Новое исследование допускает, что значительная часть земной воды могла образоваться непосредственно на молодой планете, а не прибыть с кометами и астероидами. Работа Susmita Garai и Zachary Sharp из Университета Нью-Мексико опубликована в Nature Geoscience под названием «Dry pebble rain could have delivered water to Earth through hydrogen reduction of iron oxide».
Планеты земного типа формируются в окружении протопланетного диска и захватывают богатую водородом и гелием первичную атмосферу. Когда масса растущей планеты превышает примерно 0,3 массы Земли, через такую оболочку начинают медленно падать силикатные частицы размером от миллиметров до сантиметров. Их движение разогревает атмосферу, а температура у поверхности может превышать 3000 K, или 1650 градусов Цельсия, при давлении свыше 200 бар.
В этих условиях водород восстанавливает оксид железа FeO в составе пылинок и пебблов (каменных частиц), превращая его в металлическое железо. Освободившийся кислород соединяется с водородом и образует водяной пар. Дополнительный нагрев обеспечивает расположенный под атмосферой океан магмы, поэтому падающий материал может расплавляться ещё до достижения поверхности.
Чтобы проверить механизм, учёные нагревали образцы мафических и ультрамафических силикатов до 1200–1400 градусов Цельсия. Эксперименты продолжались от 15 минут до трёх часов в потоках водорода и отдельно гелия, имитировавших движение частиц через первичную атмосферу. В водородной среде почти 80% оксида железа превратилось в металлическое железо с выделением водяного пара, тогда как в гелии такая реакция не происходила.
Расчёты показали, что при частичном восстановлении FeO из материала определённого состава могло образоваться несколько сотен океанических масс воды, а из другого — десятки таких масс. «Looking out over a large body of water, it is hard to imagine that that water may have been produced 4 ½ billion years ago in a hell-like atmosphere, but it very well may have», — сказал Zachary Sharp, слова которого приводит ScienceXXI.com.
Авторы считают, что «дождь» из расплавленных каменных частиц мог стать ранним этапом формирования обитаемой планеты. При этом исследование пока подтверждает лишь принципиальную возможность процесса, а его вклад в общий объём земной воды ещё предстоит оценить. Учёные также не исключают, что часть воды доставили кометы и астероиды, поскольку внешние источники могли участвовать в формировании океанов одновременно с локальным образованием воды.