Гидротермальные системы древности: как удары астероидов запустили химию жизни

В сознании многих людей астероиды связаны только с разрушением и хаосом. Они справедливо указывают на Чиксулуб — виновник гибели динозавров. Взгляд на Луну и Меркурий лишь укрепляет эту связь между ударами и катастрофами. Однако сегодня ученые думают иначе. Появляется всё больше доказательств обратного. В ранней истории Земли именно удары могли сыграть ключевую роль. Они, вероятно, запустили процесс формирования «кирпичиков жизни».

Астероиды принесли химические заготовки

Есть четкие данные: пребиотические молекулы существуют на астероидах и кометах. В их числе — аминокислоты. Во время падений эти вещества попадали на Землю. Так, на молодой планете, они могли сформировать живые клетки.

Но это лишь часть истории. Мощные удары не только доставляют химикаты. Они выделяют колоссальную энергию. Эти события, в зависимости от размера тела и скорости удара, создавали огромные подземные зоны. Порода там была раскрошена и пронизана порами. Сквозь них текли горячие воды.

В итоге формировалась долгоживущая гидротермальная «губка». В ней взаимодействовали минералы, вода и химические вещества. Такая химическая кухня и могла стать местом зарождения жизни.

Новое исследование: цифры и масштабы

Новая работа в журнале AGU Advances глубоко изучает этот вопрос. Она называется «Широко распространенная ударная проницаемость коры на ранней Земле». Первый автор — Аманда Александер из Юго-Западного исследовательского института (SwRI). Ученые сосредоточились на двух древнейших эонах: архее (2,5–4,0 млрд лет назад) и гадее (4,0–4,5 млрд лет назад).

В те времена удары были частыми. Их даже называют бомбардировками. Специалисты знают: некоторые из этих событий создали долгоживущие гидротермальные системы. Они сохранялись в коре миллионы лет. В данной работе ученые хотели понять параметры этих ударов. Их интересовало, как именно они влияли на кору планеты.

Команда использовала код физики ударных волн. Это позволило провести «первое комплексное исследование». Они количественно оценили ударные проницаемые объемы в верхней коре. В расчет брались разные условия: геотермальный градиент, толщина коры, наличие океана, скорость и размер ударника.

«Это моделирование является новаторским и критически важным для понимания древней среды», — заявила Александер. «Хотя бомбардировки обычно считаются катастрофой, они также могли создавать условия для пребиотической химии».

Сравнение с Йеллоустоуном и Чиксулубом

Сегодня на Земле есть крупные гидротермальные поля. Например, в Йеллоустонском парке США или в зоне Таупо в Новой Зеландии. Однако они малы по сравнению с системами от гигантских ударов. Некоторые из описанных событий создали объекты более чем в 100 раз больше Йеллоустоуна.

Авторы поясняют: объем системы Йеллоустоуна — около 10 000 кубических км. Для сравнения: система от удара Чиксулуб оценивается в 1 миллион кубических км. Все случаи с ударником в 10 км дают объем, схожий с Чиксулубом. Астероиды размером 50, 100 и 250 км генерируют объемы в 2–4 порядка больше, чем Чиксулуб.

При ударе в океан, а не в сушу, система становится меньше. Наличие 5-километрового океана подавляет развитие проницаемого пространства. Дробление коры охватывает меньшую область. Его интенсивность также снижается.

Оценки и выводы для ранней Земли

Используя модель истории бомбардировки, ученые оценили кумулятивные эффекты. Они выяснили, что верхний 8-километровый слой коры был высокопроницаем уже 4,3 миллиарда лет назад. Значительная часть этого объема оставалась проницаемой вплоть до 3,5 миллиарда лет назад.

«Эти результаты показывают, что удары сыграли важнейшую роль в гидротермальных изменениях коры», — добавила Александер. Это имело огромные последствия для геохимической эволюции приповерхностных сред.

Стоит признать: это первое комплексное исследование такого рода. Моделировать подобное сложно. Исследователи опираются на некоторые допущения. Например, их модель проницаемости не учитывает уплотнение породы. Поэтому время сохранения проницаемости может быть переоценено. Кроме того, пока нет способа смоделировать сдвиговые эффекты. Однако измельчение породы (например, при обрушении центрального поднятия кратера) наоборот, увеличивает проницаемость.

Несмотря на возможные уточнения, общий вывод ясен. Кора Земли пережила эпизоды экстремальной бомбардировки. Каждый удар создавал значительное проницаемое пространство в верхней коре. Результатом стала сеть гидротермальных систем в древней базальтовой коре.

«Поскольку жизнь могла возникнуть именно в гидротермальной среде, важно понимать масштабы этих систем», — подчеркнула Александер. Авторы резюмируют: эти мелкие проницаемые сети, созданные повторяющимися ударами, могли служить тиглями для пребиотической химии.

По материалам www.universetoday.com (Автор Evan Gough )