Zgodnie z najbardziej rozpowszechnioną teorią naukowców mamy komety i asteroidy, za które możemy podziękować za ziemską wodę. Ale to nie jest takie proste. To wciąż jest tajemnica, a nowe badania sugerują, że nie cała woda na Ziemi została dostarczona w ten sposób na naszą planetę.
Wodór jest najliczniejszym pierwiastkiem we wszechświecie i znajduje się w centrum pytania otaczającego wodę na Ziemi. To nowe badanie było prowadzone wspólnie przez Petera Busecka, profesora Regentsa w School of Earth and Space Exploration oraz School of Molecular Sciences na Arizona State University. W nim autorzy sugerują, że wodór pochodził, przynajmniej częściowo, z mgławicy słonecznej, chmury gazu i pyłu pozostałych po powstaniu Słońca.
Zanim zagłębimy się w szczegóły tego nowego badania, warto przyjrzeć się od dawna teorii, która może ją zastąpić.
Przez długi czas większość naukowców uważała wersję wody pochodzącą z komet i planetoid za pochodzącą z wody tutaj na Ziemi. Wszystko zaczyna się od powstania Słońca.
Kiedy Słońce uformowało się z chmury molekularnej, zmiotło większość materiału w chmurze, pozostawiając resztki po wszystkim innym: planetach, asteroidach i kometach. Kiedy Słońce ożywa z fuzją, potężny wiatr słoneczny wysyła dużo wodoru z jego zewnętrznych warstw na zewnątrz, gdzie obecnie znajdują się wewnętrzne skaliste planety - Merkury, Wenus, Ziemia i Mars.
To królestwo gazowych gigantów, a co ważniejsze, komet i asteroid. Komety są lodowymi, skalistymi ciałami, które zawierają znaczne ilości wodoru wydmuchiwanego tam przez wczesne Słońce, a także asteroidy, choć w mniejszym stopniu. Stały się znaczącym rezerwuarem wodoru.
Gdy Ziemia uformowała się, była to stopiona kula, której powierzchnia utrzymywała się w tym stanie przez powtarzające się zderzenia z asteroidami. Jak dotąd, tak dobrze, ponieważ wczesny Układ Słoneczny był znacznie bardziej chaotycznym miejscem niż obecnie. Gdy asteroidy i komety uderzyły w tę gorącą Ziemię, woda i wodór w niej zostały zagotowane w kosmos. Gdy Ziemia z czasem ochłodziła się, woda z kolizji komety i asteroidy mogła kondensować się na Ziemi i nie mogła zostać odparowana w kosmos. Woda zatrzymała się wokół.
Dowodem na to są stosunki izotopowe. Stosunek deuteru ciężkiego izotopu wodoru do wodoru normalnego jest sygnaturą chemiczną. Myślenie mówi, że dwa zbiorniki wodne o tym samym stosunku muszą mieć to samo pochodzenie. A oceany Ziemi mają taki sam stosunek jak woda na planetoidach.
To bardzo uproszczona wersja szeroko rozpowszechnionej teorii o tym, jak woda dostała się na Ziemię.
Ale naukowcy są malkontentami, zawsze starając się lepiej, dokładniej zrozumieć rzeczy. Kwestionowali teorię „wody z komet”, zanim pojawiły się najnowsze badania.
W 2014 roku niektórzy naukowcy badali ten problem, przyglądając się meteorytom w różnym wieku. (Meteoryty to tylko asteroidy, które uderzyły w Ziemię.) Najpierw spojrzeli na tak zwane „meteoryty chondrytowe zawierające węgiel”. Są to najstarsze, jakie znamy i powstały mniej więcej w tym samym czasie co Słońce. Są podstawowymi elementami budulcowymi Ziemi.
Następnie zbadali meteoryty, które naszym zdaniem pochodzą z dużej asteroidy Westy. Westa powstała w tym samym regionie co Ziemia, około 14 milionów lat po urodzeniu się Układu Słonecznego. Według badań z 2014 r. Starożytne meteoryty przypominały masową kompozycję Układu Słonecznego i zawierają w nich dużo wody, dlatego powszechnie uważano je za źródło wody na Ziemi.
Pomiary przeprowadzone w tym badaniu z 2014 r. Wykazały, że te meteoryty mają taką samą chemię jak węglowe chondryty i skały znalezione na Ziemi. Doszli do wniosku, że chondryty węglowe są najbardziej prawdopodobnym powszechnym źródłem wody. Wówczas Horst Marschall, jeden z autorów badania, powiedział: „Badanie pokazuje, że woda na ziemi najprawdopodobniej gromadziła się w tym samym czasie co skała. Planeta uformowała się jako mokra planeta z wodą na powierzchni. ” Zespół odpowiedzialny za badanie przyznał, że część naszej wody pochodzi z uderzeń.
Co prowadzi nas do tego nowego badania, które potwierdza wnioski z badania z 2014 r.
Autorzy tego nowego badania twierdzą, że oceany i ich stosunki izotopowe mogą nie opowiedzieć całej historii. „To trochę martwy punkt w społeczności” - powiedział Steven Desch, profesor astrofizyki w School of Earth and Space Exploration na Arizona State University w Tempe w Arizonie. „Kiedy ludzie mierzą stosunek [deuteru do wodoru] w wodzie oceanicznej i widzą, że jest on bardzo zbliżony do tego, co widzimy w asteroidach, zawsze łatwo było uwierzyć, że wszystko pochodzi od asteroid.” Trudno ich winić; to całkiem przekonujący dowód.
„To trochę martwy punkt w społeczności”. - Steven Desch, School of Earth and Space Exploration, ASU.
