Более 90% континентальной коры Земли состоит из минералов, богатых кремнеземом, таких как полевой шпат и кварц. Но откуда взялся этот обогащенный кремнеземом материал? И может ли это дать ключ к поиску жизни на других планетах?
Традиционная теория утверждает, что все ингредиенты земной коры на раннем этапе сформировались в результате вулканической активности. Однако теперь исследователи Земли из Университета Макгилла Дон Бейкер и Кассандра Софонио опубликовали теорию с новым поворотом: некоторые химические компоненты этого материала оседали на ранней поверхности Земли из преобладавшей в то время паровой атмосферы.
Во-первых, немного древней геохимической истории: ученые считают, что планетоид размером с Марс врезался в протоземлю около 4,5 миллиардов лет назад, расплавив Землю и превратив ее в океан магмы. После этого удара, в результате которого образовалось достаточно обломков для формирования Луны, поверхность Земли постепенно охлаждалась, пока не стала более или менее твердой. Новая теория Бейкера, как и общепринятая, основана на этой предпосылке.
Атмосфера после этого столкновения, однако, состояла из высокотемпературного пара, который растворял камни на непосредственной поверхности Земли - «так же, как сахар растворяется в кофе», - объясняет Бейкер. Вот где появляется новая морщинка. «Эти растворенные минералы поднялись в верхние слои атмосферы и остыли, а затем эти силикатные материалы, растворенные на поверхности, начали отделяться и падать обратно на Землю в виде того, что мы называем силикатным дождем.."
Чтобы проверить эту теорию, Бейкер и соавтор Кассандра Софонио, научный сотрудник бакалавриата Макгилла, потратили месяцы на разработку серии лабораторных экспериментов, призванных имитировать паровые условия на ранней Земле. Смесь сыпучих силикатных грунтов и воды расплавляли на воздухе при температуре 1550 градусов Цельсия, затем измельчали в порошок. Небольшие количества порошка вместе с водой были затем заключены в золотые палладиевые капсулы, помещены в сосуд высокого давления и нагреты примерно до 727 градусов по Цельсию, что в 100 раз превышает давление на поверхности Земли, чтобы имитировать условия в атмосфере Земли примерно через 1 миллион лет после Луны. - формирующее воздействие. После каждого эксперимента образцы быстро охлаждали и анализировали материал, растворенный в высокотемпературном паре.
Эксперименты основывались на предыдущих экспериментах других ученых по взаимодействию горных пород и воды при высоких давлениях, а также на собственных предварительных расчетах команды Макгилла, отмечает Бейкер. Тем не менее, «мы были удивлены сходством растворенного силикатного материала, полученного в результате экспериментов», с найденным в земной коре.
В итоговой статье, опубликованной в журнале Earth and Planetary Science Letters, излагается новая теория «воздушного метасоматоза» - термин, введенный Софонио для описания процесса конденсации минералов кремнезема и их падения обратно на землю в течение примерно миллион лет, в результате чего образовались одни из самых ранних образцов горных пород, известных сегодня.
"Наш эксперимент показывает химию этого процесса" и может дать ученым важные подсказки относительно того, какие экзопланеты могут иметь потенциал для жизни, говорит Бейкер.
«Этот период ранней истории Земли по-прежнему очень захватывающий», - добавляет он. «Многие люди думают, что жизнь началась очень скоро после тех событий, о которых мы говорим. Это закладывает основу для того, чтобы Земля была готова поддерживать жизнь».