Ученые разгадали загадку странного распределения изотопов кислорода в древнейших породах Солнечной системы

Космохимики разрешили давнюю загадку формирования Солнечной системы. Кислород, самый распространенный элемент в земной коре, демонстрирует странную, аномальную картину в древнейших, наиболее первозданных породах. Эта картина должна быть результатом иного химического процесса, чем хорошо изученные реакции, формирующие кислородсодержащие минералы на Земле.

Исследователи воссоздали условия в солнечной туманности — газовом облаке, из которого сформировались наша звезда, планеты и остаточные каменистые обломки, вращающиеся вокруг Солнца в виде астероидов. Они экспериментально показали, что простая химическая реакция, управляемая известными физическими принципами, может генерировать силикатную пыль с аномалией изотопов кислорода, соответствующей той, что обнаружена в древнейших породах Солнечной системы. Результаты опубликованы 24 октября в раннем онлайн-выпуске журнала Science.

Аномалию впервые отметили 40 лет назад в каменном метеорите, взорвавшемся над Пуэблито-де-Альенде в Мексике, и позже подтвердили в других метеоритах. Эти каменные метеориты, упавшие на Землю астероиды, — одни из старейших объектов в Солнечной системе, сформировавшиеся около 4.6 миллиардов лет назад. Соотношение между кислородом-16 и его более тяжелыми изотопами (кислород-17 и кислород-18) в них разительно отличается от картины, наблюдаемой в земных породах, породах Луны и Марса.

Обычно изотопы кислорода распределяются в соответствии с массой. Однако в этих метеоритах два более тяжелых изотопа кислорода присутствуют в равных пропорциях, что указывает на масс-независимое фракционирование. Последней из оставшихся гипотез для объяснения этого было влияние физико-химического принципа симметрии. В эксперименте, имитирующем условия ранней Солнечной системы, газовая фаза монооксида кремния реагировала с кислородом и водородом, образуя твердый диоксид кремния (основу силикатов). Анализ полученной пыли показал изотопный состав кислорода, совпадающий с аномальным рисунком в каменных метеоритах.

«Это последний шаг в создании первых пород с нуля», — отметил Марк Тиеменс, соавтор исследования. «Мы показали, что для генерации этой кислородной аномалии не нужен "магический рецепт". Это просто особенность физической химии».