Desch i inni autorzy tego nowego badania wskazują na badania opublikowane w 2015 r., Które pokazują, że oceany Ziemi mogą nie być reprezentatywne dla pierwotnych wód Ziemi. Oceany mogły krążyć między powierzchnią a głębszym zbiornikiem wody, głęboko w ziemi. Mogło to z czasem zmienić ten stosunek i może oznaczać, że ta głębsza woda reprezentuje przynajmniej część prawdziwej pierwotnej wody na Ziemi. I ta woda mogła pochodzić bezpośrednio z mgławicy słonecznej, a nie poprzez uderzenia komety i asteroidy.
W badaniu opracowano nowy teoretyczny model formowania się Ziemi w celu wyjaśnienia tych różnic między wodorem w oceanach Ziemi i na granicy płaszcza-jądra.
Ten nowy model pokazuje duże asteroidy z bali wodnych uformowane w planety miliardy lat temu w mgławicy słonecznej wirującej wokół Słońca. Te zarodki planetarne ulegały sekwencyjnemu zderzeniu i szybko rosły. Mówią, że w końcu wystarczająco potężne zderzenie stopiło powierzchnię największego zarodka w oceanie magmy. Ten największy zarodek stał się Ziemią.
Ten duży zarodek miał wystarczającą grawitację, aby utrzymać atmosferę i przyciągał gazy, w tym wodór, najbardziej obfity, z mgławicy słonecznej, tworząc jeden. Wodór w mgławicy słonecznej zawierał mniej deuteru i jest lżejszy niż wodór asteroidowy. Rozpuścił się w stopionym żelazie oceanu magmy na Ziemi.
Wodór został wciągnięty do środka Ziemi w procesie zwanym frakcjonowaniem izotopowym. Wodór jest przyciągany do żelaza i został dostarczony do jądra Ziemi przez żelazo. Deuter, ciężki izotop wodoru, pozostał w magmie, która ochłodziła się, tworząc płaszcz Ziemi. Utrzymujące się uderzenia przyniosły na Ziemię więcej wody i masy, dopóki nie osiągnęły masy, jaką ma dzisiaj.
Kluczowym punktem tego nowego modelu jest to, że wodór w jądrze Ziemi różni się od wodoru w płaszczu i oceanach. Woda w rdzeniu ma znacznie mniej deuteru. Ale co to wszystko znaczy?
Nowy model pozwolił autorom oszacować ilość wody, która pochodziła z uderzeń asteroid, gdy Ziemia rosła i ewoluowała, w porównaniu do tego, ile pochodziła z mgławicy słonecznej, gdy Ziemia się utworzyła. Ich wniosek? „Na każde 100 cząsteczek ziemskiej wody przypada jedna lub dwie pochodzące z mgławicy słonecznej” - powiedział Jun Wu, asystent profesora naukowego w School of Molecular Sciences oraz School of Earth and Space Exploration na Arizona State University i współautor badania.
To badanie jest nowym spojrzeniem na formację planetarną, rozwój i na to, jak wczesne życie może rozkwitnąć na młodej planecie.
„Ten model sugeruje, że nieuniknione tworzenie się wody prawdopodobnie nastąpiłoby na wystarczająco dużych skalistych egzoplanetach w układach pozasłonecznych. Myślę, że to bardzo ekscytujące. ” - Jun Wu, School of Molecular Sciences oraz School of Earth and Space Exploration w ASU, współautor.
Wcześniej myśleliśmy, że jedyne planety, które mogłyby na nich żyć, musiałyby znajdować się w Układzie Słonecznym bogatym w asteroidy i komety przenoszące wodę. Ale tak może nie być. W innych układach słonecznych nie wszystkie planety podobne do Ziemi mają dostęp do planetoid wypełnionych wodą. Nowe badanie sugeruje, że wszelkie egzoplanety nadające się do zamieszkania mogły uzyskać wodę z mgławicy słonecznej w ich układzie. Ziemia ukrywa większość wody w swoim wnętrzu. Ziemia ma w przybliżeniu dwa oceany w płaszczu i 4 lub 5 w rdzeniu. Egzoplanety mogą być podobne.
„Ten model sugeruje, że nieuniknione tworzenie się wody prawdopodobnie wystąpiłoby na wystarczająco dużych skalistych egzoplanetach w układach pozasłonecznych”, powiedział Wu. „Myślę, że to bardzo ekscytujące.”
W tym nowym modelu jest jednak jedna uwaga: chodzi o frakcjonowanie wodoru. Nie jest do końca zrozumiałe, jak zmienia się stosunek deuteru do wodoru, gdy pierwiastek rozpuszcza się w żelazie, które jest w centrum tego nowego modelu. To musiało zostać oszacowane w tym nowym badaniu.
Podsumowując, nowe badanie dobrze pasuje do innych badań dotyczących wody na Ziemi. Po dalszych pracach nad frakcjonowaniem wodoru nowy model można przetestować bardziej rygorystycznie.
- Komunikat prasowy AGU: „Naukowcy opracowali teorię nowej historii pochodzenia wody na Ziemi”
- Dokument badawczy: „Pochodzenie wody na ziemi: dziedziczenie chondrytyczne oraz mgławicowe wnikanie i magazynowanie wodoru w rdzeniu”
- Artykuł badawczy: „Dowody na istnienie pierwotnej wody w głębokim płaszczu Ziemi”
- Artykuł badawczy: „Wczesna akumulacja wody w wewnętrznym układzie słonecznym z węglowego źródła podobnego do chondrytu”
- Wikipedia: Powstanie i ewolucja Układu Słonecznego
- Wikipedia: 4 Vesta
