Раннее испарение оказалось причиной дефицита летучих элементов на Земле

Летучие элементы, такие как углерод, водород, азот и сера (S), имеют огромное значение для формирования, дифференциации и обитаемости планеты. Однако современная Земля, хотя и богата жизнью, содержит относительно мало летучих веществ. Это даёт важные ключи к пониманию распространения и эволюции содержания летучих веществ на планетах земной группы.

В исследовании, опубликованном в Nature Geoscience, группа учёных под руководством профессора У Чжунцина из Научно-технического университета Китая (USTC) Китайской академии наук обнаружила, что в условиях солнечной туманности именно плавление и испарение протопланетного зародыша стали основными причинами дефицита летучих элементов на Земле.

Согласно предыдущим исследованиям, Земля обладает значительным недостатком летучих элементов по сравнению с ранней Солнечной системой. Для объяснения этого явления предлагались различные механизмы, такие как доставка летучих метеоритами или испарение в ходе эволюции Земли. Ключевым индикатором стало точное измерение соотношения изотопов серы. Однако, поскольку большое количество серы проникло в ядро Земли во время дифференциации ядро–мантия, её изотопный состав для всей планеты долгое время оставался загадкой.

В данном исследовании с помощью расчётов из первых принципов учёным удалось определить коэффициент фракционирования изотопов серы между мантией и ядром. Оказалось, что дифференциация ядро–мантия практически не влияет на фракционирование изотопов.

С помощью термодинамических расчётов исследователи обнаружили, что при плавлении протопланетного зародыша тяжёлые изотопы серы улетучивались в форме сероводорода, что согласуется с низким соотношением изотопов серы на Земле. Кроме того, они выяснили, что большое количество серы было потеряно во время гигантского столкновения, сформировавшего Луну, оставив для Земли более лёгкие изотопы серы.

Исследование показывает, что изначально Земля была богата летучими веществами, и именно испарение на ранних стадиях привело к её современному составу. Работа даёт новое понимание происхождения летучих веществ на планетах земной группы.