Артем Оганов, профессор из Сколтеха, совместно с коллегами из Нанькайского университета (Китай) выдвинул гипотезу о происхождении воды на Земле. Ученые предсказали вещество, которое когда-то существовало на Земле и сохраняло воду в ее недрах в эпоху природных катаклизмов. Научная статья об исследовании опубликована в журнале Physical Review Letters, а сама работа как «фаворит редакции» была описана в научно-популярном журнале Physics Американского физического общества.
Всем известно, что вода играет важную роль на нашей планете. Это соединение было важнейшим для появления и развития жизни на Земле, повышало стабильность климатических условий и обеспечило тектоническое движение плит. Благодаря воде наша планета приобрела тот вид, который имеет сейчас. Однако ученые до сих пор не знают точно, откуда на Земле появилась вода, сформировавшая впоследствии океаны. На ранних этапах своей «жизни» наша планета сталкивалась с астероидами и даже с другой планетой, по размеру не уступающей Марсу. Согласно оценкам экспертов, в результате подобных катаклизмов поверхность планеты должна была быть расплавленной и раскаленной. В таких условиях вода бы просто испарилась. Одна из гипотез появления воды на Земле заключалась в том, что это вещество было занесено на нашу планету с кометами. Результаты современных исследований, правда, не подкрепляют эту гипотезу: изотопный состав воды на Земле и в кометах различен. Значит, вода могла каким-то образом сохраниться в недрах Земли?
К такому выводу пришел профессор Сколтеха Артем Оганов вместе с китайскими коллегами. Они предположили, что было какое-то вещество, которое могло сохранить воду на большой глубине под поверхностью Земли, при этом это вещество должно было быть очень стабильным при критических условиях. Ученые прибегли к методу предсказания кристаллических структур USPEX, который изобрел Оганов, и доказали существование вещества, которого нет на современной Земле. Это гидросиликат магния Mg2SiO5H2, который содержит 11% воды по массе, стабилен при очень высоких температурах и давлении более 2 млн атм, что соответствует условиям в ядре Земли.
В начале «жизни» Земли (первые 30 млн лет) у нее еще не было сформировавшегося ядра: химический состав планеты был одинаковым по всему объему. Уже впоследствии в ядре сконцентрировалось железо, а силикаты оказались в мантии. Ученые предположили, что именно в виде гидросиликата вода и сохранилась в период природных катаклизмов на Земле. Впоследствии, когда сформировалось железное ядро, гидросиликаты вытеснились ближе к поверхности. Там давление было меньше, в результате чего соединение распалось на воду, оксид и силикат магния (последние составили мантию). По оценкам ученых, для того чтобы выйти на поверхность Земли, воде потребовалось еще около 100 млн лет.
По мнению авторов работы, это исследование подчеркивает, что интуиция человека может быть обманчива, поэтому ошибочно полагаться только на нее. Так, из-за того что сейчас в ядре нет силикатов, а при критических условиях многие минералы и гидраты распадаются, никто до сих пор не мог и предположить возможность существования гидросиликата магния. Для этого потребовалось точное математическое моделирование с учетом квантовых расчетов. Оганов также подчеркнул различие в мышлении геологов и эволюционных биологов. Для последних был бы вполне логичен тот факт, что имеющееся сейчас разнообразие тех или иных видов обязано своим существованием вымершим видам.
На основе полученных результатов ученые смогли сделать выводы относительно Марса и экзопланет, на которых, как полагается, могла бы быть жизнь. Так, Марс обладает малыми размерами, в результате чего внутри этой планеты нельзя обеспечить такие высокие давления, при которых гидросиликат магния стабилен. В результате этого на Марсе очень мало воды, причем большая ее часть как раз-таки была принесена кометами. Что касается экзопланет, до этого астрономы придерживались мнения, что на планетах земного типа вне зависимости от их размеров содержание воды не должно превышать 0,2% — это бы обеспечило существование континентов, океанов и стабильного климата. Сейчас же может оказаться, что все перечисленные элементы, важные для развития жизни, могут существовать и при более высоких содержаниях воды, скрытых в мантии.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
