Вчені довго сперечалися, звідки взялась сировина, з якої сформувалася Земля. Хоча наша планета знаходиться у внутрішній Сонячній системі, багато дослідників стверджують, що від 6 до 40 відсотків її будівельних матеріалів походить із зовнішньої Сонячної системи за Юпітером.

Ця ідея особливо важлива для пояснення того, як Земля отримує летючі речовини, такі як вода. Якщо матеріал прибув далеко ззовні, він повинен був переміщуватися між зовнішньою та внутрішньою областями Сонячної системи під час формування Землі.

Нове дослідження зараз ставить цю ситуацію під сумнів.

«Ми теж були дуже здивовані».

Паоло Соссі та Ден Бауер, планетологи з ETH Zurich, порівняли ізотопний склад Землі з існуючими вимірюваннями ізотопного співвідношення від широкого спектру метеоритів, включаючи зразки, пов’язані з Марсом і астероїдом Веста.

Ізотопи — це атоми-брати одного елемента (однакова кількість протонів) з різною масою (різна кількість нейтронів).

Використовуючи новий підхід до аналізу цих даних, дослідники прийшли до дивовижного висновку. Їх результати показують, що матеріал, з якого утворилася Земля, повністю походить із внутрішньої частини Сонячної системи.

Матеріал зовнішньої Сонячної системи, здається, становить менше 2% від загальної маси Землі і може взагалі не існувати. Дослідження було опубліковано в журналі Nature Astronomy.

«Наші розрахунки показують, що будівельні матеріали Землі походять з єдиного резервуару матеріалу», — говорить Соссі. Його колега Бауер додав: «Ми були дуже здивовані, виявивши, що Земля повністю складається з матеріалу з внутрішніх частин нашої Сонячної системи, який відрізняється від існуючої суміші метеоритів».

Команда ETH Zurich базувала свій аналіз на існуючих вимірюваннях 10 різних ізотопних систем, знайдених у метеориті. Ранні дослідження зазвичай зосереджувалися лише на двох ізотопних системах.

«Наше дослідження насправді є науковим експериментом з даними», — каже Соссі. «Ми виконали статистичні розрахунки, які є потужним інструментом, але рідко використовуються в геохімії».

Ізотопи метеоритів розкривають походження Землі

Десятиліттями вчені використовували ізотопи метеоритів, щоб відстежувати, де утворилися об’єкти, зокрема, з яких регіонів Сонячної системи вони прийшли. Але протягом багатьох років ізотопи кисню були основним доступним інструментом для визначення їх походження.

Все змінилося на початку 2010-х років, коли американські дослідники показали, що ізотопи інших елементів, таких як хром і титан, також можуть виявити місце утворення метеоритів.

Це відкриття дозволило вченим класифікувати метеорити на дві великі групи. Невуглецеві метеорити утворюються лише у внутрішній частині Сонячної системи. Вуглецеві метеорити містять більше води та вуглецю та походять із зовнішньої частини Сонячної системи.

Згідно з новим аналізом, Земля повністю складається з невуглецевих матеріалів. Дослідники не виявили доказів масообміну між внутрішніми та зовнішніми резервуарами Сонячної системи, як пропонувалося раніше.

Це свідчить про те, що Земля росте у відносно стабільному середовищі, поступово включаючи менші сусідні планетарні тіла в міру свого розвитку. Це також означає, що більшість летючих речовин, включаючи воду, вже повинні були існувати в Сонячній системі.

Можливо, Юпітер розколов Сонячну систему

Чому молода сонячна система мала два різних резервуари речовини?

Вчені вважають, що головну роль у цьому зіграв Юпітер. Оскільки цей газовий гігант швидко зростав, його величезна гравітація створила щілину в протопланетному диску, що оточує молоде Сонце. Ці диски мають форму кільця і ​​складаються з газу та пилу. Вони є батьківщиною планети.

Схоже, що Юпітер діє як бар’єр, що обмежує рух матерії із зовнішніх областей Сонячної системи до внутрішніх. Але досі вчені не знали, наскільки цей бар’єр насправді ефективний.

Новий аналіз показує, що дуже мало матеріалу з-поза Юпітера досягло регіону, де утворилася Земля.

«Наші розрахунки дуже надійні й спираються лише на самі дані, а не на фізичні припущення, які ще не повністю зрозумілі», — підкреслює Бауер.

Результати також показують, що матеріальний склад Землі подібний до Марса і Вести.

Меркурій і Венера можуть мати однакову схему

Дослідники вважають, що Меркурій і Венера можуть відповідати тій же моделі, що й Земля, Марс і Веста.

«Грунтуючись на нашому аналізі, ми можемо теоретично передбачити склад цих двох планет», — каже Паоло Сосі.

Однак поки що ми не можемо безпосередньо перевірити цей прогноз. Наразі вчені не мають зразків гірських порід із Меркурія та Венери, двох найближчих до Сонця планет, які можна було б проаналізувати таким же чином.

Нова загадка про воду Землі

“Наші відкриття проливають нове світло на історію формування Землі та інших кам’янистих планет”, – сказав Соссі.

Висновки також викликають нові великі запитання. Якби Земля не отримувала великої кількості багатого водою матеріалу з-за меж Сонячної системи, вчені повинні пояснити, як у гарячих внутрішніх частинах Сонячної системи може бути достатньо води, щоб зрештою створити океани Землі.

Соссі та його команда планують дослідити це питання далі. Вони також хочуть визначити, чи відбуваються подібні процеси в планетних системах навколо інших зірок.

«Але до того часу у нас з Деном буде багато гарячих дискусій про матеріальний склад Землі та сусідніх з нею планет, тому що, незважаючи на нові відкриття, наукові дебати щодо того, з чого складається Земля, ще далекі від завершення», — каже Соссі.