Изотопы кислорода с Луны указали на столкновение Земли и Тейи

Вода существовала на древней Земле еще до столкновения с гипотетической планетой Тейей и формирования Луны, заявляют исследователи в журнале Science Advances. Кроме того, астрономы утверждают, что удар был настолько мощным, что вещество нашей планеты полностью перемешалось с веществом врезавшегося в нее небесного тела.

Одна из теорий происхождения Луны предполагает, что она появилась в результате катастрофического столкновения Земли и Тейи. Протопланета размером с Марс врезалась в Землю под углом, и большая часть вещества ударившегося объекта, а также часть вещества земной мантии, оказались выброшены на околоземную орбиту. Из этих «обломков» сформировалась Луна.

Такая гипотеза хорошо объясняет близкий изотопный состав Земли и ее спутника, а также небольшое количество летучих веществ на Луне, в том числе и воды. По мнению исследователей, они могли просто испариться из-за крайне высоких температур и давления. Тем не менее, ученым точно неизвестно, как и когда вода возникла на нашей планете.

Авторы новой работы под руководством Ричарда Гринвуда (Richard Greenwood) из Открытого университета провели самое масштабное исследование лунных метеоритов. Они проанализировали образцы грунта, собранные в ходе всех миссий Apollo, и сравнили их с образцами, полученными глубоководного морского дна. В частности, исследователи смотрели на содержание изотопов кислорода (отношение ¹⁸O и ¹⁷O к ¹⁶O), так как это один из самых распространенных элементов в космосе, а его «изотопная подпись» в прилетающих на Землю метеоритах хорошо изучена.

Анализ показал, что концентрация изотопов кислорода в лунных образцах и в земных базальтовых породах отличается всего на 3-4 миллионных доли. Сравнение с земным минералом оливином, который часто встречается под поверхностью планеты, не показало статистически значимых отличий. Проведенные учеными симуляции указывают на то, что в прошлом Земля действительно пережила крайне мощное столкновение с другой планетой, в ходе которого вещество двух небесных тел почти полностью перемешалось. Обнаруженные отличия могут объясняться тем, что на более поздних этапах формирования на Землю неоднократно падали метеориты, в том числе и крупные.

Кроме того, на основании полученных результатов и симуляций авторы статьи также утверждают, что большая часть воды на Земле должна была существовать еще до столкновения с Тейей. Впоследствии мировой запас воды увеличился лишь на 5-30 процентов. Тот факт, что океан Земли сохранился даже несмотря на то, что в нее врезалось тело планетарной массы, может быть важен для исследования экзопланет в будущем. Данные ученых позволяют предположить, что планеты, пережившие мощный удар, все равно могут содержать воду. 

Вероятность столкновения с Тейей в прошлом подтверждают и другие исследования. Сравнение распределения более склонных к образованию соединений с серой изотопов меди на поверхности Земли и в метеоритах указывает, что 90 процентов всей земной серы «утонуло» в ядре. Также исследования образцов лунных пород показывают, что грунт Луны содержит мало летучих элементов и соединений, в том числе и легких изотопов цинка, что свидетельствует в пользу большого столкновения в древности.

Кристина Уласович