Что скрыто в земном ядре: элемент из взорвавшихся звёзд оказался ключом к устройству планеты

Учёные стремятся понять роль серы в формировании Земли, моделируя в лабораториях условия, напоминающие удары метеоритов и экстремальные процессы в недрах планет.

Такие эксперименты позволяют приблизиться к ответу на вопрос, что скрывается в глубине ядра, и почему этот элемент оказался столь значимым для эволюции планеты. Проект S-CAPE получил престижный грант ЕС на пять лет и открывает новые направления в геонауках. Об этом сообщает Wired.

Что изучает проект S-CAPE

Инициативу возглавляет Валерио Черантола, профессор минералогии Университета Милано-Бикокка. Команда разделена на три исследовательские группы: одни создают лабораторные аналоги метеоритных столкновений, другие изучают поведение твёрдых сульфидных соединений, воспроизводя геологические эпохи, третьи работают с аморфными материалами — в том числе магмами — при давлениях и температурах, характерных для глубин планет.

Такой комплексный подход позволяет связать процессы, происходившие в момент зарождения Земли, с теми, что продолжают действовать в её недрах сегодня.

Черантола объясняет, что сера выделяется своей способностью существовать в разных степенях окисления, что делает её участником большого числа химических реакций.

Она может переходить от сильно окисленного состояния +6 к восстановленному -2, формируя широкий спектр соединений. По распространённости сера занимает позиции между пятым и восьмым местом среди элементов земной коры, и это подчеркивает её фундаментальную роль.

Откуда пришла сера и как она связана с жизнью

В интервью учёный отмечает, что сера формируется внутри массивных звёзд в ходе процессов нуклеосинтеза. После их взрыва элементы разлетаются по космическому пространству и в конечном итоге становятся частью межзвёздной пыли.

Около 4,5 млрд лет назад она конденсировалась в скопления, из которых со временем возникли астероиды, протопланеты и затем полноценные планеты Солнечной системы. Таким образом, современная сера на Земле имеет внеземное происхождение.

Учёный обращает внимание и на то, что серосодержащие молекулы, возможно, сыграли ключевую роль в появлении первых одноклеточных организмов, создав условия для ранней биохимии.

Может ли сера быть индикатором жизни на других планетах

Черантола отмечает, что спутниковые наблюдения уже выявили на некоторых экзопланетах соединения, подобные диметилсульфиду. На Земле такие молекулы производят только живые организмы. Поэтому их наличие за пределами Солнечной системы может стать косвенным признаком биологической активности и важным аргументом при поиске жизни.

Как устроены эксперименты в центре проекта

Одна из задач исследования — выяснить, как сера ведёт себя в условиях, сравнимых с давлением и температурой мантии и ядра Земли. Поскольку доступ в эти области невозможен, учёные создают экстремальные состояния в лабораториях.

Короткий импульс мощного лазера создаёт плазму, которая порождает ударную волну, распространяющуюся через образец. Такая волна воспроизводит процессы, происходящие при падении метеоритов или столкновении протопланет. Для этих целей используются установки нового поколения, включая X-ray Free Electron Laser в Гамбурге и крупные синхротронные источники, такие как ESRF в Гренобле.

Значение исследования для понимания строения Земли

Учёные подчёркивают, что наши знания о глубинных слоях планеты крайне ограничены: самой глубокой скважиной остаётся 12-километровая, а природные образцы из недр поднимаются максимум с глубины 700-800 км. Большая часть планеты — более 5600 км — недоступна для прямого изучения. Поэтому моделирование становится единственным способом понять, как сера влияет на формирование ядра и внутреннюю динамику Земли.

Проект S-CAPE открывает путь к новому пониманию роли серы — элемента, который связан и с космическим происхождением планет, и с зарождением жизни, и с фундаментальными процессами, происходящими в недрах Земли. Исследование поможет объяснить различия между химическим составом Земли и Марса и приблизит науку к разгадке того, что происходит в глубине нашей планеты.