Изотопный детектив: как следы хрома-53 раскрыли главную катастрофу в истории Земли

Учёные из Бернского университета представили результаты исследования, которые дают новое объяснение того, как Земля приобрела условия, необходимые для зарождения жизни. Согласно их выводам, ранняя протоЗемля была сухой и непригодной для биологических процессов. Жизнь на ней могла появиться только благодаря катастрофе — столкновению с гипотетической планетой Тейей, принесшей недостающие летучие элементы. Работа опубликована в журнале Science Advances.

Какой была протоЗемля

Сразу после образования Солнечной системы около 4,568 миллиарда лет назад каменные планеты, включая Землю, имели крайне бедный химический состав. Высокие температуры лишали их летучих веществ — водорода, углерода и серы, без которых жизнь невозможна. Эти элементы могли сохраняться лишь у планет, формировавшихся дальше от Солнца.

Исследователи установили, что химический состав протоЗемли сформировался менее чем за три миллиона лет после её рождения. Однако этот состав был непригоден для жизни: атмосфера и кора лишались ключевых компонентов, а поверхность оставалась сухой.

"Благодаря нашим результатам мы знаем, что протоЗемля изначально была сухой каменной планетой. Таким образом, можно предположить, что именно столкновение с Тейей доставило летучие элементы на Землю и в конечном итоге сделало здесь возможной жизнь", — поясняет планетолог Паскаль Круташ из Имперского колледжа Лондона.

Изотопы как инструмент времени

Для реконструкции ранней истории планеты команда использовала комбинацию изотопных и элементных данных метеоритов и земных пород. В основе метода лежит радиоактивный распад изотопа марганца-53, который со временем превращается в хром-53.

С его помощью удалось установить точность временных рамок до менее чем миллиона лет. Это позволило учёным убедительно показать: состав Земли "застыл" очень быстро, и последующие изменения могли произойти только под действием внешних факторов.

"Наша Солнечная система сформировалась около 4568 миллионов лет назад. Учитывая, что на определение химических свойств Земли потребовалось всего до 3 миллионов лет, это удивительно быстро", — отметил Круташ.

Роль столкновения с Тейей

Согласно гипотезе, планета Тейя образовалась дальше от Солнца, в богатых водой областях. Столкновение с ней не только сформировало Луну, но и "подарило" Земле воду и необходимые для жизни элементы. Именно это событие стало решающим для дальнейшей эволюции нашей планеты.

"Своим нынешним благоприятствованием для жизни Земля обязана не непрерывному развитию, а, вероятно, случайному событию — позднему удару чужого, богатого водой тела. Это делает очевидным, что условия для жизни во Вселенной — что угодно, но не само собой разумеющееся", — подчеркнул профессор Клаус Мецгер, соавтор исследования.

Что дальше изучат учёные

Авторы отмечают, что детали этого столкновения до сих пор недостаточно изучены. Важно смоделировать процессы так, чтобы они объясняли не только физические характеристики Земли и Луны, но и их химические и изотопные свойства. Это поможет точнее понять, каким образом случайная катастрофа превратила Землю в уникальную обитаемую планету.

Три интересных факта

1. Теория гигантского удара с Тейей объясняет не только происхождение воды на Земле, но и формирование Луны, чьи изотопные характеристики удивительно близки к земным.
2. Если бы столкновения не произошло, Земля могла остаться без воды и атмосферы, а значит, жизнь в её привычной форме никогда бы не появилась.
3. Подобные катастрофические события, вероятно, были обычным явлением в ранней Солнечной системе — именно они определили облик всех каменных планет.