Анализ древней космической пыли может раскрыть тайну происхождения воды на Земле. В недавней статье, опубликованной в журнале Астрономия природы, группа исследователей из Великобритании, Австралии и Америки описывает, как новый анализ древнего астероида предполагает, что частицы внеземной пыли несли воду на Землю по мере формирования планеты.
Вода в зернах образовалась в результате космического выветривания — процесса, при котором заряженные солнечные частицы, известные как солнечный ветер, изменили химический состав зерен, в результате чего образовались молекулы воды.
Открытие может ответить на давний вопрос о том, откуда на необычайно богатой водой Земле находятся океаны, которые покрывают 70 процентов ее поверхности - намного больше, чем у любой другой каменистой планеты в нашей Солнечной системе. Это также может помочь будущим космическим миссиям найти источники воды в безвоздушных мирах.
Ученые-планетологи десятилетиями ломали голову над источником земных океанов. Одна из теорий предполагает, что один тип водоносных космических пород, известный как астероиды С-типа, мог принести воду на планету на последних стадиях ее формирования 4.6 миллиарда лет назад.
Чтобы проверить эту теорию, ученые ранее проанализировали изотопные «отпечатки пальцев» кусков астероидов C-типа, которые упали на Землю в виде богатых водой углеродистых хондритовых метеоритов. Если бы соотношение водорода и дейтерия в метеоритной воде соответствовало таковому в земной воде, ученые могли бы сделать вывод, что вероятным источником были метеориты C-типа.
Результаты были не такими однозначными. Хотя дейтериево-водородные отпечатки некоторых богатых водой метеоритов действительно соответствовали земной воде, многие - нет. В среднем жидкие отпечатки пальцев этих метеоритов не совпадали с водой, обнаруженной в мантии Земли и океанах. Вместо этого у Земли есть другой, чуть более светлый изотопный отпечаток.
Другими словами, хотя часть воды на Земле должна была поступать из метеоритов C-типа, формирующаяся Земля должна была получать воду по крайней мере от еще одного источника изотопного света, который возник где-то еще в Солнечной системе.
Ассоциация Университет Глазговозглавляемая им группа использовала передовой аналитический процесс под названием атом зондовая томография для тщательного изучения образцов космического камня другого типа, известного как астероид S-типа, который вращается ближе к Солнцу, чем C-типа. Образцы, которые они проанализировали, поступили с астероида под названием Итокава, которые были собраны японским космическим зондом Хаябуса и возвращены на Землю в 2010 году.
Атомно-зондовая томография позволила команде измерить атомную структуру зерен по одному атому за раз и обнаружить отдельные молекулы воды. Их результаты показывают, что значительное количество воды образовалось прямо под поверхностью пылинок из Итокавы в результате космического выветривания.
Ранняя Солнечная система была очень пыльным местом, что давало много возможностей для образования воды под поверхностью космических частиц пыли. Исследователи предполагают, что эта богатая водой пыль падала дождем на раннюю Землю вместе с астероидами С-типа в ходе доставки земных океанов.
Доктор Люк Дейли из Школы географических наук и наук о Земле Университета Глазго является ведущим автором статьи. Д-р Дейли сказал: «Солнечные ветры — это потоки, в основном состоящие из ионов водорода и гелия, которые постоянно текут от Солнца в космос. Когда эти ионы водорода сталкиваются с безвоздушной поверхностью, такой как астероид или космическая частица пыли, они проникают на несколько десятков нанометров ниже поверхности, где они могут влиять на химический состав породы. Со временем эффект «космического выветривания» ионов водорода может выбросить достаточное количество атомов кислорода из материалов в породе, чтобы создать H2O — воду, заключенную в минералах на астероиде.
«Важно отметить, что вода, полученная из солнечного ветра в ранней солнечной системе, изотопно легкая. Это убедительно свидетельствует о том, что мелкозернистая пыль, сотрясаемая солнечным ветром и втягиваемая в формирующуюся Землю миллиарды лет назад, могла быть источником недостающего резервуара с водой на планете ».
Профессор Фил Бланд, почетный профессор Джона Кертина в Школе наук о Земле и планетах Университета Кертина и соавтор статьи, сказал: «Атомная зондовая томография позволяет нам невероятно детально заглянуть внутрь первых 50 нанометров или около того поверхности. пылинок на Итокава, который вращается вокруг Солнца с 18-месячным циклом. Это позволило нам увидеть, что этот выветрившийся в космосе фрагмент обода содержит достаточное количество воды, которое, если мы умножим его, составит около 20 литров на каждый кубический метр породы».
Соавтор профессор Мишель Томпсон из Департамента наук о Земле, атмосфере и планетах Университета Пердью добавила: «Это такие измерения, которые были бы невозможны без этой замечательной технологии. Это дает нам необычайное понимание того, как крошечные частицы пыли, плавающие в космосе, могут помочь нам сбалансировать книги по изотопному составу воды Земли, и дать нам новые ключи к разгадке тайны ее происхождения ».
Исследователи очень позаботились о том, чтобы результаты их тестирования были точными, проводя дополнительные эксперименты с другими источниками, чтобы проверить свои результаты.
Доктор Дейли добавил: «Система атомной зондовой томографии в Кертинском университете — это система мирового класса, но она никогда не использовалась для анализа водорода, который мы здесь проводили. Мы хотели быть уверены, что результаты, которые мы видели, были точными. Я представил наши предварительные результаты на конференции по науке о Луне и планетах в 2018 году и спросил, не поможет ли кто-нибудь из присутствующих коллег подтвердить наши выводы с помощью их собственных образцов. К нашей радости, коллеги из Тайна происхождения воды на Земле: солнце - неожиданный вероятный источник.
Ссылка: «Вклад солнечного ветра в океаны Земли» Люка Дейли, Мартина Р. Ли, Лидии Дж. Халлис, Хоуп А. Исии, Джона П. Брэдли, Филиппа. А. Бланд, Дэвид В. Сакси, Денис Фужеруз, Уильям Д.А. Рикард, Люси В. Форман, Николас Э. Тиммс, Фред Журдан, Стивен М. Редди, Тобиас Сальдж, Закария Кадир, Эвангелос Кристоу, Морган А. Кокс, Джеффри А. , Агияр, Халид Хаттар, Энтони Монтерроса, Линдси П. Келлер, Рой Кристофферсен, Кэтрин А. Дьюкс, Марк Дж. Леффлер и Мишель С. Томпсон, 29 ноября 2021 г., Астрономия природы.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01487-w
Исследователи из Университета Глазго, Кертинского университета, Сиднейского университета, Исследование было поддержано финансированием Совета по финансированию науки и технологий, входящего в UKRI; Шотландский альянс геолого-геофизических исследований; Окружающая среда и общество (SAGES); Посевной грант Объединенных Арабских Эмиратов (ОАЭ); Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА); Благотворительный фонд науки и промышленности (Science & Industry Endowment Fund); Премия Австралийского исследовательского совета за открытия в области ранней карьеры исследователя (ARC DECRA) DE190101307; Программа Австралийского исследовательского совета LIEF (ARC LE130100053); Министерство энергетики | ЛДРД | Национальная лаборатория Айдахо (Idaho National Lab) DOE | Национальное управление ядерной безопасности (NNSA)
