От къде и как е дошла водата на Земята установи ново изследване

Водата на нашата планета е присъствала още от образуването на Земята, показва анализ на водни молекули в проби от скали, извадени дълбоко от земната мантия.

Земята е единствената планета в Слънчевата система, чиято повърхност щедро е покрита с вода в течно състояние, но произходът й дълго време беше загадка. Учените отдавна се колебаеха дали водата е присъствала при образуването на планетата или е донесена по-късно, може би, от комети и метеорити.

Изследователи от университета на Хавай в Маноа са установили, че най-древните базалти на Земята, намерени в Арктика, на канадските острови Бафинова земя през 1985, съдържат доказателства, че водата е част от нашата планета от самото начало. Изследването е публикувано на 13 ноември в списание Science, съобщава сайтът на Университета на Хавай.

"Ние открихме, че молекулите вода в проби от тези скали съдържат в себе си малко атоми деутерий (по-тежък изотоп на водорода). Това говори, че тя е попаднала на Земята, не след като се е оформила и охладила, а заедно с праха, от който е била слепена нашата планета. Голяма част от водата в този прах се е изпарила, но това, което е останало е било достатъчно, за да се образуват океаните на Земята," - разказва Лидия Халис (Lydia Hallis), ръководител на екипа.

Как се търси първата вода

Земята е образувана преди около 4,6 милиарда година от частиците прах, останали от протооблака на Слънчевата система, останал неизползван след образуването на самото Слънце. (вижте Произходът на Слънчевата система). Екипът на Халис е изследвал древни минерали, скрити дълбоко в земната мантия - 2 900 км под повърхността на Земята, които може да съдържат най-старите водни молекули на планетата.

Изригване в областта Holuhraun, Исландия. То извежда лава, идваща директно от мантията на Земята.
Източник: Magnús Tumi Guðmundsson

"Имахме нужда от недокоснат източник от мантията от времето на образуването на Земята," -  обяснява Лидия Халис в интервю за Live Science. Земната повърхност се е променила драстично през изминалите милиарди години, но лавата дълбоко в мантията е останала непроменена във времето, докато планетата ни се е оформяла.

Илюстрация на протопланетарния диск, заключил в праховите си частици първичната водата в нашата Слънчева система по времето от раждането на Слънцето. От тези частици ще се слепят бъдещите планети. Източник: Bill Saxton, NSF / AUI / NRAO

Халис обяснява, че пробите лава трябвало да са от дълбоката мантия, защото лавата, която е разположена по-близо до земната кора може да изригва и да се смесва с повърхностната материя. Докато търсят следи от първичната вода, изследователите трябва да са сигурни, че минералите, които ще се анализират датират от най-ранните дни на Земята и са без замърсяване от по-млади скали.

Изображение от сканиращ електронен микроскоп на скалната проба от Бафинова земя. Минералът оливин сe вижда в сив цвят като множество напукани зърна (A). В него са затворени стъклени стопени включения (В), които съдържат малки количества вода с произход от дълбоката мантията на Земята. Източник: Lydia J. Hallis.

Намирането на проби в такова девственото състояние е най-меко казано, предизвикателство. "Водородът е навсякъде по Земята!" - коментира Халис . "Трудно е да се каже дали това, което се измерва не е водород от замърсяване. Отне ни години, за да стигнем до момента, в който вече знаехме, че измерваме нещо реално, а не вода от повърхността," - разказа тя.

"Можем да се каже, че изследваната вода от най-дълбоката мантия е много малко вероятно да е били добавена отвън, тъй като попаденията на комети и астероиди не биха били достатъчно големи или достатъчно мощни, за да повлияят на дълбоката мантия на хиляди километри под повърхността, а по-рано докладвани геохимични данни показват, че изходните участъци за нашите скали не са били нарушени в продължение на около 4,5 милиарда години." - заяви Холис.

По съотношенията ще я познаете

Но как ще разберем от къде е дошла водата, заключена в тези непокътнати проби базалт (скалата, която се образува при изстиване на лавата)? 

Водата, както всеки знае, е съставена от кислород и водород, а водородните атоми се срещат в три форми, наречени изотопи: нормален водород, деутерий и тритий. Водата, която се формира от деутерий и кислород, се нарича тежка вода. Изотопите са идентични, с изключение на една ключова разлика - броят на неутроните в ядрото. Например обикновения водород няма неутрони, водородният изотоп - деутерий - има един неутрон, а тритият - два.

След като изучили състава на различните тела в Слънчевата система, учените открили, че те имат много различно съотношение между нормална вода и тежка вода. Кометите са демонстрирали значително по-високо съдържание на тежка спрямо обикновената вода.

Като се сравни броя на неутроните в един атом спрямо тези в друг в молекулите на водата се получава съотношение, което е уникално за всяка планета и дори за астероидите и кометите в Слънчевата система. Обикновено, планетите близо до Слънцето имат повече обикновен водород във водните си молекули, докато планетите, по-далеч от Слънцето имат повече от изотопа деутерий, обяснява Халис.

По-ранни изследвания на вода от земната повърхност бяха показали съотношения с повече деутерий, което подхрани теориите за "космическия" произход - че земната вода е дошла от богати на вода астероиди или комети. 

"Ние не можем да изключим добавянето на вода към повърхността на Земята, след образуването й (т.е. чрез комети и астероиди), но нашите данни показват, че Земята е имала вода от самото начало на нейното формиране, така че голямо количество вода (от космоса) по-късно не е задължително необходимо за образуването на нашите океани." - обяснява Халис за IFLScience.

Илюстрация на водата в нашата Слънчева система по времето от преди раждането на Слънцето до създаването на планетите. Източник: Bill Saxton, NSF / AUI / NRAO

"Това променя всичко"

Новото изследване преобърна представите за произхода на водата. То демонстрира, че водата в праховите зърна, скрити дълбоко в нашата планета, в продължение на милиарди години, има повече обикновен водород, а не деутерий. Това означава, че именно от този наситен с вода прах, вграден в скалите, в крайна сметка се е събрала водата в океаните на Земята, заявиха изследователите.

"Това променя всичко", коментира Стив Деш (Steve Desch), астрофизик и професор от Университета на Аризона. "Това е голям резултат. Това поставя началото на нов етап в нашето разбиране за това от къде подобни на Земята планети черпят вода", заяви Деш.

Още по темата

29/09/2015

Космос

Кометата Чюрумов-Герасименко е резултат от сблъсък на две ядра на протокомети

31/12/2014

Животът

Нови постижения и насоки в абиогенезиса

12/11/2014

Земята

Как се е образувала Земята и нейният спътник - Луната

17/11/2014

Космос

Произходът на Слънчевата система