Изотопи

Произходът на Луната и загадката с волфрама

Образуване на Луната

Според широко приетата хипотеза за гигантския сблъсък, Луната се е образувала преди около 4,5 милиарда години, когато тяло с размерите на Марс, наречено Тея, се е сблъскало със Земята. Симулациите и анализът на лунни скали предполагат, че Луната е съставена предимно от материал от мантията на Тея, чийто състав е подобен на състава на земната мантия.

Химичен състав на Луната

Планетите обаче обикновено имат различни химични състави. Ако Тея се е образувала далеч от Земята, съставът ѝ е трябвало да е различен и съставът на Луната не е трябвало да прилича на мантията на Земята.

Загадката с волфрама

Един елемент, който усложнява историята за произхода на Луната, е волфрамът. Волфрамът е сидерофилен елемент, който има тенденция да потъва към ядрата на планетите. Следователно Луната и Земята трябва да имат много различни количества волфрам, тъй като богатата на волфрам мантия на Тея би била включена в Луната по време на удара.

Изотопни прилики

Две независими изследвания изследваха съотношението на два волфрамови изотопа в лунни скали и земни проби. Те откриха, че лунните скали имат малко повече волфрам-182 от Земята, интригуваща находка, тъй като волфрам-182 се произвежда от радиоактивния разпад на хафний-182, който има кратък полуживот.

Хипотезата за късния фурнир

Най-простото решение на загадката с волфрама е хипотезата за късния фурнир. Тази хипотеза предполага, че Земята и прото-Луната първоначално са имали подобни изотопни съотношения на волфрама. Въпреки това, Земята, като по-голяма и по-масивна, продължава да привлича планетизимали след удара, добавяйки нов материал към своята мантия. Този късен фурнир би имал повече волфрам-184 спрямо волфрам-182, докато Луната би запазила съотношението от удара.

Доказателства за късен фурнир

Хипотезата за късния фурнир се подкрепя от факта, че Земята има повече сидерофилни елементи (елементи, които обичат желязото) в своята мантия, отколкото се очаква. Тези елементи трябваше да потънат в ядрото, но трябва да са били донесени на Земята след образуването на ядрото от удари на метеорити.

Подобство на изотопните съотношения на волфрама

За да може прото-Луната да съответства на изотопното съотношение на волфрама на Земята, Тея и Земята трябва да са започнали с много подобни наличия на волфрам. Решаването на тази загадка ще изисква по-нататъшни планетарни изследвания, но историята за лунния произход става все по-ясна.

Роля на планетизималите в образуването на Луната

Симулациите показват, че е по-вероятно големите удари да се случват между тела, които са се образували близо едно до друго и следователно имат подобни състави. Това подкрепя идеята, че Тея се е образувала сравнително близо до Земята.

Планетизимали и късен фурнир

Планетизималите продължават да бомбардират младата слънчева система след образуването на Луната. Земята е събрала повече от този материал от късен фурнир от Луната, което допълнително допринася за разликите в техните състави.

Откъде произлиза водата на Земята?

Слънчева мъглявина: нов източник на вода за Земята

Десетилетия наред учените смятаха, че водата на Земята идва от изпълнени с лед комети и астероиди. Въпреки това нови изследвания предполагат, че слънчевата мъглявина, облаци от газ и прах, образувани след раждането на Слънцето, също могат да са изиграли роля.

Химичният състав на водата е прост: две части водород и една част кислород. Водородът е в изобилие във вселената, така че всеки източник на водород би могъл да допринесе за водата на Земята.

Водород от слънчевата мъглявина

Водородният газ в слънчевата мъглявина е бил включен в планетите по време на тяхното формиране. По-голямата част от този водород остава уловен в ядрото на Земята, но част от него избягал и допринес за градивните елементи на водните молекули. Този водород има по-ниско съотношение на деутерий, тежък изотоп на водорода, към нормален водород в сравнение с водата от астероиди или комети.

Астероиди, съдържащи вода, и взаимодействия със слънчевата мъглявина

В ранната история на Земята астероидите, съдържащи вода, са се сблъскали помежду си, образувайки планетарни ембриони с външен слой от магма. Газът от слънчевата мъглявина, тежък на водород, се е срещнал с тази магма, създавайки атмосфера и изпращайки разтворен водород във вътрешността на ембрионите.

Изотопно фракциониране и разпределение на водата на Земята

Изотопното фракциониране е накарало нормалния водород да се придвижи по-дълбоко в ядрото, докато изотопите на деутерий останали в мантията. Тъй като Земята се е сляла с други небесни тела, тя е получила достатъчно вода и маса, за да достигне крайния си размер.

Значението на водорода от слънчевата мъглявина

Астероидните сблъсъци са генерирали по-голямата част от водата на Земята, но малка част близо до ядрото изглежда произлиза от слънчевата мъглявина. Това откритие предполага, че дори планетите на голямо разстояние от богати на вода астероиди могат да имат вода.

Последици за обитаемостта на екзопланети

Констатациите на екипа могат да помогнат на учените да разберат по-добре обитаемостта на други планети. Те показват, че планетите могат да имат „минимум“ вода независимо от тяхното разстояние от водни източници. Това подкрепя идеята за бърз планетарен растеж и потенциал за живот в други светове.

Допълнителни прозрения

Водата, открита дълбоко в недрата на Земята, има различно съотношение на тежки изотопи на водорода и нормален водород, което показва отделна отправна точка от астероидите и кометите.

Газът от слънчевата мъглявина допринася за образуването на една от всеки 100 водни молекули на Земята.

Водата на Земята вероятно е комбинация от източници, включително астероиди, комети и слънчевата мъглявина.

Наличието на водород от слънчевата мъглявина във водата на Земята има последици за разбирането на обитаемостта на други планети.

Произход на Луната и загадката с волфрама