Джерелом необхідного для життя вуглецю у ядрі Землі назвали околиці Сонячної системи

10 листопада 2026 р. 10:04

10 листопада 2026 р. 10:04

Джерелом вуглецю в земному ядрі назвали речовину з околиць Сонячної системи, яка потрапила на планету в процесі її формування. На це вказав незвично високий вміст одного з ізотопів цього елемента, вуглецю-13, в речовині, що походить із ядра. Натомість у речовині з мантії цього ізотопу значно менше, тож, імовірно, вона сформувалася з речовини внутрішньої Сонячної системи, збідненої на вуглець. Таким чином, отримання Землею необхідного для життя вуглецю могло відбуватися в декілька етапів. Дослідження опублікували в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences .

Художнє зображення різних шарів земних надр: внутрішнього та зовнішнього ядра, мантії та кори. AlexLMX / iStock

Як досліджували речовину з ядра та мантії?

Науковці вже давно висувають різні гіпотези щодо того, звідки на Землі взявся вуглець, один з основних для життя хімічних елементів, і де зберігається його основна частина. Згідно з однією з гіпотез, вуглець може у великих кількостях знаходитися у ядрі, а його вивчення здатне підказати, яке походження має цей елемент. Оскільки безпосередньо дослідити земне ядро неможливо, дослідники вирішили шукати його сліди в речовині, яка підіймається з глибин планети разом із вулканічною магмою. Для цього вони звернули увагу на вулкани на Гавайських островах, бо джерело їхньої магми може знаходитися поблизу межі між мантією та ядром.

Науковці вивчили 48 крихітних часток застиглої магми, які збереглися всередині мінералу олівіну, з вулканічних порід вулкана Кілауеа та острова Оаху. Вони порівняли співвідношення двох ізотопів — вуглецю-12 і вуглецю-13. Виявилося, що зразки з вулкана Кілауеа мають незвично високий вміст важчого ізотопу, натомість у зразках із вулканічних порід острова Оаху його частка була значно нижчою і відповідала значенням, характерним для мантії Землі.

Розплавні включення магми в мінералі олівіні. Yves Moussallam

Цю відмінність пов’язують із різним походженням магми. Імовірно, Кілауеа отримує магму з центральної частини мантійного плюму — висхідного потоку гарячої речовини, джерело якого може розташовуватися поблизу межі між ядром і мантією. Натомість зразки з Оаху, ймовірно, відображають склад речовини з периферійної частини цього потоку, де переважає матеріал навколишньої мантії.

Як вуглець потрапив до ядра?

Щоб пояснити, звідки ж взявся цей вуглець у надрах планети, науковці порівняли отримані результати зі складом різних метеоритів. Особливу увагу вони приділили вуглецевим хондритам — давнім метеоритам, багатим на вуглець та інші речовини, які легко випаровуються під час нагрівання. Їхні батьківські тіла сформувалися у віддалених областях ранньої Сонячної системи. Виявилося, що вміст ізотопів вуглецю в деяких із них добре узгоджується з тим, який дослідники припускають для земного ядра. Подібний склад мають і зразки астероїдів Рюгу та Бенну.

На цій основі дослідники запропонували сценарій формування Землі. Спочатку молода планета накопичувала переважно матеріал із внутрішніх областей Сонячної системи. Він був бідним на вуглець, оскільки значна частина летких речовин уже втратилася через сильне нагрівання. Пізніше Земля отримала додаткову порцію багатшого на вуглець матеріалу з далеких областей Сонячної системи. Частина цього елемента могла опинитися в ядрі й зберегтися там. Згодом, під час зіткнення, що призвело до утворення Місяця, та внаслідок подальшого надходження речовини на Землю до її мантії потрапив додатковий вуглець, але вже з іншим співвідношенням ізотопів. Тож вуглець у різних частинах надр Землі може зберігати хімічні сліди різних етапів формування нашої планети.

Що відбувається з вуглецем у ядрі?

Дослідники також припустили, що земне ядро може бути не таким ізольованим від решти планети, як вважалося раніше. Частина вуглецю, імовірно, поступово переходить із ядра до мантії, а потім може досягати поверхні разом із вулканічною магмою. Якщо цей процес справді відбувається, він може впливати на довготривалий кругообіг вуглецю на Землі, зокрема на кількість вуглекислого газу, що вивільняється під час масштабних вулканічних вивержень. Поки що це гіпотеза, яка потребує подальшої перевірки.

• А от до Сонячної системи та й Чумацького Шляху вуглець, найімовірніше, потрапив з-за меж нашої галактики, а туди перенісся після вибухів наднових.
• Астрономи відтворили те, як вуглець перемішується в мантії, і з’ясували, що найефективніше цей процес відбувається на тих землеподібних планетах, які мають багате на уран і торій ядро.

Наука