Наличие криптона в недрах Земли подтверждает гипотезу о столкновениях с космическими объектами из дальних районов нашей звездной системы в древности

Новости МирТесен

Специалисты, занимающиеся изучением истории формирования Земли, постоянно ищут любые свидетельства прошлых событий. К ним, например, могут относиться даже незначительные различия в изотопном составе пород и газовых оболочек различных планет и других небесных тел. В рамках недавнего исследования такой «уликой» оказался благородный газ криптон — наиболее вероятным объяснением наблюдаемого соотношения его изотопов в земных недрах является бомбардировка нашей планеты крупными небесными телами, прибывшими из внешних областей Солнечной системы около 4,5 миллиарда лет назад.

В научной публикации, содержащей свежие данные об изотопном составе криптона, присутствующего в магме Земли, опубликована в журнале Nature. Ее разработали специалисты Калифорнийского университета в Дейвисе совместно с коллегами из Океанографического института Вудс-Хоул и Университета штата Орегон. Руководителем группы авторов статьи выступила Сандин Перон ( Sandrine Péron), в настоящее время занимает должность в Швейцарской высшей технической школе Цюриха ( ETH Zurich), а это научное исследование стало завершением ее работы после получения докторской степени в Соединенных Штатах под руководством профессора Суджоя Мукхопадхьяя ( Sujoy Mukhopadhyay).

Благодаря работам наставника Перон, удалось провести измерения, необходимые для совершения открытия. Ранее в лаборатории Мукхопадхьяя был разработан метод определения изотопного состава сверхмалых концентраций благородных газов, содержащихся в минералах. Используя барокамеру, ученые извлекли из образцов лавы смесь древних газов, отделили из нее только благородные компоненты, а затем выделили криптон от аргона и ксенона. Полученный практически чистый криптон теперь можно использовать для спектрального анализа с целью выявления требуемого соотношения изотопов Kr-78 и Kr-80.

Образцы, собранные группой Перон, обладают огромной древностью – их возраст превышает 4,4 миллиарда лет. Газообразное содержимое, существовавшее на планете в период ее становления, оказалось заключенным внутри расплавленных горных пород. Со временем эти «временные капсулы» переместились на значительную глубину под поверхностью Земли. Достать их можно лишь в определенных местах – вулканических точках разломов на Галапагосах и в Исландии, где лава извергается на поверхность, принося с собой материал практически из глубин земного ядра. При застывании расплавленной породы часть газов не успевает выделиться и остается заключенной в мельчайших пузырьках внутри вулканической стекловидной структуры.

В каждом из таких пузырьков содержится крайне небольшое количество криптона – всего несколько сотен миллионов атомов. В связи с этим, для определения изотопного состава этого газа в древних породах потребовалась сложная методика очистки и обогащения образца. На протяжении всего процесса исследователи сталкивались с трудностями, главной из которых было предотвращение загрязнения образцов воздухом – от момента отбора проб до отправки очищенного древнего криптона в спектрометр. Только при соблюдении этого условия ученые могли достоверно сопоставить изотопный состав современной атмосферы и древних газовых смесей. Это непростое требование было выполнено, что позволило исследователям сделать интересные заключения.

Анализ образцов показал существенное различие в соотношении изотопов Kr-78 и Kr-80 между древними породами и современным атмосферным воздухом. Состав газов, извлеченных из лавы, практически не отличается от состава, обнаруженного в углеродсодержащих метеоритах, происходящих из внешних областей Солнечной системы. Таким образом, можно сделать вывод, что на ранних этапах формирования Земля подвергалась интенсивному поступлению летучих химических элементов и соединений в результате столкновений с подобными небесными телами.

Полученные данные существенно расходятся с современной теорией возникновения летучих веществ на Земле. В научном сообществе наиболее вероятной является гипотеза, предполагающая, что Земля получила основную массу этих веществ после формирования Луны в результате масштабного столкновения с Тейей. Важно подчеркнуть, что, несмотря на достаточное обоснование, существуют и альтернативные, которые зачастую гораздо лучше объясняют некоторые экспериментальные результаты.

Более того, исследования, проведенные Пероном и его коллегами, позволяют сделать еще более интригующие выводы. Судя по всему, источники летучих веществ и соединений на Земле были многочисленны, их не менее трех-четырех. Установлено, что неон наша планета получила от Солнца. Метеориты различных классов, безусловно, внесли свой вклад в этот процесс за последние 4,4 миллиарда лет. Предполагаемое столкновение, приведшее к образованию Луны 4,5 миллиарда лет назад, должно было унести значительное количество легковесных компонентов земной химии. Следовательно, после этого события нечто вернуло нам жизненно необходимую материю. А вот почему Kr-86 Содержание этого изотопа в мантии несколько отличается от других его разновидностей по сравнению с метеоритами, расположенными на окраинах Солнечной системы — причина пока не установлена. Вероятно, существовал (или существует) какой-то дополнительный источник легких форм данного благородного газа, который нам еще предстоит обнаружить.