Происхождение летучих элементов, необходимых для возникновения жизни на Земле, волнует ученых уже несколько десятилетий. В недавнем исследовании была предпринята попытка разгадать эту тайну путем изучения химических отпечатков цинка, застрявшего во фрагментах метеоритов — останков самых первых астероидов и планетезималей. Результаты этого исследования позволяют предположить, что без этих метеоритов первобытная Земля не имела бы элементов, необходимых для развития жизни.
В предыдущем исследовании Джек Шостак, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине, химик из Чикагского университета, уже выдвигал гипотезу о том, что удары астероидов могли способствовать развитию жизни на Земле. По его мнению, при умеренном ударе в атмосфере могли образоваться водород и метан, что создало бы благоприятные условия для образования органических соединений.
Гипотеза Шостака дополняет ряд исследований, подтверждающих идею о том, что летучие элементы, способные переходить из твердой в газообразную форму при низких температурах, сыграли ключевую роль. Сера, углерод, азот, водород, фосфор и кислород, как и вода, — все эти летучие элементы присутствуют в живых организмах.
Хотя эти летучие элементы существовали с момента образования Земли, около 4,5 миллиарда лет назад, их происхождение остается во многом загадочным. Многие ученые, как и Шостак, предполагают, что эти элементы появились в результате столкновения с астероидами, основываясь на том, что Земля образовалась в результате аккреции материи из внутренней протосолнечной среды.
Чтобы пролить свет на этот спорный вопрос, ученые из Кембриджского университета и Имперского колледжа Лондона проанализировали ряд метеоритов. «Понимание того, как эти материалы попали на Землю, может пролить свет на происхождение жизни и ее возможное возникновение в других местах», — говорит доктор Райсса Мартинс с факультета наук о Земле в Кембридже в пресс-релизе.
Планетезимали в центре исследования
В рамках своего исследования доктор Мартинс и ее команда изучили основные составляющие каменистых планет Солнечной системы — планетезимали. Эти тела образуются в результате аккреции вокруг зарождающейся звезды — процесса, в ходе которого частицы сливаются и образуют каменистые тела. Планетезимали обычно делятся на две категории: те, что образовались в Солнечной системе в условиях высокой радиоактивности (расплавленные планетезимали), и те, что сформировались после того, как источники радиоактивности были погашены (поздние или «нерасплавленные» планетезимали), сохранившие свои летучие соединения.
Мартинс и его коллеги проанализировали различные изотопы цинка, присутствующие в 18 образцах метеоритов с разных планетезималей, включая 11 неуглеродистых и 7 углеродистых метеоритов. Цинк был выбран из-за его нетипичного состава. Затем команда сравнила каждый изотопный отпечаток с образцами земных пород. Полученные данные были использованы для моделирования процесса накопления изотопов цинка за десятки миллионов лет, в течение которых Земля накапливала вещество.
Согласно результатам, опубликованным в журнале , 70 % массы Земли приходится на расплавленные планетезимали, но они обеспечивают лишь около 10 % содержания цинка. Команда предполагает, что 90 % цинка Земли поступает из неуглеродистых метеоритов, в частности хондритов, которые не подвергались плавлению в начале формирования Солнечной системы и сохранили свои летучие элементы.
«Наши результаты показывают, что нет никакой гарантии, что планеты обладают достаточным количеством материалов, чтобы содержать достаточное количество воды и других летучих веществ, независимо от их физического состояния», — говорит Мартинс. Она заключает: «Роль этих различных материалов в снабжении летучими веществами — фактор, который необходимо учитывать при поиске пригодных для жизни планет в других местах».