Установлен источник воды на Земле и Луне

Согласно последним исследованиям, вода была занесена на нашу планету небольшими метеоритами, которые называются углистые хондриты, а вовсе не кометами, как предполагалось ранее. Это произошло примерно в первые 100 миллионов лет после формирования Солнечной системы.

Подтверждение вышеуказанной гипотезе нашли учёные из университета Кейс Вестерн Резерв (Case Western Reserve University), Брауновского университета (Brown University) и Института Карнеги (Carnegie Institution). Для этого они проанализировали лунный грунт, который доставили на Землю члены экипажа "Аполлона-15" и "Аполлона-17" в 1971 и 1972 годах соответственно.

Необходимо было вычислить соотношение изотопа водорода — дейтерия, отличающегося от обычного водорода имеющего дополнительным нейтрон в ядре, — к обычному водороду в составе лунного грунта и земной воды, и сравнить пропорции. И те, и другие цифры сильно отличались от показателей соотношения дейтерия и водорода на кометах, что опровергает теорию занесения воды этими небесными телами.

Считается, что Луна образовалась вследствие столкновения Земли с другим крупным небесным телом около 4,5 миллиарда лет назад. Учёные предполагали, что подобный толчок вызвал бы полное испарение воды и других летучих компонентов, и Луна осталась бы полностью сухой. Однако последние исследования показали, что на Луне довольно много воды, как на её поверхности, так и под ней.

"Самое просто объяснение нашему открытию таково: на молодой Земле уже была вода к тому моменту, когда наша планета столкнулась с другим небесным телом. Часть воды пережила столкновение и не испарилась, поэтому мы можем наблюдать её сегодня в составе лунного грунта", — рассказывает ведущий автор исследования геохимик из Брауновского университета Альберто Сол (Alberto Saal). Его коллега из университета Кейс Вестерн Резерв, исследователь Земли, окружающей среды и других планет Джеймс Ван Орман (James Van Orman) добавляет: "Также существует вероятность, что и на Землю, и на Луну вода была занесена родственными углистыми хондритами сразу после того, как наш спутник стал отдельным небесным телом".

Чтобы уточнить происхождение воды, учёные рассмотрели вулканическое стекло. Содержащиеся в нём кристаллы минерала оливина препятствуют испарению воды во время извержения вулкана, что является прекрасной моделью лунной подповерхностной среды.

Ранее в 2011 году Эрик Хори (Erik Hauri) и его команда из Института Карнеги доказали, что содержание воды во вкраплениях таких кристаллов настолько же высоко, насколько в лаве, которая формирует океанское дно Земли. А совсем недавно Сол и его коллеги определили изотопный состав водорода, заключённого в этих кристаллах.

Для этого они использовали микрозонд для анализа изотопов Cameca NanoSIMS 50L. В зависимости от того, в какой части Солнечной системы образовалась вода, в ней содержится разное количество атомов дейтерия: чем ближе к Солнцу она появилась, тем дейтерия в её молекулах будет меньше.

Исследователи заметили, что дейтериево-водородная пропорция во вкраплениях была довольно низкой и приблизительно равнялась той, что была обнаружена в составе углистых хондритов, изначально образовавшихся в астероидном поясе неподалёку от Юпитера. Поскольку эти метеориты считаются самыми древними небесными телами Солнечной системы, учёные предположили, что именно они являются источником воды на Земле и Луне.

Кометы также являются носителями воды и других летучих веществ, однако они прилетели из намного более отдалённого уголка Вселенной — облака Оорта, которое находится в тысячу раз дальше от нашей планеты, чем Нептун. Из-за того, что они образовались так далеко от Солнца, логично предположить, что дейтериево-водородная пропорция в их составе будет довольно высокой, намного выше, чем в составе лунного грунта.

"Проводить вычисления было очень непросто. Однако теперь у нас есть доказательства того, что именно углистые хондриты являются источником воды на Земле и Луне, а возможно, и на всех планетах и спутниках Солнечной системы", — сообщает Хори в пресс-релизе университета Кейс Вестерн Резерв.

Чтобы вычислить дейтериево-водородную пропорцию воды в грунте, находящемся глубоко под поверхностью Луны, Ван Орман и Сол смоделировали в лабораторных условиях низкую концентрацию газа, которая наблюдается в естественных для такой среды условиях. Также исследователи учли влияние космических лучей (высокоэнергетического потока заряженных частиц) на состав воды, ведь подобные взаимодействия провоцируют усиленное образование дейтерия, что нарушает изначальную пропорцию. И всё же, изменения, вызванные этими факторами, оказались незначительными, и дейтериево-водородная пропорция воды в лунном грунте оказалась по-прежнему близка к той, что наблюдалась на хондритах.

Исследователи отмечают, что 98% воды, что мы имеем сегодня на Земле также имеет хондритное происхождение. Лучшее тому объяснение — это тот факт, что на Земле уже была вода к моменту столкновения, а потом уже она перенеслась на Луну. Но тогда по-прежнему остаётся открытым вопрос: если вода на нашей планете и её спутнике имеет одно и то же происхождение, как она смогла пережить такое сильное столкновение и не испариться?

"Наше исследование подразумевает, что даже легкоиспаряемые элементы могут сохраниться после сильного удара. Если это действительно так, стоит вернуться к началу и получше разобраться в природе столкновений небесных тел и подробнее изучить летучие вещества на поверхности Луны", — говорит Ван Орман.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.