По мнению ученых, значительное количество воды на Землю было доставлено из космоса. Тем не менее, последние расчеты указывают на то, что она могла образоваться и непосредственно на нашей планете. Для необходимых химических превращений потребовался относительно небольшой период времени, в течение которого Земля могла удерживать водород в своей атмосфере.
Вода играет важнейшую роль в формировании земной коры и поддержании жизни на планете. Тем не менее, точный источник такого обильного количества влаги на Земле до сих пор остается невыясненным. Земля образовалась во внутренних регионах Солнечной системы, ближе к « снеговой линии», в этих областях условия были такими, что вода не могла образовать постоянные ледяные отложения, а под воздействием высоких температур и излучения звезды легко испарялась. Неслучайно астероиды, сформировавшиеся в ту же эпоху, имеют удивительно схожий состав, однако лишены воды.
Согласно наиболее распространенной современной гипотезе, этот парадокс разрешается тем, что влага находилась занесена на Землю уже после образования планеты, в процессе долгой и активной бомбардировки богатыми льдом небесными телами. Однако существует и другое предположение, согласно которому она сформировалась прямо здесь, за счет протекавших на молодой планете химических реакций. Такую возможность продемонстрировала новая работа ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, статья которых опубликована в журнале Nature.
Действительно, изучение экзопланет, расположенных на большом расстоянии от нас, демонстрирует, что у многих планет, размеры которых лишь в несколько раз превышают размеры Земли, присутствует атмосфера, насыщенная водородом. Если такие планеты достигают размеров мини-нептунов, то эта атмосфера может сохраняться в течение длительного времени. Меньшие планеты, напротив, быстро теряют летучий водород и впоследствии формируют вторичные атмосферы, состоящие из других газов. Однако, это позволяет сделать вывод о том, что и молодая Земля в прошлом обладала атмосферой, богатой водородом.
Эдвард Янг и его коллеги изучили химические процессы, которые могли происходить на Земле в период, когда атмосфера содержала водород – этот промежуток времени составлял всего несколько десятков миллионов лет. В рамках модели учитывалось воздействие высокой температуры, обусловленной поверхностью, покрытой расплавленной магмой, а также наличие в земной коре различных химических соединений, таких как железо, силикаты, оксиды натрия, метан, кислород, диоксид углерода и другие, находящихся под плотным слоем водорода, который создавал дополнительный, интенсивный парниковый эффект.
Результаты моделирования указывают на возможность протекания широкого спектра химических реакций на планете, и некоторые из них имели место. Так, в ходе моделирования наблюдалось активное взаимодействие кислорода, кремния и водорода с железом, составляющим ядро планеты, что приводило к снижению его плотности по сравнению с чистым железом. Этот эффект свойственен и ядру настоящей Земли. Кроме того, модель показала, что кислород, высвобождающийся из магмы, может вступать в реакцию с водородом в атмосфере, приводя к образованию воды, причем ее концентрация оказалась сопоставима с таковой на Земле.
Авторы подчеркивают, что данная модель демонстрирует высокую устойчивость к изменениям в исходных параметрах. Формирование воды по аналогичной схеме возможно при различных температурах и размерах небесного тела, до тех пор, пока оно не уменьшается до критического размера (что может объяснить отсутствие влаги на Марсе). Кроме того, при определенных условиях на ранней Земле могло образоваться значительно большее количество воды, чем существует в настоящее время. Вероятно, часть ее была утрачена вследствие разрушения под воздействием солнечного излучения и масштабных столкновений с небесными телами, включая то, которое привело к образованию Луны.