Геологи из Федеральной технологической школы Цюриха установили связь между химическими процессами на этапе формирования планетарного ядра и условиями, необходимыми для возникновения жизни. Исследование показало, что доступность фосфора и азота в мантии и коре планеты определяется уровнем кислорода в период ее ранней эволюции. Фосфор необходим для создания молекул ДНК и РНК, обеспечивающих передачу генетической информации, а азот является ключевым компонентом белков.
На начальных стадиях формирования, когда планета находится в расплавленном состоянии, происходит разделение материалов по их массе. Тяжелые металлы, прежде всего железо, опускаются к центру, образуя ядро, а более легкие вещества остаются выше, формируя мантию. Исследователи под руководством Крейга Уолтона выяснили, что если при формировании ядра уровень кислорода слишком низок, фосфор вступает в связь с железом и уходит вглубь планеты. При избытке кислорода фосфор сохраняется во внешних слоях, однако азот в таких условиях переходит в газообразную фазу и улетучивается в космическое пространство.
Ученые выделили узкий диапазон концентрации кислорода, названный ими «химической зоной обитаемости», в котором оба элемента сохраняются в доступных для жизни количествах. Земля, образовавшаяся около 4,6 миллиарда лет назад, оказалась именно в таких условиях. Для сравнения, Марс формировался при ином уровне окисленности, что привело к избытку фосфора в мантии при критическом дефиците азота, что делает его менее пригодным для развития жизни.
Полученные данные могут изменить стратегию поиска внеземной жизни. Традиционно астрономы ориентировались на наличие жидкой воды, однако новая модель показывает, что планета может быть биологически бесперспективной уже на этапе формирования недр. Учитывая, что химический состав планет напрямую зависит от состава их родительских звезд, исследователи предлагают сосредоточить поиски в системах, чьи светила по своим характеристикам максимально напоминают Солнце.