В научном сообществе считается, что большая часть воды занесена на Землю метеоритами на поздних этапах ее истории. Однако новое исследование лунных пород ставит эту теорию под сомнение.
Ученые исследовали обширную коллекцию образцов лунного реголита, доставленных миссиями «Аполлон», высокоточным методом тройного анализа изотопов кислорода. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Летопись бомбардировок
Земля стерла большую часть следов ранней бомбардировки из-за тектонической активности и постоянного перераспределения коры. Луна же сохраняет постоянно доступный архив: лунный реголит — рыхлый слой обломков, созданный и переработанный ударами за миллиарды лет.
Со времен программы «Аполлон» ученые пытались прочесть этот архив, используя элементы, которые концентрируются в ударных объектах, — особенно «металлолюбивые» сидерофильные элементы, которых много в метеоритах, но мало в силикатной коре Луны. Но реголит — это крайне сложная смесь: удары могут многократно плавить, испарять и перерабатывать материал, а последующие геологические процессы способны отделять металл от силикатов, что затрудняет попытки реконструировать тип и количество ударного вещества.
Именно поэтому в центре внимания нового исследования оказался кислород — самый распространенный по массе элемент в горных породах — и его тройной изотопный «отпечаток», чтобы разделить два обычно смешанных в лунном реголите сигнала: 1. добавление метеоритного вещества и 2. изотопные эффекты от испарения при ударе.
«Лунный реголит — одна из тех редких вещей, что помогает нам изучать совокупную летопись бомбардировок Земли космическими телами на протяжении миллиардов лет. Изотопный "отпечаток" кислорода позволяет вычленить сигнал ударника из смеси, которая бесчисленное множество раз плавилась, испарялась и перерабатывалась», — пояснил геохимик Тони Гаргано из Лунно-планетного института, руководивший исследованием.
Измеренные отклонения в изотопном соотношении кислорода в реголите привели к выводу, что как минимум ~1% его массы составляет ударное вещество, что лучше всего объясняется частичным испарением при ударе богатых углеродом метеоритов.
Основываясь на этом результате, рассчитали возможное количество занесенной — и, что немаловажно, оставшейся — метеоритами воды. Для Луны объем воды, доставленной за последние ~4 миллиарда лет, ничтожен в масштабах земного океана. Но «ничтожен по сравнению с земными океанами» — не значит «неважен для Луны». Водные ресурсы нашего спутника сосредоточены в небольших холодных ловушках, и вода — именно тот ресурс, который критически важен для его освоения человечеством. Другими словами, длительная «капель» воды от ударников может быть незначительной для Земли, но при этом вносить весомый вклад в доступные водные запасы Луны.
Малая толика
Ту же оценку аппроксимировали на Землю, учитывая, что она испытала примерно в 20 раз большую интенсивность метеоритной бомбардировки. Получилось, что совокупное количество доставленной воды составило бы в лучшем случае лишь несколько процентов от объема Мирового океана. Таким образом, поздняя доставка богатыми водой метеоритами не могла быть основным источником, наполнившим моря и океаны, а разве что внесла небольшой вклад. Тем более что независимые оценки предполагают наличие на Земле в целом воды массой в несколько океанов.
«Наши результаты не утверждают, что метеориты не доставляли воду вообще. Они говорят о том, что долговременная летопись Луны делает крайне маловероятным, чтобы поздняя метеоритная доставка была основным источником воды для земных океанов», — подчеркнул соавтор работы Джастин Саймон из отдела научных исследований и изучения астроматериалов НАСА.
«Образцы "Аполлона" — это точка отсчета для сравнения Луны с остальной Солнечной системой. Помещая лунный грунт и метеориты в одну систему координат, основанную на изотопах кислорода, мы проверяем идеи о том, какие именно тела поставляли воду во внутреннюю Солнечную систему. В конечном счете, это вопрос о том, почему Земля стала обитаемой и каким образом здесь изначально собрались ингредиенты для жизни», — резюмировал Гаргано.