Когда-то давно Земля была совсем другой, в том числе по химическому составу. Но после катастрофы космических масштабов от нее ничего не осталось — по крайней мере, так считали до недавнего времени. Новые открытия проливают свет на историю планеты и загадку происхождения жизни. Однако не все ученые согласны с результатами исследований.
Миллиарды лет назад ранняя Солнечная система представляла собой вращающийся диск из газа и пыли. Из этого хаоса сформировались древнейшие метеориты. Слившись, они образовали прото-Землю и соседние с ней планеты.
Предполагается, что ранняя Земля представляла собой каменистый шар, покрытый океанами раскаленной лавы. Но около четырех с половиной миллиардов лет назад она столкнулась с другим небесным телом размером с Марс — эта гипотетическая планета известна как Тейя. Мегаимпакт привел к образованию Луны и полностью переплавил недра нашего мира, изменив его химический состав.
Считалось, что фрагменты изначальной Земли навсегда утрачены. Однако новое открытие это опровергает. Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) вместе с коллегами из других научных центров нашли следы материала "прото-Земли". Статья опубликована в журнале Nature Geosciences.
Ключом к открытию стал редкий химический "отпечаток" — крошечный, но значимый дисбаланс в количестве изотопов калия в очень древних горных породах из Гренландии, Канады и Гавайев. В них обнаружили необычный "дефицит" изотопа калий-40. Эта аномалия не похожа на состав большинства современных земных пород и метеоритов, что указывает на их иное, более древнее происхождение.
Исследователи полагают, что найденные породы — это уцелевшие фрагменты первичной Земли, которые каким-то чудом избежали полного перемешивания и переплавки во время гигантского столкновения. Компьютерное моделирование подтвердило: если изначально прото-Земля состояла из такого "дефицитного" по калию-40 материала, то последующие удары метеоритов и геологические процессы как раз и привели к возникновению состава, который мы видим сегодня повсеместно.
Химический состав этих древних пород не совпадает полностью ни с одним из известных типов метеоритов. Это означает, что "строительные блоки" Земли были уникальными, и ученым еще предстоит найти их полные аналоги в космосе.
"Возможно, это первое прямое доказательство того, что мы сохранили материалы доисторической Земли. Это поразительно", — говорит Николь Ни, доцент кафедры наук о Земле и планетах Массачусетского технологического института.
Российские ученые оценивают качество работы высоко. "Изначально было понятно, что какие-то остатки "исходной" Земли должны сохраниться в мантийных породах. Однако количественные оценки конкретной изотопной аномалии (К40), которые позволяют оценить вещество прото-Земли, получены впервые", — уточняет Сергей Воропаев, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории геохимии углерода ГЕОХИ РАН.
В другой недавней работе отмечается: не будь столкновения с другой планетой, жизнь никогда бы не зародилась. Ученые из Имперского колледжа Лондона предполагают, что Тейя сформировалась дальше от Солнца. Низкая температура привела к конденсации летучих веществ, таких как водород и углерод — а это важные элементы для создания органики. На горячей ранней Земле они испарялись. Таким образом, Тейя стала космическим "поставщиком ингредиентов, необходимых для зарождения жизни", поясняет автор исследования Паскаль Крутташ.
Чтобы доказать эту теорию, специалисты изучили изотопы марганца и хрома в земных породах и метеоритах. Радиоактивный распад этих элементов действует как точные часы, позволяя заглянуть в первые 15 миллионов лет истории Земли. Анализ показал, что летучие вещества на нашей планете имеют чужеродное происхождение и были доставлены массивным телом из внешней части Солнечной системы. Научная статья опубликована в журнале Science Advances.
Работа перекликается с другими исследованиями. Например, еще одно моделирование показало, что Тейя могла доставить на Землю огромное количество воды, которое до сих пор сохранилось в глубоких слоях мантии. Эта вода не успела подняться на поверхность и образовать океаны, оставаясь запечатанной в недрах планеты с момента ее формирования.
Хотя теория о столкновении Земли и Тейи господствует в науке, идею разделяют далеко не все ученые. Так, альтернативный взгляд предлагал бывший директор Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского (ГЕОХИ РАН) Эрик Галимов (1936-2020). И среди коллег у него есть последователи.
"Я считаю, что зародыши Земли и Луны образовались из общего разреженного сгущения и затем росли за счет выпадения на них тел, которые были гораздо меньше Марса", — говорит доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории термодинамики и математического моделирования природных процессов ГЕОХИ РАН Сергей Ипатов.
Комментируя исследование MIT, он отмечает, что объяснить обнаружение образцов пород с необычным изотопным составом калия можно и без теории мегаимпакта.
"В моих расчетах рост Земли сначала происходил за счет вещества, образовавшегося недалеко от современной орбиты Земли. Потом на растущий зародыш стали выпадать тела, пришедшие из различных районов Солнечной системы. То есть и без мегаимпакта Земля со временем росла за счет вещества, образовавшегося на разных расстояниях от Солнца. И элементы, вошедшие в начальный зародыш Земли, могли отличаться от тех, что появились позже", — объясняет ученый.
Кроме того, Ипатов не разделяет идею о том, что жизнь не могла зародиться без столкновения с другой планетой.
"При мегаимпакте вещество в значительной мере испарялось, что никак не способствовало зарождению жизни, — указывает он. — Воду и летучие вещества могли принести тела, приходившие из-за орбиты Марса".
Сергей Воропаев, в свою очередь, добавляет, что жизнь появилась, когда возникли подходящие для этого условия.
"Остыл магматический океан, сформировалась и достаточно остыла первичная кора, — рассказывает ученый. — Атмосфера пролилась гигантским дождем — сконденсировалась вода, появились океаны и моря. От прото-Земли в этом процессе мало что зависело, основные элементы — кирпичики будущей жизни — присутствовали в избытке в любых вариантах. Дело в комбинации природных процессов и явлений, которые были обеспечены расстоянием от Солнца, потоком энергии, цикличностью и другими уникальными особенностями планеты".
Таким образом, вопрос о судьбе ранней Земли, равно как и о появлении жизни на ней, по-прежнему остается открытым. А значит, у исследователей еще много работы.
Обсудить