Феномен Земли: Раскрыта тайна появления воды на планете

До сих пор было две версии: либо её принесли кометы, либо она вышла из земных недр. Но обе были малоубедительны. Теперь учёные, похоже, наконец разобрались, в чём тут дело.

Итак, изначально, примерно 4,5 миллиарда лет назад, будущая Солнечная система представляла собой рассеянный диск из вещества, которое вращалось вокруг только-только родившейся звезды. И в этом веществе постепенно образовались сгустки, частицы слеплялись друг с другом и в конце концов собрались в целые планеты. Кстати, не так давно учёные установили, что самые первые частицы слиплись не под действием взаимного притяжения, а под действием статического электричества, то есть от трения друг об друга, потому что они носились по мировому пространству с такими скоростями, что без этого просто друг от друга отскакивали бы. Соответственно, и Земля формировалась по тому же стандартному принципу: частицы собираются вместе и создают всё более массивный сгусток, который уже своей гравитацией притягивает к себе всё, что находится вокруг. И даже когда планета уже оформилась как планета примерно в своих нынешних габаритах, она ещё довольно долго продолжала тянуть к себе всё, что можно: и мелкие камни, и крупные астероиды, и кометы, то есть "грязные" ледяные глыбы. В общем, пока было в окрестностях чему падать на Землю, оно падало. И это известно как период метеоритной бомбардировки планеты. Он продолжался до тех пор, пока наконец не упало всё, что притягивалось. А именно сотни миллионов лет с момента образования планеты. Последний такой период массированной космической атаки датируют периодом от 4,1 до 3,8 миллиарда лет назад, то есть это, получается, то время, когда Земле было 400–700 миллионов лет.

Версии происхождения океанов

И вот перед нами две версии возникновения Мирового океана, в котором, к слову, 1 миллиард и 338 миллионов кубических километров воды. По одной из версий, это растопленный кометный лёд. Но планетологи уже достаточно хорошо изучили кометы и знают, что такой лёд заметно отличается: в нём огромное количество сложных молекул, характерных именно для вещества из межзвёздного пространства. То есть "не родных" для нашей планеты. Таких, которые на Земле сами собой не образовываются, а только приносятся из космоса. Исследования химического состава и самой воды в наших океанах, и земных твёрдых пород приводят к выводу, что как-то слишком мало в общей массе этого космического добра. Отсюда мы переходим к другой версии: наши океаны нам "родные", они возникли в недрах Земли, поднялись из них на поверхность и сделали нашу планету жемчужиной не только Солнечной системы, но и, судя по всему, всей галактики Млечный Путь. Во всяком случае, среди тысяч уже найденных экзопланет пока что не обнаруживается ничего столь же удивительного. И всё же есть большая проблема.

Что не так с появлением воды на Земле

На самом деле эта проблема касается обеих версий: пусть океаны образовались внутри Земли, пусть их принесли кометы, но почему же они не испарились моментально на раскалённой планете, в которой всё расплавлено и на поверхности, и на сотни километров вглубь? Кора едва затвердела где-то 4,1 миллиарда лет назад, то есть примерно во времена последней тяжёлой бомбардировки. Но сама Земля всё равно была горячее, чем сейчас. И притом ещё существует гипотеза гигантского столкновения с планетой размером с Марс (её называют Тейей), которое могло произойти 4,5 миллиарда лет назад, практически сразу после формирования Земли. Одного этого должно было быть вполне достаточно, чтобы вся вода превратилась в пар и улетела в космическое пространство.

Но, оказывается, здесь есть важное уточнение. Если бы вода была в ранней Земле, так сказать, сама по себе (Н2О), то да, спору нет, она бы наверняка не удержалась в таком адском котле. Но при температуре в тысячи градусов и одновременно давлении в 2 миллиона атмосфер (а именно так оно и было) молекулы воды не улетучивались, а как бы, наоборот, встраивались в молекулы твёрдых веществ и образовывали сложные соединения под названием гидросиликаты.

Вот, допустим, один из примеров такого соединения. Это частичка рассыпчатого и жирного на ощупь порошка, который "в миру" называется тальк. А "по паспорту" это разновидность гидросиликата магния. В его молекуле имеются: 3 атома магния, 4 атома кремния, 10 отдельных атомов кислорода и ещё две пары кислород-водород.

Но ситуация такова, что этот тальк и вообще имеющиеся в наличии на Земле гидросиликаты в условиях преисподней находиться не могли бы. Вот такая незадача. Должны были быть гидросиликаты, но они быть не могли.

Компьютер, откуда на Земле океаны?

Так вот, возможно, этот ребус наконец разгадан. Об этом сообщил российский учёный, профессор Сколтеха и МИСиС Артём Оганов. Он разработал систему компьютерного моделирования под названием USPEX, Universal Structure Predictor ("Универсальный предсказатель структуры"). По сути, это такая программа, которой ты задаёшь условия — и она тебе вычисляет, какие вещества могут в данных условиях существовать. И Артём Оганов задал ей условия недр молодой Земли: давление — 2 миллиона атмосфер, температура — свыше 2 тысяч градусов Цельсия. Программа выдала вот такую формулу гидросиликата магния: Mg2SiO5H2. То есть два атома магния, один — кремния, пять — кислорода, два — водорода. Сейчас такого вещества на планете нет по той простой причине, что условия уже не те. Дело в том, что оно, в принципе, может находиться только в аду, то есть при 2 миллионах атмосфер и 2 тысячах градусов как минимум, а чуть становится полегче — молекула немедленно распадается. И Артём Оганов предполагает, что, собственно, так оно и произошло в начале истории Земли. Когда планета только-только появилась, у неё ещё не было ядра, она была довольно однородной по структуре. И в этой однообразной "магме" молекулы всех этих кремнезёмов и прочего как бы вбирали в себя молекулы воды и образовывали выше названный гидросиликат. А потом железо как нечто более тяжёлое сходится к центру, образует ядро, а всё более лёгкое вместе с гидросиликатом вытесняет поближе к поверхности. А там давление уже поменьше. Стало быть, замысловатый конструктор из атомов разрушается. И разрушаться от должен по всем законам химии на следующее: силикат магния (MgSiO3), оксид магния (MgO) и... вода! А теперь смотрим состав мантии Земли и видим, что оксид магния составляет добрых 37% её содержимого, а ещё 45% — это кремнезём, а именно SiO2, который при взаимодействии с вышеназванным MgO образует тоже вышеназванный MgSiO3. Похоже, всё сходится.