Новости химической науки > Газы внеземного происхождения в атмосфере Земли

Часть молекул, которые Вы сейчас вдохнули, могла когда-то находиться за орбитой Плутона.

Исследователи, изучавшие состав древних газов, находящихся в глубоких колодцах в Нью-Мексико, получили неоспоримые доказательства того, что некоторые из компонентов нашей атмосферы происходят из самых дальних уголков Солнечной системы. Новое открытие может изменить сложившиеся уже полвека преставления об эволюции атмосферы Земли.

Не все газы земной атмосферы имеют земное происхождение

С пятидесятых годов ХХ века бытовало мнение о том, что Земля, как и Солнце и другие планеты солнечной системы, образовалась в результате уплотнения примордиального газопылевого облака, при этом часть газов, входящих в состав этого облака, были захвачены и инкапсулированы в мантию Земли. Затем в течение сотен миллионов лет извержения вулканов приводили к выбросу газов из мантии Земли на поверхность, где сила тяготения способствовала сохранению первичной атмосферы. Смесь этих газов наряду с образовавшимся на более поздних стадиях биогеологической эволюции Земли биогенным кислородом, составили ныне существующую атмосферу Земли.

Такая модель образования атмосферы казалась вполне логичной, до тех пор, пока несколько лет назад исследователи не начали исследовать образцы пород из колодцев Нью-Мексико. Целью такого исследования являлось изучение древних микрорезервуаров, в которых миллиарды лет содержатся захваченные вулканические газы. Такие резервуары не контактировали с поверхностью и, поэтому, на их состав не влияет современная атмосфера. В особенности исследователей интересовало изотопное распределение ксенона и криптона, содержащихся в таких газовых пузырьках, впаянных в горные породы.

Изучение соотношения изотопов ксенона и криптона, содержащихся в скальных породах, дало неожиданный результат - полученный изотопный состав инертных газов не соответствовал изотопному составу примордиального облака, из которого образовалась Солнечная система (это соотношение можно определить по изотопному составу компонентов солнечного ветра или планет солнечной системы и их спутников). Исследователи обнаружили, что соотношение изотопов криптона и ксенона в вулканических газов соответствует изотопному распределению этих элементов в метеоритах, образовавшихся около 4,5 миллиардов лет назад во время зарождения Солнечной системы (это соотношение известно исследователям по результатам изучения химического состава метеоритов, падающих на Землю).

На основании проведенных исследований был сделан вывод о том, что часть атмосферы Земли оказалась на Земле уже после стадии полного формирования планеты. Возможно, что часть атмосферы была занесена на Землю кометами, которые падали на поверхность планеты, испарялись при столкновении с поверхностью, обогащая атмосферу парами воды и следовыми количествами криптона, ксенона и других элементов.

Один из авторов работы, Кристофер Баллентайн (Christopher Ballentine), отмечает, что обнаруженные результаты оказались несколько неожиданными для исследователей. Результаты работы показывают, что первые газы, захваченные в процессе образования Земли, не могли внести серьезного вклада в формирование земной атмосферы, а атмосфера Земли образовалась гораздо позже, чем полагалось ранее. Для подтверждения вывода о том, что кометное вещество могло стать источником атмосферы, исследователи планируют проанализировать изотопный состав криптона и ксенона в кометных образцах, недавно отобранных в ходе реализации программы 'Звездная пыль'.

Боб Пепин (Bob Pepin), физик из Университета Миннесоты высоко оценивает данные по соотношению изотопов криптона и ксенона, полученные коллегами, однако предостерегает от поспешной формулировки выводов о коренном пересмотре процесса образования земной атмосферы.

Пепин заявляет, что образовавшаяся из примордиальных газов первичная атмосфера Земли могла быть полностью утрачена в ходе космического катаклизма, приведшего к образованию Луны, поэтому в настоящее время мы просто не можем наблюдать свидетельства существования атмосферы, образовавшейся в результате захвата газов мантией и испускания их в ходе вулканических процессов.

Источник: Science, 2009, 326, 5959, 1522; DOI: 10.1126/science.1179518

метки статьи: #аналитическая химия, #космохимия, #радиохимия и химия высоких энергий