Учените дълго време спореха откъде е дошъл материалът, от който се е образувала Земята. Въпреки че нашата планета се намира във вътрешната част на Слънчевата система, много изследователи предполагаха, че между 6 и 40% от градивния материал на планетата ни е дошъл от външната област, отвъд орбитата на Юпитер. Тази идея е особено важна за обяснението на това как Земята е придобила летливи вещества, включително вода. Ако те са дошли от по-отдалечени региони, това означава, че по време на формирането на Земята материята е трябвало да се придвижва между външната и вътрешната част на Слънчевата система.

Ново проучване поставя тази картина под съмнение.

„Бяхме наистина изумени.“

заявяват учените

Планетолозите Паоло Соси и Дан Бауър от ETH Zurich са сравнили съществуващите измервания на изотопните съотношения в широк набор от метеорити, включително образци, свързани с Марс и астероида Веста, с изотопния състав на Земята. Изотопите са „родствени“ атоми на един и същ елемент (с еднакъв брой протони), но с различна маса (различен брой неутрони).

Прилагайки нов подход към анализа на тези данни, изследователите са стигнали до удивително заключение: материалът, от който се е формирала Земята произхожда изцяло от вътрешната част на Слънчевата система. Материалът от външната област съставлява по-малко от 2% от общата маса на Земята.

„Нашите изчисления ясно показват: строителният материал на Земята произхожда от единен резервоар на вещество. Бяхме наистина изумени, когато открихме, че Земята се състои изцяло от материал от вътрешната Слънчева система, различен от всяка комбинация от съществуващите метеорити“.

споделят учените

Екипът от ETH Zurich се е основал на вече налични измервания по десет различни изотопни системи в метеоритите. По-ранните изследвания обикновено са се ограничавали само до две изотопни системи.

Изотопите в метеоритите разкриват произхода на Земята

От десетилетия учените използват изотопите в метеоритите, за да проследят къде са се формирали небесните тела и от коя област на Слънчевата система произхождат. Дълго време обаче основният инструмент за определяне на този произход бяха изотопите на кислорода. Ситуацията се промени в началото на 2010-те години, когато американски изследовател показа, че изотопите на други елементи, включително хром и титан, също могат да посочат къде са се образували метеоритите. Това откритие позволи метеоритите да бъдат разделени на две големи групи. Невъглеродните метеорити са се образували изключително във вътрешната част на Слънчевата система. Въглеродните съдържат повече вода и въглерод и произхождат от външната област.

Според нов анализ Земята изцяло се състои от материал, който не съдържа въглерод. Изследователите не са открили доказателства за предполагания по-рано обмен на вещество между вътрешния и външния резервоар на Слънчевата система. Това сочи, че Земята се е образувала в относително стабилна среда, като постепенно е привличала малки съседни планетезимали. Освен това това означава, че по-голямата част от летливите вещества, включително водата, вече са съществували във вътрешната част на Слънчевата система.

Юпитер може да е разделил Слънчевата система

Защо младата Слънчева система се е разделила на два отделни резервоара от материя? Учените смятат, че Юпитер е изиграл ключова роля. Когато газовият гигант бързо е нараствал, огромната му гравитация е прорязала пролом в протопланетарния диск около младото Слънце. Тези дискове имат пръстеновидна форма и се състоят от газ и прах – именно в тях се раждат планетите. По всяка вероятност Юпитер е действал като бариера, ограничаваща преместването на материал от външната част на Слънчевата система към вътрешната. Досега обаче учените не знаеха колко точно ефективна е била тази бариера. Новият анализ показва, че много малко вещество отвъд Юпитер някога е достигало областта, където се е формирала Земята.

„Нашите изчисления са много надеждни и се основават изцяло на самите данни, а не на физически предположения, които все още не са напълно ясни.“

подчертава Бауер

Резултатите също така показват, че съставът на Земята наподобява този на Марс и Веста.

Меркурий и Венера може да следват същата схема

Изследователите предполагат, че Меркурий и Венера може би се вписват в същата картина като Земята, Марс и Веста.

„Въз основа на нашия анализ теоретично можем да предскажем състава на тези две планети.“

казва Паоло Соси

Засега обаче това предсказание не може да бъде проверено директно: учените не разполагат с проби от скали от Меркурий и Венера – двете планети, най-близки до Слънцето, които биха могли да бъдат анализирани по същия начин.

Нова загадка за водата на Земята

„Нашите резултати хвърлят нова светлина върху историята на формирането на нашата Земя и другите скалисти планети.“

заяви Соси

Откритията обаче повдигат и един важен нов въпрос. Ако Земята не е получила големи количества материал, богат на вода от външната част на Слънчевата система, учените ще трябва да обяснят как в горещата вътрешна област е могло да има достатъчно вода, за да се образуват в крайна сметка земните океани. Соси и неговият екип планират да се заемат с този въпрос в бъдеще. Те също така искат да разберат дали подобни процеси могат да протичат в планетни системи около други звезди.

Изследването е публикувано в списание Nature Astronomy.