Миллиарды лет назад в гигантском диске из пыли, газа и каменистого материала, который вращался вокруг нашего молодого солнца, сливались все более и более крупные тела, что в конечном итоге дали начало планетам, лунам и астероидам, которые мы видим сегодня.

Ученые до сих пор пытаются понять процессы, посредством которых формировались планеты, в том числе и наша родная планета. Один из способов, с помощью которого исследователи могут изучить, как сформировалась Земля, состоит в том, чтобы исследовать магму, вытекающую из глубины недр планеты. Химические признаки этих образцов содержат записи о времени и природе материалов, которые объединились, чтобы сформировать Землю — аналогично тому, как окаменелости дают нам подсказки о биологическом прошлом Земли.

Теперь исследование Калифорнийского технологического института показывает, что ранняя Земля образовалась из горячих и сухих материалов, что указывает на то, что вода на нашей планете — важнейший компонент эволюции жизни — должна была появиться на поздней стадии формирования Земли.

Исследование с участием международной группы исследователей проводилось в лабораториях Франсуа Тиссо, доцента кафедры геохимии и исследователя Института медицинских исследований наследия; и Иганг Чжан из Университета Китайской академии наук. В журнале Science Advances появилась статья под названием «I/Pu показывает, что Земля в основном образовалась из дифференцированных планетезималей с низким содержанием летучих веществ». Аспирант Калифорнийского технологического института Вейи Лю является первым автором статьи.

Хотя у людей нет возможности проникнуть внутрь нашей планеты, горные породы глубоко внутри земли могут естественным образом пробиться на поверхность в виде лавы. Исходная магма этих лав может происходить из разных глубин Земли, например, из верхней мантии, которая начинается примерно на 15 км под поверхностью и простирается примерно на 680 км; или нижняя мантия, которая простирается от глубины 680 километров до границы ядра и мантии примерно на 2900 километров ниже наших ног.

Подобно выбору разных слоев торта — глазури, начинки, бисквита — ученые могут изучать магму, происходящую из разных глубин, чтобы понять разные «ароматы» слоев Земли: химические вещества, обнаруженные внутри, и их соотношения друг с другом.

Поскольку формирование Земли не было мгновенным, а вместо этого включало аккрецию материалов с течением времени, образцы из нижней и верхней мантии дают разные подсказки к тому, что происходило с течением времени во время аккреции Земли.

В новом исследовании команда обнаружила, что ранняя Земля в основном состояла из сухих каменистых материалов: химические сигнатуры из глубины планеты показали отсутствие так называемых летучих веществ, которые легко испаряются, такие как вода и йод. Напротив, образцы верхней мантии показали более высокую долю летучих веществ, в три раза больше, чем в нижней мантии.

Основываясь на этих химических соотношениях, Лю создал модель, которая показала, что Земля сформировалась из горячих, сухих, каменистых материалов, и что основное добавление летучих веществ, необходимых для жизни, включая воду, произошло только в течение последних 15% (или меньше) формирования Земли. .

Исследование является важным вкладом в теорию формирования планет, область, которая претерпела несколько сдвигов парадигмы за последние десятилетия и до сих пор характеризуется бурными научными дебатами. В этом контексте новое исследование делает важные предсказания о природе строительных блоков других планет земной группы — Меркурия и Венеры, — которые, как ожидается, должны были сформироваться из таких же сухих материалов.

«Космические исследования внешних планет действительно важны, потому что водный мир, вероятно, является лучшим местом для поиска внеземной жизни», — говорит Тиссо. «Но не следует забывать о внутренней части Солнечной системы. Уже почти 40 лет не было миссии, которая касалась поверхности Венеры, и никогда не было миссии на поверхность Меркурия. Нам нужно иметь возможность изучать эти миры. чтобы лучше понять, как сформировались планеты земной группы, такие как Земля».

Помимо Лю и Тиссо, соавторами являются Чжан из Университета Китайской академии наук; Гийом Авис из Университета Париж-Сите, Парижского института физики земного шара; Жилин Е из Китайской академии наук; и Цин-Чжу Инь из Калифорнийского университета в Дэвисе.