Гіпотези походження води на Землі

Сучасна наука розглядає кілька основних гіпотез появи рідкої води на планеті кілька мільярдів років тому, які, ймовірно, доповнюють одне одного. Нижче наведені найбільш визнані теорії серед наукової спільноти.

1. Ендогенна (внутрішня) гіпотеза. Згідно з цією теорією, вода утворилася всередині Землі в процесі її формування близько 4,5 млрд років тому. Коли молода Земля перебувала у розплавленому стані, водень та кисень, які входили до складу мінералів і газів протопланетної хмари, могли з'єднуватися у воду під впливом високих температур і тиску. Ця вода виділялася з надр планети через вулканічні гази та дегазацію мантії — процес, у якому леткі речовини (зокрема пари H₂O) виходять назовні. У 2022 році групою геофізиків було запропоновано детальний механізм виникнення води на земній поверхні внаслідок фазових переходів різних мінеральних складових. Виявилося, що у складі молодої Землі було дуже багато речовини, яка зараз практично не зустрічається – магнію гідросилікат (Mg2SiO5H2). Він міг існувати тільки при великому тиску у центральній частині планети, а коли тиск знижувався, то з мінералу вивільнялася вода. В результаті диференціації речовини планети під дією гравітації, більш важкі елементи опускалися ближче до центру планети та формували її ядро ​​(залізо, нікель тощо), а легкі фракції навпаки піднімалися до поверхні, в тому числі гідросилікати, де вода знаходилася у зв'язаному стані. Крім того, аналіз ізотопного складу вказує на те, що значна частина земної води має «мантійне» походження. А деякі поширені мінерали (типу олівіну та вадслеїту) здатні утримувати значні об'єми води у формі гідроксильних груп.

2. Екзогенна (зовнішня) гіпотеза. Вона припускає, що вода потрапила на Землю із космосу вже після формування самої планети. Серед найімовірніших «постачальників» води розглядаються комети та астероїди. Комети являють собою малі космічні тіла, що складаються з водяного льоду, пилу та інших компонентів. Довгий час саме вони вважалися найімовірнішими джерелами земної води. Однак, проведені в останні роки дослідження показали, що вода в більшості комет має надто високий вміст дейтерію (важкого водню), що не відповідає земній воді. Тому основна увага переключилася на астероїди, а саме на певний їхній клас – вуглисті хондрити. Ізотопний склад молекул води в їхній структурі практично точно збігається із земною водою. Наприклад, астероїди із зовнішньої частини Сонячної системи могли доставити воду у вигляді гідратованих мінералів у період «пізнього важкого бомбардування» (близько 4 млрд років тому). Це час у геологічній історії, коли на Землю з високою інтенсивністю падали метеорити та комети.

Втім, найімовірніше, що відбувалася комбінація кількох механізмів: ендогенних та екзогенних. Частина води піднялася до нас із земних надр, яка спочатку входила до складу мінералів та гірських порід, а частина потрапила ззовні - внаслідок падіння малих космічних тіл на поверхню планети в перші 100 - 300 млн. років з моменту появи Землі. Принаймні така картина найкраще узгоджується з геохімічними, астрономічними та комп'ютерними моделями, що існують на сьогоднішній день.