Неон в мантии Земли рассказал о том, как формировалась планета
Согласно исследованию, опубликованному 5 декабря в журнале Nature, Земля сформировалась относительно быстро из облака пыли и газа на орбите Солнца, а воду и газ получила из мантии планеты. Помимо изучения происхождения Земли, данная работа может помочь ученым для изучения потенциально обитаемых планет в других звездных системах.
Опираясь на данные по изучению глубин Земли в Калифорнийском университете Дэвиса, профессор Суджой Мукхопадхай и исследователь Кертис Уильямс использовали изотопы неонов, чтобы показать, как сформировалась планета.
«Мы пытаемся понять, где и как был приобретен неон в мантии Земли, который рассказывает нам, как быстро сформировалась планета и в каких условиях», — сказал Уильямс. «Неон на самом деле является резервом для тех газов, в которых выделяются такие газы, как пар, углекислый газ и азот. В отличие от этих соединений, которые необходимы для жизни, неон является инертным благородным газом, и на него не влияют химические и биологические процессы.
«Таким образом, неон хранит память о том, откуда он пришел, даже спустя четыре с половиной миллиарда лет», — сказал Мухопадхай.
Существует три конкурирующие идеи о том, как Земля сформировалась из протопланетного диска пыли и газа более четырех миллиардов лет назад и как вода и другие газы были доставлены на развивающуюся планету. Первая заключается в том, что планета росла относительно быстро в течение двух-пяти миллионов лет и захватила газ из туманности, закрученного облака пыли и газа, окружающих молодое Солнце. Вторая теория предполагает образование пылевых частиц и облучение Солнцем в течение некоторого времени до конденсации в миниатюрные объекты, называемые планетезималями, которые впоследствии были доставлены на развивающуюся планету. В третьем варианте Земля образовывалась относительно медленно, а газы доставлялись углеродистыми залежами хондрита, богатыми водой, углеродом и азотом.
По мнению Мухопадхай, эти разные модели имеют последствия для ранней Земли. Если бы Земля быстро образовалась из солнечной туманности, у нее было бы много газообразного водорода на поверхности или вблизи нее. Но если бы Земля образовалась из углеродистых хондритов, ее водород попал бы в более окисленную форму, такую как вода.
Чтобы выяснить, какая из трех конкурирующих идей по формированию и доставке газов была правильной, Уильямс и Мукхопадхай точно измерили отношения изотопов неонов, которые были захвачены мантией Земли, когда образовалась планета. Неон имеет три изотопа, неон-20, 21 и 22. Все три являются стабильными и нерадиоактивными, но неон-21 образуется при радиоактивном распаде урана. Таким образом, количество неона-20 и 22 на Земле было стабильным с тех пор, как сформировалась планета и останется такой навсегда, но неоновая-21 медленно накапливается с течением времени. Предполагается, что три сценария формирования Земли будут иметь разные отношения неона-20 к неону-22.
Выяснилось, что версия с мантией подходит лучше всего, поэтому ученые обратили внимание на подводные залежи базальта на дне океана. Эти стекловидные породы — остатки выбросов из глубины Земли, которые разливались и охлаждались в океане, а затем собирались буровой экспедицией, возглавляемой Университетом Род-Айленда, что сделало коллекцию доступной для других ученых.
