Геология

Популярная гипотеза о доставке большого объема легких элементов на древнюю Землю с кометами и астероидами получила существенный удар: «импорт» был весьма невелик. Значит, вода и многие другие элементы для возникновения жизни никогда не исчезали с лица нашей планеты.

Вопрос о том, какие условия царили на Земле сразу после ее образования, крайне важен для понимания условий, в которых возникает жизнь. Поэтому ученые остро его обсуждают, но пока дискуссия далека от завершения. Одни считают, что планета какое-то время была покрыта сплошным океаном лавы, другие исключают такой сценарий. Часть исследователей полагают, что легкие элементы (водород, углерод, азот и сера) должны были в основном «выкипеть» в космос из лавы, другие — что они всегда оставались на нашей планете в достаточном количестве.

Те, кто полагают, что легкие элементы «выкипели» еще в бурной молодости Земли, давно предложили гипотезу так называемого Позднего покрытия (Late Veneer). Согласно ей нынешние легкие элементы вроде азота в атмосфере или воды в океанах — позднее явление, их на древнюю планету принесли кометы и астероиды (уже после «выкипания»). Однако проверить или опровергнуть такую гипотезу непросто: за 4,5 миллиарда лет почти все породы исходной поверхности планеты давно утонули в ее мантии.

Международная группа ученых опубликовала в журнале Nature Communications работу, в которой рассчитала соотношение изотопов азота для разных сценариев получения Землей легких элементов. Сперва исследователи взяли такое соотношение для целого ряда земных образцов, происходящих как из коры, так и из мантии. Затем попробовали вычислить, насколько сильно азот должен был быть связан материалами молодой планеты в период ее формирования.

Получилось, что как сценарий поздней доставки легких элементов на нашу планету, так и вариант «все легкие элементы всегда были на Земле» несовместимы с теми изотопными соотношениями, что наблюдаются здесь. К сожалению, количество образцов не столь велико, как хотелось бы (в особенности для глубоких слоев), поэтому результаты имеют довольно широкий диапазон значений: от 30 до 100% земного азота могло быть доставлено на Землю хондритными метеоритами уже после ее формирования.

Общая масса таких тел в любом случае была невелика — 0,04-0,2% от массы земной мантии. Более того, остальные легкие элементы на поверхности планеты вообще не могли произойти от падающих на нее небесных тел. Например, даже если 100% всего азота у нас «импортировано», то более 95% водорода все равно не могло быть принесено в земную мантию извне. Масса метеоритов, полученная в новых расчетах, просто слишком мала для этого. Выходит, не более 5-10% воды земных океанов могут содержать «внеземной» водород.

Сходная ситуация — с углеродом в земной мантии: лишь от 7 до 45% его количества может быть «импортным». Сера «внеземная» не более чем на 30%, то же самое относится к селену и теллуру.

Из этого следует, что поздняя бомбардировка нашей планеты другими телами хоть и существенно помогла азотному изобилию на ней, но определенно не отвечает ни за формирование океанов, ни за снабжение рядом других важных для жизни элементов.