Надра ранньої і гарячої Землі зберегли для нас воду - як таке можливо?
Вода не тільки нерозривно пов'язана з виникненням земного життя, але і забезпечила умови для її еволюції. Адже близько трьох мільярдів років життя існувало і розвивалося виключно в океанах, яких не було б, не будь на планеті більш-менш стабільного клімату. Крім того, навіть невеликі кількості води в надрах Землі розм'якшують гірські породи - необхідна умова для тектоніки плит, яка в свою чергу відповідальна за форму континентів і океанів, землетруси і вулканічну активність - все те, що визначило вигляд нашої Землі. Незважаючи на таку велику роль води в еволюції живого і неживого на Землі, досі не зовсім зрозуміло, звідки на Землі стільки води.
За однією гіпотезою, воду могли занести до нас комети, проте ізотопний склад земної та кометної води різний. Інша гіпотеза каже, що вода вивільнилася із земних надр. Але тоді виникає питання, як первісний океан зміг пережити бурхливі перші десятки мільйонів років в історії Землі, коли вона була розпечена, піддавалася масованому бомбардуванню астероїдами і навіть зіткнулася з стародавньою протопланетою. Всі ці катаклізми повинні були розплавити верхні кілька сот кілометрів земної кори і назавжди випарувати воду з поверхні планети.
Але якщо вода все-таки сховалася десь у глибині Землі, має існувати хімічна речовина, здатна довго утримувати молекули води при високій температурі і колосальному тиску мільйони років. І потім вивільнити її в більш спокійну епоху.
Як пишуть у журналі Physical Review Letters дослідники з Нанькайського університету Сяо Дуна разом з колегами зі Сколтеха, на роль такого з'єднання підходить гідросилікат магнію Mg₂SiO₅H₂. Він містить 11% води по масі і стабільний при тиску понад 2 млн атмосфер і вкрай високих температурах - якраз таких, як в ядрі Землі. Але тут виникає наступне логічне питання. У центрі Землі, як ми знаємо, знаходиться металева куля, що складається в основному з заліза, і ніяким гідросилікатом магнія там не пахне. То куди тоді податися воді?
Як розповідає один з авторів роботи, професор Артем Оганов, на початковому етапі існування Землі у неї могло не бути ніякого сформованого ядра. Хімічний склад молодої планети був однорідним від поверхні до самих глибин. Знадобилося близько 30 млн років, щоб залізо сконцентрувалося в центрі Землі, утворивши ядро і витіснивши звідти силікати в мантію. Якщо це вірно, то протягом перших 30 млн років, під час найбільш катастрофічної фази астероїдного бомбардування, частина земної води була надійно захована на глибині нинішнього ядра у вигляді гідросилікатів. А коли закінчився процес формування ядра, гідросилікати були витіснені з центральної області планети в зону більш низького тиску, де вони виявилися нестабільні і піддалися розпаду. Так утворилися оксид і силікат магнію - з них зараз складається мантія - і вода, поступовий підйом якої на поверхню зайняв ще близько 100 млн років.
Нова гіпотеза походження, а точніше збереження земної води дає новий погляд на долю води на інших планетах. Наприклад, Марс - він менше Землі, тому тиск всередині його ядра менше і гідросилікат магнію в ньому нестійкий. У води не було можливості «пересидіти» бомбардування в безпечному місці, тому на Марсі так мало води, а існуючу зараз воду, можливо, занесли якраз комети. А що на екзопланетах? Всередині масивних планет земного типу - так званих суперземлях - високий тиск, що стабілізує гідросилікат магнію, існує за межами ядра. Тому їх надра теоретично здатні утримувати ще більші обсяги води, ніж Земля. І, можливо, умови для еволюції життя на них не менш сприятливі, ніж на нашій планеті.
За матеріалами прес-служби Сколтеха.