Срочные новости раздела
Учёные: океаны зародились в недрах Земли

Учёные: океаны зародились в недрах Земли

Учёные до сих пор не уверены, откуда на нашей планете взялась вода, которая имеет огромное значение для происхождения жизни, тектоники плит, климата и является центральным фактором во всех рассуждениях об обитаемости похожих на Землю планет. Профессор Сколтеха и его китайские коллеги предсказали новое вещество, которого в современной Земле нет, но оно могло предопределить эволюцию планеты, сохранив в её недрах воду в эпоху, когда вся вода с поверхности была испарена в ходе катастрофических столкновений Земли с другими небесными телами. Отмеченное за свою оригинальность и значимость исследование попало в число «фаворитов редакции» и было представлено в научно-популярном журнале Physics Американского физического общества.

Вода не только неразрывно связана с возникновением земной жизни, но и обеспечила условия для её эволюционного развития, ведь наличие океанов стабилизирует климат и тем самым уменьшает риск массового вымирания организмов. Кроме того, даже небольшие количества воды в недрах планеты размягчают горные породы — необходимое условие для тектоники плит, которая в свою очередь ответственна за форму континентов и океанов, землетрясения и вулканическую активность. Несмотря на столь большую роль воды в эволюции железокаменных планет, включая нашу, мы не знаем, откуда на Земле океаны.

«Высказывалась гипотеза, что воду могли занести к нам кометы, но, по всей видимости, значение этого источника весьма невелико. Дело в том, что изотопный состав воды на Земле и в кометах заметно различается», — поясняет соавтор исследования, профессор Сколтеха Артём Оганов.

Раз вода не свалилась с неба, выходит, что она должна была прийти из земных недр. Но если так, то неясно, как океан смог пережить бурные первые десятки миллионов лет в истории Земли, когда она была раскалена, подвергалась массированной бомбардировке астероидами и даже столкнулась с планетой размером с Марс. Все эти катаклизмы должны были расплавить верхние несколько сот километров и навсегда испарить воду с поверхности. При этом учёным не было известно такого вещества, которое могло бы на миллионы лет сохранить воду на большей глубине и высвободить её в более спокойную эпоху.

Научная группа под руководством профессора Нанькайского университета Сяо Дуна в сотрудничестве с Огановым использовала изобретённый последним метод предсказания кристаллических структур USPEX и открыла как раз такое соединение — гидросиликат магния Mg2SiO5H2. Оно содержит 11% воды по массе и стабильно при крайне высоких температурах и давлении более 2 млн атмосфер — как в ядре Земли. Но все ведь знают, что ядро — металлический шар, в основном из железа, то есть в центре планеты попросту нет тех элементов, из которых состоит гидросиликат магния?

«А вот и нет, ведь никакого ядра тогда не было: на начальном этапе существования Земли у неё ещё не выделилось ядро и её химический состав был однородным по всему объёму. Понадобилось порядка 30 млн лет, чтобы железо сконцентрировалось в центре Земли, образовав ядро нашей планеты, и вытеснило оттуда силикаты в мантию», — рассказывает Оганов.

Получается, что на протяжении первых 30 млн лет часть земной воды была надёжно спрятана на глубине нынешнего ядра в виде гидросиликатов. В это время планета переживала наиболее катастрофическую фазу астероидной бомбардировки. А когда закончился процесс формирования ядра, гидросиликаты оказались вытеснены из центральной области планеты в зону более низкого давления, где они нестабильны, и подверглись распаду. Так образовались оксид и силикат магния — из них сейчас состоит мантия — и вода, постепенный подъём которой на поверхность занял ещё около 100 млн лет.

«Тем временем Земля находилась под обстрелом астероидов и даже столкнулась с протопланетой, но вода ещё не успела подняться и потому сохранилась», — комментирует Оганов.

По словам авторов работы, она продемонстрировала, как обманчива бывает человеческая интуиция. Никто не рассматривал силикаты при давлениях ядра, потому что сейчас в ядре нет никаких силикатов. Более того, никто не ожидал, что гидросиликаты могут оказаться стабильны в условиях ядра, ведь считалось, что столь экстремальные температуры и давления «выжимают» из минералов воду, как сок из лимона. Однако точное моделирование материалов с учётом квантовой механики свидетельствует, что такая аналогия не работает.

«Это ещё и история о том, как просуществовавший сущее мгновение в масштабах истории планеты материал колоссально повлиял на эволюцию Земли, — продолжает материаловед. — Такое положение вещей противоречит привычной геологической интуиции, но если вдуматься, — эволюционного биолога ведь таким не удивишь, правда? Для него вполне естественно, что наблюдаемое сегодня многообразие произошло от ныне вымерших видов».

Из новой гипотезы происхождения земной воды выводятся следствия и в отношении других небесных тел. «Взять, например, Марс. Он слишком мал, чтобы обеспечить давления, при которых устойчив гидросиликат магния, — рассуждает Оганов. — Этим объясняется, почему на Марсе так мало воды. Причём та вода, что есть, по всей видимости, принесена кометами».

