Загадки космоса. Планеты и экзопланеты

Что касается происхождения воды на Земле, есть вопросы, на которые пока не удается получить однозначные ответы. Существуют две основные гипотезы о происхождении поверхностных вод на Земле: эндогенная и экзогенная¹¹³. Согласно первой, Земля во время своего формирования захватила основную массу воды из протопланетной туманности. Оказавшись «запертой» внутри планеты, впоследствии вода вырвалась из ее недр в процессе извержения вулканов. Вторая, экзогенная, гипотеза гласит, что вода имеет космическое происхождение и была доставлена на Землю метеоритами и кометами, бомбардировавшими планету на протяжении миллиардов лет.

Какая гипотеза верна, можно выяснить, точно измерив количество воды на Земле. Однако до сих пор неизвестно, содержат ли глубокие слои нашей планеты воду или же ее присутствие ограничено только верхними слоями. Если верна эндогенная гипотеза, недра Земли должны быть богаты водой. На наличие залежей льда глубоко под землей указывают обнаруженные включения особой модификации льда (лед-VII) в алмазах, образование которых происходит в земной мантии на глубине в несколько сотен километров при высоких температуре и давлении¹¹⁴. Дальнейшие открытия показали, что наша планета содержит водород на глубине как минимум до 1 000 км. А это доказывает, что воды на Земле гораздо больше, чем ожидалось до сих пор, – но насколько? Если окажется, что вода присутствовала в глубинах Земли постоянно, а не была перенесена в мантию с поверхности, это станет весомым аргументом в пользу эндогенной гипотезы.

Но все же большинство ученых склоняется к экзогенной гипотезе. Подтвердить или опровергнуть ее могут изотопные исследования. Один или даже два атома водорода в молекуле воды могут быть замещены дейтерием (обозначается D) – «тяжелым» водородом[76]. Содержание дейтерия в воде варьируется даже в Солнечной системе. Например, у планет-гигантов оно примерно в шесть раз ниже, чем на Земле. Теоретически, имея известное отношение D/H, свойственное земным океанам, можно найти в космосе тела с таким же отношением D/H – они-то и будут ответственны за «транспорт» воды на Землю.

Долгое время считалось, что наличие воды на Земле связано с кометами, но многочисленные исследования заставили усомниться в этом предположении. Кометы Хейла – Боппа и Галлея имеют значения отношения D/H в два раза большие, чем морская вода Земли, комета 67P/Чурюмова – Герасименко – в три раза бо́льшее. У еще одной кометы, 103P/Хартли, отношение D/H согласуется с отношением D/H в морской воде Земли, но изотопный состав азота не совпадает с земным. Такие различия в изотопных отношениях сильно пошатнули позиции «кометной теории» происхождения воды.

Сейчас многие ученые считают, что основную часть воды на Землю принесли метеориты, которые бомбардировали поверхность нашей планеты в самом начале ее эволюции и во времена поздней тяжелой бомбардировки. Анализ изотопного состава метеоритов из Главного пояса астероидов показал схожие с земными значения отношения D/H. Также, согласно моделям, почти равное земному отношение D/H имеют кометы, чьи орбиты лежат в области пояса астероидов[77].

* * *

Итак, давайте вернемся к тому, с чего мы начали: в каких условиях на Земле зарождалась жизнь?

На сегодняшний день мы достаточно неплохо представляем, как проходил процесс эволюции Земли и ее биосферы. Один из самых интересных выводов, которые можно сделать, состоит в том, что не только температура Солнца, метеориты, скорость остывания Земли и подобные геофизические условия оказывали воздействие на биосферу, но и органический мир преобразовывал планету, влиял на ее геологическую историю. Более того, именно из-за этого влияния у нас есть шанс найти обитаемые миры с помощью телескопов.

Геологи делят историю нашей планеты на четыре больших эона – отрезка геологической истории: катархей (или гаден), самый древний, архей, протерозой и, наконец, фанерозой, в котором мы с вами и живем. Чем дальше в прошлое мы хотим заглянуть, тем меньшим количеством материала, сохранившего свидетельства эпохи, мы располагаем, тем более схематичными оказываются описания вех нашей истории. С самым первым эоном, длившимся первые 500 миллионов лет истории Земли, ситуация самая сложная. По-видимому, никаких горных образований, оставшихся с тех времен, не сохранилось вообще – все разрушилось в горниле катастрофических событий, сопровождавших формирование нашей планеты.

Непрерывные соударения Земли с метеоритами и процессы, сопровождавшие выделение ядра из магмы, почти полностью расплавили ее поверхность. Возникли настоящие океаны из лавы, просуществовавшие около 100 первых миллионов лет. Следы этих океанов в виде переплавленных пород мы находим как на Земле¹¹⁵, так и на Луне¹¹⁶.