Космічні зіткнення позбавили Землю життєво важливих елементів

Нове дослідження міжнародної групи науковців докорінно змінює уявлення про еволюцію хімічного складу планет земної групи, доводячи, що початкові планетезималі були багаті на життєво важливі елементи, які пізніше були втрачені внаслідок катастрофічних зіткнень у ранній Сонячній системі.

Земля та Марс мають незвично низький вміст помірно летких елементів. Такі елементи, як мідь та цинк, життєво необхідні для функціонування планетарних екосистем. Вони відіграють важливу роль у біохімічних процесах, що підтримують життя. Десятиліттями вчені намагалися пояснити, чому ці елементи наявні на Землі в обмеженій кількості.

Нове дослідження, опубліковане в журналі Science Advances, спростовує попередні теорії та пропонує революційне пояснення цього феномену. Наукова робота, очолювана доцентом Даманвіром Ґревалом з Університету штату Арізона, була проведена у співпраці з дослідниками з Каліфорнійського технологічного інституту, Університету Райса та Массачусетського технологічного інституту.

Протягом тривалого часу існувало дві головні гіпотези щодо дефіциту помірно летких елементів (МПЕ) на Землі. Перша припускала, що ці елементи ніколи повністю не конденсувалися в ранній Сонячній системі. Друга стверджувала, що вони були втрачені під час процесу диференціації планетезималей – ранніх планетарних тіл.

Залізні метеорити розкривають таємниці минулого

Дослідники використали інноваційний підхід, звернувшись до вивчення залізних метеоритів. Ці космічні об’єкти є залишками прадавніх планетезималей, що сформувалися у внутрішній частині ранньої Сонячної системи. Аналіз їхнього складу дозволив отримати унікальні дані про хімічну еволюцію планет.

“Ми знайшли переконливі докази того, що планетезимали першого покоління у внутрішній Сонячній системі були несподівано багаті на ці елементи”, – зазначив Ґревал. Це відкриття змушує переглянути наші уявлення про формування планет та їхній хімічний склад. Виявилося, що ранні будівельні блоки планет містили значно більше помірно летких елементів, ніж вважалося раніше.

Дослідження показало, що багато планетезималей внутрішньої Сонячної системи зберегли хондритоподібні концентрації МПЕ. Це означає, що вони успішно накопичували та утримували ці елементи, незважаючи на процеси диференціації. Такий висновок прямо суперечить попереднім моделям, що пояснювали дефіцит МПЕ неповною конденсацією в сонячній туманності.

Епоха космічних катастроф

Якщо початкові планетезималі були багаті на МПЕ, то логічно виникає питання: коли і як ці елементи були втрачені? Відповідь, згідно з новим дослідженням, криється в бурхливій історії ранньої Сонячної системи, позначеній численними катастрофічними зіткненнями.

Під час формування планет, включаючи Землю та Марс, відбувалися потужні зіткнення між планетезималями. Саме ці космічні катастрофи, а не ранні процеси формування, призвели до втрати значної частини МПЕ. Високоенергетичні удари спричиняли випаровування та розсіювання цих елементів у космічний простір.

“Наша робота переосмислює те, як ми розуміємо хімічну еволюцію планет”, – пояснив Ґревал. “Вона показує, що будівельні блоки Землі і Марса спочатку були багаті на ці життєво важливі елементи, але інтенсивні зіткнення під час росту планет призвели до їх виснаження”.

Наслідки для розуміння придатності планет до життя

Відкриття має суттєвий вплив на наше розуміння умов, необхідних для виникнення життя на планетах. МПЕ, такі як мідь і цинк, часто пов’язані з іншими життєво важливими компонентами – водою, вуглецем та азотом. Розуміння їхнього розподілу допомагає відстежити, як формувалися умови для зародження життя.

Дослідження вказує на те, що процеси планетарного формування можуть суттєво змінювати початковий хімічний склад космічних тіл. Це означає, що планети, які зазнали менш інтенсивних зіткнень, потенційно могли зберегти більше МПЕ. Такі планети можуть мати інший хімічний профіль і, можливо, різні передумови для розвитку життя.

Новий погляд на планетарну еволюцію також має значення для пошуку потенційно придатних для життя екзопланет. Якщо інтенсивність зіткнень впливає на розподіл ключових елементів, то історія формування планети може бути не менш важливою для її придатності до життя, ніж відстань від зірки чи розмір планети.

Дослідження Ґревала та його колег переписує важливий розділ у нашому розумінні планетарної еволюції. Воно показує, що хімічний склад планет земної групи – результат не лише початкових умов формування, але й складної історії катастрофічних подій, що супроводжували народження Сонячної системи.

Результати дослідження опубліковані в журналі Science Advances під назвою “Збагачення помірно летючих елементів у планетезималях першого покоління внутрішньої Сонячної системи” 5 лютого 2025 року.