Окончательный ответ на вопрос о происхождении воды на Земле остается неизвестным: она могла быть доставлена из космоса или сформироваться в процессе роста планеты. Проведенные лабораторные исследования указывают на возможность ее образования при взаимодействии сухих каменных частиц с водородом в условиях жаркой атмосферы ранней Земли.

Проблема возникновения воды на нашей планете представляет собой один из ключевых вопросов в изучении истории Земли. Специалисты рассматривают две основные версии: доставку воды космическими объектами и ее формирование в результате химических процессов, сопровождавших рост планеты.

Существует также предположение о том, что необходимые элементы могли объединяться непосредственно на формирующейся планете. В 2023 году научная группа с использованием компьютерного моделирования продемонстрировала возможность образования воды при взаимодействии атмосферы, насыщенной водородом, и океана расплавленных пород на поверхности протопланетных тел.

В рамках этой модели кислород поступал из магматического расплава, а водород — из газовой оболочки, что позволяло исходному каменному материалу оставаться сухим. Данные расчеты также учитывали химический состав планеты и проникновение водорода в ее металлическое ядро, однако сами по себе не являлись подтверждением экспериментальным путем данного механизма.

Исследователи из Университета Нью-Мексико, расположенного в Соединенных Штатах Америки, выдвинули гипотезу о происхождении воды, предполагая ее формирование посредством накопления мельчайших каменных фрагментов. Для проверки этой теории ученые воспроизвели условия, существовавшие на ранней Земле, используя лабораторные эксперименты. Полученные данные были опубликованы в научном издании Nature Geoscience.

Специалисты моделировали галечную аккрецию – процесс постепенного присоединения небольших твердых частиц из газопылевого диска, окружающего молодую звезду. В отличие от увеличения массы путем столкновения крупных объектов, данный механизм позволяет быстро наращивать массу в условиях присутствия газа.

В ходе исследования рассматривался сценарий, при котором растущую планету окружает плотная атмосфера, состоящая из водорода, а ее внутренние слои обладают достаточной температурой для плавления каменных пород. Частицы, размер которых варьируется от миллиметров до сантиметров, опускаются сквозь эту оболочку, нагреваются и взаимодействуют с газом еще до достижения поверхности планеты. Роль источника кислорода играет оксид железа, присутствующий в составе каменного материала; при его реакции с водородом образуется металлическое железо и вода.

В рамках эксперимента образцы массой приблизительно 100 миллиграммов подвергались воздействию температуры 1200 или 1300 градусов Цельсия на протяжении одного или трех часов. В течение нескольких часов значительная доля оксида железа претерпела восстановление до металлической формы, сопровождающуюся выделением водяного пара. Одновременно из расплавленного состояния полностью удалились натрий и сера, что указывает на то, что прохождение частиц через подобную атмосферу могло обеспечивать планету водой и изменять химический состав ее формирующегося вещества.

Сформировавшийся сплав интенсивно поглощал фосфор из окружающей жидкой среды. Исследователи полагают, что если такой металл впоследствии опускался в недра Земли, это могло бы прояснить наблюдавшиеся ранее в научных публикациях различия в количестве фосфора в земной мантии и марсианской коре.