Как появилась вода на Земле?

Землянам невероятно повезло, ведь мы живем на замечательной планете, которая на 70% покрыта водою. Нам посчастливилось оказаться в зоне обитаемости, где температурный показатель позволяет создавать комфортные климатические условия. Но почему нам так повезло и откуда взялась вся эта вода?

Вода – ключевой элемент для формирования и развития известной нам жизни. Поэтому нам важно понять, как она появилась на этой планете и может ли подобное повториться в других местах Вселенной. Но вот небольшая загвоздка: у ученых нет точного ответа, поэтому есть лишь гипотезы.

Древняя планета Земля

Модель протопланетного диска

Вся наша история началась с формирования протопланетного диска. Это гигантский пылевой и газовый диск, вращающийся вокруг молодого Солнца. При контакте пыли и ледяных частиц формируются большие комки, которые постепенно нарастают. В итоге, создаются планетезимали – строительные блоки для скалистых планет и газовых гигантов.

Однако в ранний период этот диск был намного горячее в том месте, где сейчас расположена Земля. То есть, в древнем диске присутствовали молекулы воды, но она была слишком горячей, чтобы конденсироваться в жидкость, что приводило к ее испарению.

Кроме того, ранняя Земля не располагала атмосферным слоем, что позволяло присутствующим молекулам воды на нашей планете свободно выбираться в космическое пространство. И вот здесь скрывается главная загадка: если Земля не могла сформироваться с уже готовыми океанами, то как они здесь появились?

Кометы и астероиды

Астероид Веста

Если вода не появилась на Земле изначально (на ее поверхности в обширных количествах), то благодарить стоит космических посланников (внешний фактор). Ученые указывают в сторону комет и астероидов.

Наверняка вы знаете, что в прошлом эти космические скалы и ледяные глыбы врезались в наш мир намного чаще. Модели астероидов и комет показывают, что они располагают достаточным количеством льда, чтобы создать все существующие земные океаны.

Итак, ответ найден? Не совсем. Это был астероид или комета (кто принес больше воды)? Речь идет об одном крупном событии удара или же череде небольших падений? Насколько давно это произошло?

Чтобы понять, кого стоит благодарить (комету или астероид), нужно проанализировать химических состав этих объектов и сравнить его с земным составом. Например, молекула воды всегда имеет 10 протонов и обычно 8 нейтронов. Но разные изотопы воды могут располагать дополнительными нейтронами.

Например, тяжелая вода (из кислорода и дейтерия) представляет собою изотоп водорода или водород с добавленным нейтроном.

В исследовании от 2014 года изучали относительное количество разных изотопов воды (молекулы воды с различным количеством нейтронов) на метеоритах, которые упали на Землю от древнего астероида Веста.

Важно понимать, что Веста стоит на втором месте по величине среди объектов в астероидном поясе и располагает сильно кратерной поверхностью, что намекает на бурное прошлое. Образцы пород Весты имели такое же распределение изотопов, что и на Земле. Это не значит, что Веста является главным источником нашей воды, однако подобный объект мог нести ответственность.

Комета 46P/Виртанена

Но споры продолжаются. Мы рассмотрели теорию с астероидами, но ведь удар мог прийти от крупной кометы. Например, несколько лет назад космический корабль Розетта первым облетел комету и спустил на ее поверхность посадочный аппарат. Это позволило узнать, что отношение тяжелой воды к обычной в кометах отличается от земной ситуации. Некоторые считают, что лишь 10% земной воды могло поступить от комет.

Но в 2018 году мимо нас пролетала комета 46P/Виртанена, что позволило изучить ее изотопный состав с помощью прибора SOFIA. Так вот у этой кометы соотношение дейтерия и водорода напоминало земное. Что же отличает эту комету от той, что изучала миссия Розетта?

Дело в том, что 46P/Виртанена относится к классу «гиперактиных» комет, которые выпускают больший объем воды при сближении с Солнцем, чем обычные кометы. Как они это делают? Когда обычная комета подлетает к звезде, то частицы льда из ядра превращаются в газ, который затем может стать жидкой водой, если окажется на поверхности планеты.

Но гиперактивная комета теряет не только лед из ядра, но и богатую на частицы атмосферу. Именно эти выброшенные ледяные частицы могут быть причиной того, что изотопные отношения в гиперактивных кометах напоминают земные.

Значит, падение этих комет в сумме с парочкой астероидов могли принести воду на Землю. А расположение в зоне обитаемости обеспечило тот факт, что вода сохранилась в жидком состоянии. Однако мы все еще не знаем, какие именно объекты рухнули, сколько их было и когда это случилось. На эти вопросы еще предстоит найти ответы.