Изучающие историю Земли ученые непрерывно ищут любые свидетельства прошлых событий. Такими могут служить даже незначительные отличия изотопного состава пород и газовых оболочек различных планет и небесных тел. В новом исследовании такой уликой стал благородный газ криптон. Наблюдаемое соотношение его изотопов в земных недрах может быть объяснено только бомбардировкой нашей планеты крупными телами, прилетевшими из внешних регионов Солнечной системы около 4,5 миллиардов лет назад.
Исследования с новыми сведениями о соотношении изотопов криптона в земной магме. опубликована в журнале NatureСотрудники Калифорнийского университета в Дейвисе совместно с коллегами из Океанографического института Вудс-Хоул и Университета штата Орегон подготовили ее. Главой коллектива авторов статьи стала Сандин Перон. Sandrine Péron, на данный момент занимающая должность в Швейцарской высшей технической школе Цюриха ETH ZurichЭто исследование завершило её постдокторскую работу в США под руководством профессора Суджоя Мукхопадхьяя. Sujoy Mukhopadhyay).
Измерения, необходимые для открытия, удалось провести благодаря трудам наставника Перона. Ранее в лаборатории Мукхопадхьяя разработали метод определения изотопного состава сверхмалых концентраций благородных газов в минералах. Ученые извлекли смесь древних газов из образцов лавы с помощью барокамеры, выделили из неё только благородные газы, а затем отделили криптон от аргона и ксенона. Полученный практически чистый криптон подлежит спектральному анализу для выявления соотношения изотопов. Kr-78 и Kr-80.
Образцы, собранные командой Перона, очень древние — им более 4,4 миллиарда лет. Газы, существовавшие на Земле во время ее формирования, оказались заперты в расплавленных породах. Со временем такие «капсулы времени» опустились глубоко в недра. Единственные места, где их можно получить — вулканические горячие точки на Галапагосах и в Исландии. Именно там лава изливается на поверхность планеты, несет мощным потоком в мантию практически от внешних границ земного ядра. Когда расплав затвердевает, часть газов не успевает улетучиться и оказывается заперта в микроскопических пузырьках среди стекловидной матрицы вулканической породы.
Каждый пузырек содержит очень мало криптона: сотни миллионов атомов. Для определения его изотопного состава в древних породах понадобилась сложная методика очистки и обогащения образцов. На всех этапах процесса главной сложностью для исследователей было избегание загрязнения воздуха. От забора проб до отправки очищенного криптона в спектрометр, чтобы ученые могли уверенно сравнивать изотопный состав современной атмосферы и древних газовых смесей. Это непростое требование выполнили, что позволило сделать интересные выводы.
Анализы показывают разницу в соотношении изотопов Kr-78 и Kr-80 в древних породах и нынешнем воздухе. Образцы газов из лавы почти совпадают с образцами, найденными в углеродных метеоритах из внешней части Солнечной системы.
Это свидетельствует о том, что Земля на ранних этапах формирования получала значительное количество летучих химических элементов и соединений при столкновениях с такими небесными телами.
Этот вывод вступает в противоречие с текущей, наиболее распространенной гипотезой о происхождении летучих элементов на Земле. В научной среде доминирует версия о том, что большую их часть планета получила после образования Луны во время катастрофического столкновения (с Тейей). Стоит отметить, что данная теория имеет неплохие основания, но существуют и альтернативныеИногда оказываются значительно более удачными в объяснении определённых фактических данных.
Результаты работы Перон и коллег приводят к ещё более интересным выводам. Источников летучих элементов и соединений на Земле было не менее трёх-четырех. Неон наша планета получила от Солнца, метеориты разных классов за последние 4,4 миллиарда лет принесли их тоже немало. Вероятное столкновение, образовавшее Луну четыре с половиной миллиарда лет назад, должно было унести много лёгких компонентов земной химии. Значит после него что-то вернуло жизненно необходимую нам материю обратно. А вот почему? Kr-86В мантии содержится меньше изотопа по сравнению с метеоритами, найденными на границах Солнечной системы — причина этого пока неизвестна. Возможно, существовал (или существует) еще один источник легких «сортов» этого благородного газа, который мы не обнаружили.