Ученых давно волнует вопрос, каким образом в земной коре оказалось так много углерода, без которого земные углеродные формы жизни вообще не возникли бы. Проблема заключается в том, что в первый период существования нашей планеты углерод должен был просто испариться под воздействием раскаленного ядра Земли. Земное ядро, составляющее примерно треть массы планеты, в основном состоит из сплавов, содержащих железо, и поэтому легко притягивающих углерод. Так что вопрос в том, откуда столько углеродов на поверхности Земли.

Углерод на Земле — результат древнего столкновения с другой планетой
Изображение: Passwaters/Rice University, основано на оригинале от NASA/JPL-Caltec

«Довольно популярна гипотеза, согласно которой нестабильные элементы вроде углерода, серы, азота и водорода появились уже после формирования коры Земли, — сказал Юань Ли (Yuan Li), ныне научный сотрудник Института геохимии в Гуаньчжоу Китайской Академии наук. — А именно, что все эти элементы попали на Землю в составе метеоритов и комет спустя примерно 100 млн лет после формирования Солнечной системы и далее, потому что только тогда эти элементы не испарились бы, попав в океан магмы, ранее покрывавший Землю. Проблема в том, что эта гипотеза объясняет изобилие многих из этих элементов, но не учитывает, что нам не известны метеориты с таким содержанием нестабильных элементов, которое объяснило бы существующие пропорции этих элементов на Земле».

Лаборатория Дасгупты специализируется на воспроизведении условий, существующих глубоко под поверхностью Земли и других каменистых планет, например, около 400 км под поверхностью Земли или на границе ядра и коры планет поменьше, вроде Меркурия.

Схематическое изображение события в ранней истории Земли — слияния с протопланетой, сходной с Меркурием
Схематическое изображение события в ранней истории Земли — слияния с протопланетой, сходной с Меркурием. Эту гипотезу подтверждают эксперименты с высокими давлением и температурой, проведенные в Университете Райса. Процессы в океане магмы могут приводить к формированию ядра, богатого кремнием или серой, и коры, насыщенной углеродом. Если действительно Земля слилась с такой планетой в раннем периоде своего существования, это объяснило бы, откуда на Земле углерод и сера
Изображение: Rajdeep Dasgupta

Эксперименты показали, что углерод может быть удален из коры и перемещен в богатую кремнием мантию, если сплавы железа в коре содержат много кремния или серы. Этот процесс зависит от нескольких переменных, вроде температуры, давления и содержания серы и кремния.

 

Сравнение данных моделирования и сведений о составе мантии Земли привели к формулированию вышеописанного сценария — соотношение углерода и кремния и изобилие углерода можно объяснить столкновением и последующим «поглощением» протопланеты, у которой уже сформировалась кора с высоким содержанием кремния. А поскольку протопланета тоже была массивна, получилось, что ее ядро слилось с ядром Земли, а ее богатая углеродом мантия — с мантией Земли. Впрочем, еще необходимо учесть прочие нестабильные элементы, так что работа над теорией далеко еще не закончена.

 

 

Источник: scientificrussia.ru