Новое исследование доказывает, что в молодых солнечных системах может быть много воды. Доказательством является содержание тяжелой воды на Земле, и оно показывает, что возраст воды на нашей планете составляет 4,5 миллиарда лет. Научная статья вышла в GeoScienceWorld Elements, о ней рассказывает Universe today.
Формирование солнечной системы начинается с гигантского молекулярного облака. Облако в основном состоит из водорода, основного компонента воды. Далее, по мере уменьшения, следуют гелий, кислород и углерод. Облако также содержит крошечные зерна силикатной и углеродистой пыли.
В холодном молекулярном облаке, когда кислород сталкивается с пылинкой, он замерзает и прилипает к поверхности. Но вода не вода до тех пор, пока водород и кислород не соединятся, и более легкие молекулы водорода в облаке скачут по замерзшим пылинкам, пока не столкнутся с кислородом. Когда это происходит, они реагируют и образуют водяной лед — два типа воды: обычную воду и тяжелую воду, содержащую дейтерий. Дейтерий — это изотоп водорода, называемый тяжелым водородом.
Гравитация начинает действовать в облаке по мере того, как материя сгущается в центре. Больше массы попадает в центр молекулярного облака и начинает формировать протозвезду. Часть гравитации преобразуется в тепло, и в пределах нескольких астрономических единиц от центра облака температура газа и пыли в диске достигает 100 Кельвинов.
100 К — это очень холодно по земным меркам, всего -173 градуса по Цельсию. Но с химической точки зрения этого достаточно, чтобы вызвать сублимацию, и лед превращается водяной пар. Сублимация происходит в теплой оболочке, окружающей центр облака. Она также содержат сложные органические молекулы, но вода становится там самой распространенной молекулой.
Далее звезда начинает вращаться, а окружающие ее газ и пыль образуют сплющенный вращающийся диск, называемый протопланетным диском. Все, что в конечном итоге станет планетами Солнечной системы и другими объектами, находится внутри этого диска.
Молодая протозвезда все еще набирает массу. Она выделяет некоторое количество тепла от толчков на своей поверхности. Таким образом, области, наиболее удаленные от молодой протозвезды, самые холодные. По мнению авторов, то, что произойдет дальше, имеет решающее значение. Водяной лед, образовавшийся на первом этапе, превращается в газ на втором этапе, но снова конденсируется в самых холодных частях протопланетного диска. Та же популяция пылинок снова покрыта ледяной мантией.
Затем Солнечная система начинает обретать форму и становится похожей на современную. Планеты, астероиды и кометы, начинают формироваться и занимать свои орбиты. И из чего они образуются? Это крошечные пылинки и их дважды замороженные молекулы воды.
Земная вода содержит важную подсказку: соотношение тяжелой и обычной воды. Когда на первом этапе образуется водяной лед, температура очень низкая. Это вызывает необычное явление, называемое супердейтерированием, которое вводит в водяной лед больше дейтерия, чем при других температурах. На Земле очень много «тяжелой» воды с дейтерием. Это говорит о том, что примерно половина всей земной воды образовалась не в результате бомбардировки планеты кометами, как считалось ранее, а когда только формировалось Солнце и планеты.
Метеорит возрастом 4,6 млрд лет может раскрыть секрет происхождения воды на Земле