Вода на ранней Земле могла образоваться из «дождя» сухих каменных частиц  

До сих пор учёные не знают наверняка, была ли вода доставлена на Землю космическими телами или образовалась в ходе формирования планеты. Лабораторные эксперименты показали, что вода могла возникать при реакции сухих каменных частиц с водородом в горячей атмосфере молодой Земли.

Вопрос о происхождении земной воды — один из ключевых в изучении истории нашей планеты. Среди возможных объяснений рассматриваются как доставка воды космическими телами, так и её образование в результате химических реакций во время роста Земли.

Согласно одной из гипотез, необходимые компоненты могли соединиться уже на формирующейся планете. В 2023 году учёные с помощью компьютерной модели показали, что вода могла возникать при взаимодействии богатой водородом атмосферы с океаном расплавленных пород на поверхности планетных зародышей.

В этой модели кислород поступал из расплава, а водород — из газовой оболочки. Следовательно, исходный каменный материал мог быть сухим. Расчёты также связали эти реакции с химическим составом планеты и проникновением водорода в её металлическое ядро. Однако компьютерное моделирование само по себе не являлось экспериментальной проверкой этого механизма.

Исследователи из Университета Нью-Мексико в США предположили, что вода могла появиться в процессе накопления мелких каменных частиц. Чтобы проверить эту идею, они воссоздали условия ранней Земли в лаборатории. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Учёные смоделировали так называемую галечную аккрецию — постепенное поглощение мелких твёрдых частиц из газопылевого диска, окружающего молодую звезду. В отличие от формирования планеты в результате столкновений крупных тел, этот процесс позволяет быстро набирать массу, пока в диске ещё сохраняется газ.

Исследователи рассмотрели сценарий, при котором растущую планету окружает плотная водородная атмосфера, а её нижние слои достаточно горячие, чтобы расплавить каменное вещество. Частицы размером от миллиметров до сантиметров проходят через газовую оболочку, нагреваются и начинают реагировать с водородом ещё до того, как достигают поверхности. Кислород для реакции обеспечивает оксид железа в составе каменного материала. При взаимодействии с водородом он превращается в металлическое железо, а также образуется вода.

В одной серии опытов образцы массой около 100 миллиграммов выдерживали при температуре 1200 или 1300 градусов Цельсия в течение одного или трёх часов. За несколько часов значительная часть оксида железа восстановилась до металла, а побочным продуктом реакции стал водяной пар. Одновременно из расплава полностью исчезли натрий и сера. Это означает, что прохождение частиц через такую атмосферу могло не только снабжать планету водой, но и влиять на состав вещества, из которого она формировалась.

Образовавшийся металл активно поглощал фосфор из окружающего расплава. По мнению исследователей, если этот металл затем опускался в ядро Земли, такой процесс мог бы объяснить, почему в земной мантии меньше фосфора, чем в марсианской, — различие, отмечавшееся в предыдущих научных работах.