Ni и CI-хондрит нормализовали валовые содержания Ni, Co и Fe в родительских ядрах магматических железных метеоритов. Отношения (Co/Ni)CI желез NC и CC близки к 1 (за исключением группы IID) и не показывают каких-либо систематических различий между железами NC и CC. Соотношения (Fe/Ni)CI как в NC-, так и в CC-железах ниже 1, при этом CC-железы (за исключением группы IIIF) имеют систематически более низкие соотношения (Fe/Ni)CI, чем NC-железы. Железные метеориты NC и CC показаны красным и синим цветом соответственно. Фото: Природная астрономия (2024 г.). DOI: 10.1038/s41550-023-02172-w
Когда наше Солнце было молодой звездой, 4,56 миллиарда лет назад, то, что сейчас является нашей Солнечной системой, было всего лишь диском из каменистой пыли и газа. В течение десятков миллионов лет крошечные камешки пыли сливались, словно снежный ком, который катился все больше и больше, и превратились в «планетезимали» километрового размера — строительные блоки Земли и других внутренних планет.
Исследователи уже давно пытаются понять древнюю среду, в которой образовались эти планетезимали. Например, воды сейчас на Земле в изобилии, но было ли так всегда? Другими словами, содержали ли планетезимали, аккрецированные в нашу планету, воду?
Теперь новое исследование объединяет данные о метеоритах с термодинамическим моделированием и определяет, что самые ранние планетезимали внутренней Солнечной системы, должно быть, сформировались в присутствии воды, что бросает вызов современным астрофизическим моделям ранней Солнечной системы.
Исследование проводилось в лаборатории Пола Азимоу, Элеоноры и Джона Р. Макмиллана, профессора геологии и геохимии, и опубликовано в журнале Nature Astronomy.
У исследователей есть образцы самых ранних лет существования Солнечной системы в виде железных метеоритов. Эти метеориты являются остатками металлических ядер самых ранних планетезималей в нашей Солнечной системе, которые избежали аккреции в формирующуюся планету и вместо этого вращались вокруг Солнечной системы, прежде чем в конечном итоге упасть на нашу планету.
Химический состав метеоритов, подобных этим, может дать информацию об окружающей среде, в которой они сформировались, и ответить на такие вопросы, как, например, сформировались ли строительные блоки Земли вдали от нашего Солнца, где более низкие температуры позволили существовать водяному льду, или вместо этого они образовались. ближе к Солнцу, где тепло испарило бы всю воду и привело бы к образованию сухих планетезималей.
Если последнее верно, Земля образовалась сухой и получила воду другим способом на более позднем этапе своей эволюции.
Хотя метеориты не содержат воды, ученые могут сделать вывод о ее давно утраченном присутствии, исследуя ее влияние на другие химические элементы.
Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В присутствии других элементов вода часто отдает атом кислорода в процессе, называемом окислением. Например, металлическое железо (Fe) реагирует с водой (H2O) с образованием оксида железа (FeO). Достаточный избыток воды может ускорить процесс, образуя Fe2O3 и FeO(OH), ингредиенты ржавчины.
Марс, например, покрыт ржавым оксидом железа, что является убедительным доказательством того, что на Красной планете когда-то была вода.
Даманвир Гревал, бывший научный сотрудник Калифорнийского технологического института и первый автор нового исследования, специализируется на использовании химических сигнатур железных метеоритов для сбора информации о ранней Солнечной системе.
Хотя оксид железа из самых ранних планетезималей уже давно исчез, команда смогла определить, сколько железа могло быть окислено, исследуя содержание металлических никеля, кобальта и железа в этих метеоритах. Эти три элемента должны присутствовать примерно в равных соотношениях по отношению к другим примитивным материалам, поэтому, если бы какое-либо железо «отсутствовало», это означало бы, что железо было окислено.
«Сообщество, занимающееся формированием планет, несколько игнорирует железные метеориты, но они представляют собой богатые хранилища информации о самом раннем периоде истории Солнечной системы, если вы научитесь читать сигналы», — говорит Азимоу. «Разница между тем, что мы измерили в метеоритах внутренней Солнечной системы, и тем, что мы ожидали, предполагает, что активность кислорода примерно в 10 000 раз выше».
Исследователи обнаружили, что те железные метеориты, которые, как считается, произошли из внутренней части Солнечной системы, содержали примерно такое же количество недостающего металлического железа, как и метеориты, полученные из внешней части Солнечной системы. Чтобы это было так, планетезимали обеих групп метеоритов должны были образоваться в той части Солнечной системы, где присутствовала вода, а это означает, что строительные блоки планет аккумулировали воду с самого начала.
Признаки воды в этих планетезималях бросают вызов многим современным астрофизическим моделям Солнечной системы. Если бы планетезимали образовались на нынешнем орбитальном положении Земли, вода могла бы существовать только в том случае, если бы внутренняя часть Солнечной системы была намного холоднее, чем предсказывают современные модели. Альтернативно, они могли образоваться дальше, где было прохладнее, и мигрировать внутрь.
«Если вода присутствовала в ранних строительных блоках нашей планеты, то, вероятно, присутствовали и другие важные элементы, такие как углерод и азот», — говорит Гревал. «Ингредиенты жизни могли присутствовать в семенах каменистых планет с самого начала».
«Однако этот метод обнаруживает только воду, которая была израсходована при окислении железа», — добавляет Азимов. «Он не чувствителен к избытку воды, которая может впоследствии сформировать океан. Таким образом, выводы этого исследования согласуются с моделями аккреции Земли, которые требуют позднего добавления еще более богатого водой материала».
Статья называется «Аккреция самых ранних планетезималей внутренней Солнечной системы за пределами водной снеговой линии». Помимо Азимова и Гревала, соавторами являются бывший постдокторант Калифорнийского технологического института Николь X. Ни, Бидонг Чжан из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Андре Изидоро из Университета Райса. Гревал в настоящее время является доцентом Университета штата Аризона.
Информация от: Калифорнийским технологическим институтом
