Земля — пока единственная известная планета, на которой существует жизнь, с жидкой водой и стабильной атмосферой. Однако условия, когда она формировалась, не способствовали зарождению жизни. Газопылевое облако, из которого образовались все планеты Солнечной системы, было богато летучими элементами, необходимыми для жизни, такими как водород, углерод и сера.
Однако во внутренней части Солнечной системы — той, что ближе всего к Солнцу, где сегодня расположены четыре скалистые планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс, а также пояс астероидов — эти летучие элементы едва ли могли существовать. Из-за высокой температуры Солнца они не конденсировались и изначально оставались в основном в газовой фазе. Поскольку эти газообразные вещества не были включены в твёрдые скалистые материалы, из которых формировались планеты, ранняя Земля, так называемая прото-Земля, также содержала очень мало этих жизненно важных веществ.
Только небесные тела, сформировавшиеся дальше от Солнца в более холодных регионах, смогли включить эти компоненты. Когда и как Земля стала планетой, благоприятной для жизни, до сих пор до конца не изучено.
В новом исследовании учёные из Института геологических наук Бернского университета впервые смогли показать, что химический состав ранней Земли был завершён не позднее чем через три миллиона лет после формирования Солнечной системы — и таким образом, который изначально делал возникновение жизни невозможным.
Их результаты, опубликованные в журнале Science Advances, предполагают, что жизнь на Земле стала возможна только благодаря более позднему событию. Доктор Паскаль Крутташ — первый автор исследования, которое было частью его диссертации в Институте геологических наук.
Исследовательская группа использовала комбинацию данных об изотопах и элементах из метеоритов и земных пород, чтобы реконструировать процесс формирования Земли. С помощью модельных расчётов исследователи смогли определить во времени, как развивался химический состав Земли по сравнению с другими планетарными строительными блоками.
Крутташ объясняет: «Для определения точного возраста использовалась система высокоточного измерения времени, основанная на радиоактивном распаде марганца-53. Этот изотоп присутствовал в ранней Солнечной системе и распадался до хрома-53 с периодом полураспада около 3,8 миллиона лет».
Этот метод позволил определить возраст с точностью менее одного миллиона лет для материалов, возраст которых составляет несколько миллиардов лет.
«Эти измерения были возможны только потому, что Бернский университет имеет международно признанный опыт и инфраструктуру для анализа внеземных материалов и является лидером в области изотопной геохимии», — говорит соавтор Клаус Мезгер, заслуженный профессор геохимии в Институте геологических наук Бернского университета.
Используя модельные расчёты, исследовательская группа смогла показать, что химический отпечаток прото-Земли, то есть уникальный набор химических веществ, из которых она состоит, уже был сформирован менее чем через три миллиона лет после формирования Солнечной системы. Их исследование предоставляет эмпирические данные о времени формирования исходного материала молодой Земли.
«Наша Солнечная система сформировалась около 4 568 миллионов лет назад. Учитывая, что на определение химических свойств Земли ушло всего до 3 миллионов лет, это удивительно быстро», — говорит первый автор Крутташ.
Результаты исследования подтверждают предположение о том, что решающий поворотный момент и превращение Земли в планету, благоприятную для жизни, произошёл позже — в результате столкновения с другой планетой — Тейей. Тейя, вероятно, сформировалась дальше в Солнечной системе, где накапливались летучие вещества, такие как вода.
«Благодаря нашим результатам мы знаем, что прото-Земля изначально была сухой скалистой планетой. Можно предположить, что именно столкновение с Тейей принесло на Землю летучие элементы и в конечном итоге сделало жизнь на ней возможной», — говорит Крутташ.
Новое исследование вносит значительный вклад в наше понимание процессов на ранней стадии существования Солнечной системы и даёт ключ к пониманию того, когда и как могут формироваться планеты, на которых возможна жизнь.
«Земля обязана своей нынешней пригодностью для жизни не непрерывному развитию, а, вероятно, случайному событию — позднему столкновению с чужеродным, богатым водой телом. Это ясно показывает, что пригодность для жизни во Вселенной — далеко не само собой разумеющееся явление», — говорит Мезгер.
Следующим шагом будет более детальное изучение столкновения между прото-Землёй и Тейей.
«Пока это событие столкновения недостаточно изучено. Нужны модели, которые смогут полностью объяснить не только физические свойства Земли и Луны, но и их химический состав и изотопные сигнатуры», — заключает Крутташ.
Предоставлено [Университетом Берна](https://phys.org/partners/university-of-bern/)