Сяо Дун рассказывает, что это значит с точки зрения планет вне Солнечной системы: «Чтобы экзопланета была обитаемой, нужен стабильный климат, а для этого там должны одновременно существовать и континенты, и океаны. Считалось, что для удовлетворения этому условию массовое содержание воды на планете земного типа, вне зависимости от её размеров, не должно превышать 0,2%. Наши же результаты подталкивают к выводу, что на массивных планетах такого вида — так называемых суперземлях — всё, вероятно, обстоит иначе. Там стабилизирующие гидросиликат магния давления существуют за пределами ядра, и такие планеты могут сколь угодно долго удерживать большие количества воды в мантии. А значит, на суперземлях могут существовать континенты и океаны при куда более высоком содержании воды, чем ожидалось».

Открытие имеет значение даже для понимания магнитосфер планет. «При температурах выше 2 тыс. градусов Цельсия гидросиликат магния проводит электричество: заряд переносят ионы водорода. Высокая электропроводность означает, что наш гидросиликат вносит вклад в магнитное поле суперземель», — говорит Оганов, добавляя, что этим не ограничивается круг местами неожиданных выводов из новой гипотезы.

Статья опубликована в журнале Physical Review Letters Источник: skoltech.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Работа примерно половины антибиотиков основана на том, что они подавляют активность рибосом, синтезирующих необходимые для жизни клетки белки. Однако рибосомы у грибков и человека очень похожи,
подробнее...

Коллаборация исследователей при участии специалистов Международной лаборатории биоинформатики НИУ ВШЭ представила новый способ борьбы с трудноизлечимой меланомой. Ученые обнаружили, что одна из форм
подробнее...

Немецкие физики применили технику времяпролетной визуализации к вырожденному атомному ферми-газу в оптической ловушке для исследования механизма образования атомами куперовских пар. Спаривание
подробнее...

Исследователи из Бостонского колледжа (США) обнаружили новую частицу — так называемую аксиальную моду Хиггса. Материалы, содержащие эту частицу, могут служить квантовыми датчиками для оценки других
подробнее...

Палеонтологи изучили покровы хорошо сохранившегося экземпляра пситтакозавра и обнаружили у него пупочный рубец (фактически пупок), как у некоторых крокодилов и ящериц. Это первая находка пупка среди
подробнее...

Физики превратили пару кристаллов времени в искусственный кубит с эффектом обратной связи и исследовали его динамику. Сами кристаллы представляли собой магнонные конденсаты, сформированные в жидком
подробнее...

Команда ученых из ВШЭ, Сколтеха, МПГУ, МИСИС создала нанофотонный микрофлюидный сенсор, потенциально применимый для диагностики, сопровождения и оценки эффективности лечения онкологических
подробнее...

Биоинформатики ИТМО разработали сервис для анализа клеточного метаболизма — биохимических реакций, отвечающих за жизнедеятельность клеток, — Shiny GATOM. В отличие от аналогов предложенный инструмент
подробнее...

Сингапурские физики сообщили о первом успешном пленении нейтральных атомов индия в магнитооптической ловушке. Для этого они использовали их лазерное охлаждение с метастабильного состояния. В
подробнее...

Ученые Института математических проблем биологии РАН (Пущино) провели компьютерное исследование структурных и физических свойств самоорганизующихся пептидных нанотрубок на основе дипептида
подробнее...

Коллаборация MicroBooNE подвела итоги нескольких лет работы по проверке гипотезы о том, что причиной аномального сигнала детектора MiniBooNe стал избыток электронных нейтрино. Три разные группы
подробнее...

Международный коллектив, объединивший исследователей из разных областей, среди которых и антрополог МГУ, исследовал ДНК из семи захоронений кыргызстанских кладбищ Кара-Джигач и Бурана, где,
подробнее...

Научная группа из Сколтеха и Сеченовского университета напечатала на 3D-принтере образцы из пористого сплава железа и кремния — создатели считают этот материал перспективным для дизайна костных
подробнее...

Физики из Германии и России провели сверхточное измерение изотопического сдвига электронного магнитного момента у водородоподобных ионов неона. Совместное измерение пары изотопов в ловушке Пеннинга
подробнее...

Новое исследование британских ученых раскрывает механизм, с помощью которого гены, кодирующие подмножество длинных некодирующих РНК, взаимодействуют с соседними генами, регулируя развитие и функцию
подробнее...

Разработан быстродействующий герметик для ран, состоящий из двух белков змеиного яда: экарина, который быстро инициирует свертывание крови, и текстилинина, который предотвращает разрушение тромба.
подробнее...

Коллаборация SAMURAI, в которую вошли физики из 23 стран, сообщила о достоверном обнаружении и измерении свойств тетранейтрона — связанной системы четырех нейтронов. Для этого они обстреливали жидкий
подробнее...

Сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ сформулировал концепцию двухуровневой защиты бактерий от ксенобиотиков (в том числе антибиотиков), неспецифической частью которой
подробнее...