веществ [на Землю] горячо обсуждаются. Наш сценарий – первый, который может объяснить сроки и [механизм] доставки так, что это согласуется со всеми геохимическими данными".
Поясним, что летучими называются вещества с низкой температурой плавления и кипения. К ним относится, в частности, чистый азот и многие распространённые соединения углерода, например, углекислый газ.
Самым перспективным "поставщиком" этих материалов на древнюю Землю долго считались углеродистые хондриты. Это метеориты, представляющие собой "строительный мусор", оставшийся от образования Солнечной системы.
Однако с этой гипотезой есть трудность. В коре и мантии Земли на каждую часть углерода приходится 40 частей азота, а в углеродистых хондритах только 20. Если запасы этих элементов действительно сформированы метеоритами, непонятно, откуда мог взяться лишний азот или, наоборот, почему уменьшено количество углерода.
Авторы предположили, что источником углерода и азота послужили не хондриты, а ядро протопланеты Тейи. По мнению большинства исследователей, она некогда столкнулась и слилась с земным шаром. Часть вещества Земли и её "гостьи" так и осталась в космосе, и из него сформировалась Луна.
Почему ядро Тейи имело пониженное по сравнению с хондритами соотношение "углерод/азот"? Учёные полагают, что всё дело в высоком содержании серы, которая влияет на растворимость углерода.
Чтобы проверить свою версию, авторы провели эксперименты. Они имитировали химический состав ядра протопланеты с различным содержанием серы и изучили растворимость в этом веществе азота и кислорода при высоких давлениях и температурах.
Было проверено три варианта: отсутствие серы, содержание серы 10% и 25%.
Выяснилось, что растворимость азота практически одинакова во всех трёх случаях. А вот углерод оказался чувствительным к количеству серы: в третьем варианте состава он растворялся в десять раз хуже, чем в первом.
Итак, повышенное содержание серы может объяснить пониженное содержание углерода. Но согласуется ли это с остальными данными о химическом составе Земли и её гипотетическом столкновении с Тейей?
Чтобы проверить это, эксперты произвели расчёты на суперкомпьютере. Проверив около миллиарда различных начальных условий, они отыскали сценарий, который согласуется с такими важнейшими характеристиками, как изотопный состав Земли, общее количество углерода, азота и серы и отношение C/N в коре и мантии.
В этой симуляции предполагалось, что в Землю врезалась планета размером с Марс, что согласуется с астрономическими оценками диаметра Тейи.
"Это исследование показывает, что у скалистой планеты, подобной Земле, больше шансов приобрести жизненно важные элементы, если она образуется и растёт в результате гигантских столкновений с [другими] планетами", – говорит Дасгупта.
Если выводы учёных верны, то это не слишком хорошая новость для астрономов, занятых поиском внеземной жизни. Получается, что экзопланета может не получить нужных для развития биосферы веществ, если в её истории не было катастрофических столкновений.
Впрочем, в "семьях" других звёзд условия формирования и типичный химический состав планет могут отличаться от того, что мы видим в Солнечной системе, так что делать пессимистические выводы пока преждевременно.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как в ядро Земли влилось вещество нерождённых планет.
