Геофизики выяснили, как возник мировой океан Земли

NASA

Откуда появился глобальный океан Земли? Команда геологов из Университета штата Аризона во главе с Питером Басеком нашла ответ в неожиданном месте и обнаружила, что наша планета содержит значительно больше водорода, чем думали раньше.

Но где его источник? В основном в ядре нашей планеты, но об этом чуть позже. Самый главный вопрос заключается в том, откуда он там взялся.

«Вода состоит из водорода и кислорода, которого в космосе содержится в изобилии, потому любой источник водорода мог бы послужить источником воды на Земле», — объясняет астрофизик Стивен Деш.

Ключевым моментом является процесс, объединяющий физику и геохимию, который, как выяснили ученые, воздействовал на концентрацию водорода в ядре при одновременном повышении относительного количества дейтерия в мантии Земли.

Процесс начался довольно рано, когда планеты Солнечной системы начали формироваться и расти через слияние более мелких частей из протопланетного диска. На ранней стадии формирования нашей звездной системы эти объекты росли довольно быстро, поглощая материю солнечной туманности.

Внутри зарождающихся планет распадающиеся радиоактивные элементы расплавляли железо, которое соединялось с водородом и погружалось в ядро. От постоянных столкновений на поздней стадии формирования поверхность Земли разогревалась, создавая океан магмы. Расплавленное железо в магме забирало водород из развивающейся примитивной атмосферы и переносило его вместе с водородом из других источников в мантию планеты. В конечном итоге водород сконцентрировался в ядре.

Протопланетный диск

Между расплавленным железом и водородом шел еще один важный процесс. Атомы дейтерия (D) “не любят” железо, как и водород (H), из-за чего происходит небольшое обогащение H в расплавленном железе и остается относительно больше D в магме. Таким образом, в ядре постепенно образовывалось более низкое отношение D/H, чем в мантии.

На втором этапе, после тяжелой бомбардировки, снова образовался океан магмы, а железо и водород, возможно, подверглись аналогичным процессам.

«Помимо водорода, который получила планета, мы считаем, что она также получила некоторые углеродные и азотные соединения, и благородные газы из ранней звездной туманности», — рассказали ученые.

«Мы подсчитали, сколько водорода, растворенного в оболочках всех зарождающихся планет, могло оказаться в их ядрах», — говорит Деш. «Затем мы сравнили результаты с полученными подсчетами соотношения D/H в образцах из глубокой мантии Земли». Это позволило команде понять, сколько водорода находится в ядре, а сколько в мантии планеты.

«Поэтому, Земля, скорее всего, сформировалась с водородом, в семь-восемь раз превышающим необходимое количество для образования мирового океана. Большая часть этого водорода действительно была доставлена на Землю кометами, но около трети было получено Землей из солнечной туманности».

Сегодня в мантии нашей планеты содержится количество водорода вдвое превышающим водород в мировом океане, в ядре — в четыре-пять раз, и лишь одна часть находится непосредственно на поверхности, заключили ученые.

Результаты исследования были опубликованы в Journal of Geophysical Research.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: