Первые планетезимали могли обеспечить Землю фосфором и азотом для зарождения жизни

Вопрос о том, откуда на Земле взялись фосфор и азот — два незаменимых компонента живых систем, — долгое время оставался предметом споров. Традиционно считалось, что значительная часть этих летучих веществ попала на планету с углеродистыми хондритами — древними метеоритами из внешней части Солнечной системы. Однако новые данные, полученные в ходе лабораторных экспериментов и компьютерного моделирования, указывают на более ранний и неожиданный источник.

Эксперименты с железо-никелевыми сплавами

Чтобы воссоздать условия внутри ранних металлических тел Солнечной системы, авторы исследования, опубликованного в журнале Science Advances, провели серию высокотемпературных опытов. Они изучали, как фосфор и азот распределяются между твёрдыми и расплавленными железо-никелевыми сплавами. Полученные данные затем использовались для реконструкции состава родительских тел железных метеоритов — остатков ядер разрушенных протопланетных тел.

Выяснилось, что самые ранние планетезимали внешней части Солнечной системы содержали больше фосфора по отношению к азоту, чем аналогичные объекты внутренней области. Напротив, у более поздних тел — хондритов — картина оказалась обратной: их представители из внешней области имели низкие значения этого соотношения. Таким образом, за первые несколько миллионов лет химическая структура протопланетного диска существенно изменилась.

Роль Юпитера и турбулентности

Учёные предполагают, что на ранних этапах внутренние области диска были очень горячими и турбулентными. Именно там активно образовывался богатый фосфором минерал шрейберзит. Потоки вещества переносили эти частицы наружу, в более холодные регионы, где формировались первые планетезимали внешней части системы. Позже турбулентность ослабла, а растущий Юпитер стал препятствовать переносу материала между внутренними и внешними областями. В результате доставка богатых фосфором частиц сократилась, и химический баланс сместился.

Чтобы проверить, какие типы планетезималей могут воспроизвести современное соотношение фосфора и азота в земной мантии, исследователи смоделировали формирование Земли. Расчёты показали, что одни только углеродистые хондриты из внешней части Солнечной системы дают слишком высокие значения. Напротив, ранние планетезимали внутренней части системы гораздо лучше соответствуют наблюдаемому составу.

Дополнительным аргументом стали изотопные данные по азоту: если бы его основным источником были внешние углеродистые тела, изотопный состав земной мантии был бы иным. Модели подтвердили, что внутренние планетезимали соответствуют как химическим, так и изотопным характеристикам современной Земли.

Таким образом, планетологи рисуют более сложную картину происхождения строительных блоков жизни. Вместо единовременной доставки жизненно важных элементов из внешней части Солнечной системы Земля получала их на протяжении всего роста от разных поколений планетезималей. Причём ключевую роль сыграли самые древние тела внутренней области протопланетного диска — объекты, существовавшие задолго до появления привычных метеоритов.