Вся жизнь на Земле построена на углеродной основе, но откуда взялся углерод? Модели на ранних стадиях развития планеты показывают, что большинство из первоначальных запасов углерода либо осело в ядре планеты, либо сбежало в космос, однако углерода на планете все-равно более чем достаточно. Исследователи из Университета Райса предлагают к рассмотрению гипотезу о том, что огромные запасы углерода мы получили после столкновения с протопланетой Меркурий примерно 4,4 миллиарда лет назад.
Принято считать, что Земля была покрыта океаном магмы, с течением времени металлы отделились и остались снизу и углерод также попал в ядро из-за схожести с металлами. Из оставшегося на поверхности углерода часть испарилась во время извержений вулканов. Если все происходило именно так, то где та самая точка с которой планета начала охлаждаться и при этом иметь необходимое количество углерода.
«Задача состоит в том, чтобы объяснить происхождение летучих элементов, как углерод, которые остаются вне ядра в мантии нашей планеты», — говорит Раджип Дасгупта, соавтор исследования.
Одна из основных теорий предполагает, что летучие элементы: углерод, сера, азот и водород — были принесены на Землю с метеоритами после того как формирование планеты закончилось и магма остыла. Тем не менее подтверждений этой теории нет, так как ни один из существующих метеоритов не имеет такого состава, чтобы наполнить планету этими веществами.
Команда долго искала что-то вне Земли, что могло бы подарить углеродное обилие планете.
«Мы думали, что обязательно нужно отказаться от традиционного основного состава всего железа, и никеля и углерода», — говорит Дасгупта: «Так мы начали изучать очень богатые серой и кремнием сплавы, отчасти потому, что ядро Марса считается богатым серой и ядро Меркурия считается относительно богатым кремнием.»
Используя лабораторное оборудование, которое воссоздает высокие температуры и высокое давление, тем самым демонстрируя условия внутри планеты, команда стала экспериментировать с разными уровнями серы и кремния, и наметили, как углеродный уровень в мантии будет влиять на уровень других составляющих, а также на температуру и давление.
Результаты исследования показали, что если планета была богата на серу или кремний, то углерод осядет в мантии. Опираясь на это команда стала сравнивать цифры чтобы выяснить концентрацию летучих веществ в мантии Земли, и предположили, что скорее всего было столкновение протопланеты с высоким содержанием серы и кремния, и как следствие, богатой углеродом.
«Один сценарий, который объясняет соотношение углерода-серы и обилие углерода заключается в том, что зарождающаяся планета, как Меркурий, которая уже сформировала кремний-богатый центр, столкнулась с Землей и была поглощена ею», — говорит Дасгупта: «Так как это массивное тело, динамика могла бы работать таким образом, что ядро планеты перешло непосредственно к ядру нашей планеты, и в богатой углеродом мантии смешалось с мантией Земли.»
Пока этот сценарий позволяет объяснить все имеющиеся запасы Земли, углерода и серы, исследователи признают, что многое еще предстоит сделать для того, чтобы провести аналогию между всеми веществами имеющимися на планете.
