Komete in asteroidi se zahvaljujemo Zemljini vodi, glede na najbolj razširjeno teorijo znanstvenikov. Vendar to ni tako narezano in posušeno. Še vedno je skrivnost, nova raziskava pa kaže, da ni bila vsa voda Zemlje tako dostavljena na naš planet.
Vodik je najpogostejši element v vesolju in je v središču vprašanja okoli Zemljine vode. To novo raziskavo je vodil Peter Buseck, profesor Regents na šoli za raziskovanje zemlje in vesolja ter šoli za molekularne vede na Arizonski državni univerzi. V njem avtorji nakazujejo, da je vodik vsaj delno prišel iz sončne meglice, oblak plina in prahu, ki je ostal po nastanku Sonca.
Preden se lotimo podrobnosti te nove študije, je koristno pogledati dolgoročno teorijo, ki jo lahko nadomesti.
Dolgo časa je večina znanstvenikov verjela, da je voda, ki izhaja iz kometov in asteroidov, različica izvora vode tukaj na Zemlji. Vse se začne z nastankom Sonca.
Ko je Sonce nastalo iz molekularnega oblaka, je v oblaku pometalo večino materiala in ostalo malo za vse ostalo: planete, asteroide in komete. Ko je Sonce s fuzijo zaživelo, je močan sončni veter poslal veliko vodika iz svojih zunanjih plasti zunaj tam, kjer so danes notranji skalnati planeti - Merkur, Venera, Zemlja in Mars.
To je področje plinskih velikanov in še pomembneje, kometi in asteroidi. Kometi so ledena, kamnita telesa, za katera se domneva, da vsebujejo velike količine vodika, ki ga je izpuhtilo zgodnje Sonce, in asteroidi preveč, čeprav v manjši meri. Postali so pomemben rezervoar za vodik.
Ko se je Zemlja oblikovala, je šlo za staljeno kroglico, njena površina pa je v tem stanju ohranjala večkratno trčenje asteroidov. Doslej tako dobro, saj je bil zgodnji Osončje veliko bolj kaotično mesto kot zdaj. Ko so asteroidi in kometi prizadeli to vročo Zemljo, sta voda in vodik v njej vreli v vesolje. Ko se je Zemlja sčasoma ohlajala, se je na Zemlji kondenzirala voda, ki je povzročila trčenje kometov in asteroidov, in je ne bi smeli vreti v vesolje. Voda je obtičala.
Dokazi za to so izotopska razmerja. Razmerje težkega vodikovega izotopa devterij in običajnega vodika je kemijski znak. Dva vodna telesa z enakim razmerjem morata imeti isti izvor, razmišlja razmišljanje. In Zemljini oceani imajo enako razmerje kot voda na asteroide.
To je zelo poenostavljena različica zelo razširjene teorije o tem, kako je voda prišla na Zemljo.
Toda znanstveniki so nezadovoljni, ki se vedno trudijo, da bi stvari bolje razumeli. Dvomili so o teoriji vode iz kometov, preden je izšla ta najnovejša študija.
Leta 2014 so nekateri znanstveniki to vprašanje preučevali z ogledom meteoritov različnih starosti. (Meteoriti so le asteroidi, ki so zadeli Zemljo.) Najprej so si ogledali, kar imenujemo "meteoriti ogljikovih hondritov". So najstarejši, ki jih poznamo, in nastali so približno v istem času kot Sonce. So glavni gradniki Zemlje.
Nato so preučevali meteorite, za katere mislimo, da izvirajo iz velikega asteroida Vesta. Vesta se je oblikovala v isti regiji kot Zemlja, približno 14 milijonov let po rojstvu osončja. Glede na to študijo iz leta 2014 so starodavni meteoriti spominjali na sestavo glavnega osončnega sistema in imajo v sebi veliko vode, zato so jih splošno veljali za vir vode Zemlje.
Meritve v tej študiji iz leta 2014 so pokazale, da imajo ti meteoriti enako kemijo kot ogljikovi hondriti in kamnine, ki jih najdemo na Zemlji. Ugotovili so, da so ogljikovi hondriti najpogostejši pogosti vir vode. Takrat je Horst Marschall, eden od avtorjev študije, dejal: "Študija kaže, da se voda Zemlje najverjetneje nabira hkrati s skalo. Planet se je oblikoval kot moker planet z vodo na površju. " Skupina, ki stoji za to raziskavo, je priznala, da je nekaj vode prišlo zaradi udarcev.
Kar nas pripelje do te nove študije, ki potrjuje zaključke iz študije iz leta 2014.
Avtorji te nove študije pravijo, da oceani in njihova izotopska razmerja morda ne bodo povedali celotne zgodbe. "To je malo slepa točka v skupnosti," je dejal Steven Desch, profesor astrofizike na šoli za raziskovanje zemlje in vesolja na državni univerzi Arizona v Tempe, Arizona. "Ko ljudje v oceanski vodi merijo razmerje med devterijem in vodikom in vidijo, da je precej blizu tistemu, kar vidimo pri asteroidih, je bilo vedno enostavno verjeti, da vse izvira iz asteroidov." Težko jih je kriviti; je precej prepričljiv dokaz.
"To je malo slepa točka v skupnosti." - Steven Desch, šola za raziskovanje zemlje in vesolja, ASU.
Desch in drugi avtorji te nove študije opozarjajo na raziskavo, objavljeno leta 2015, ki kaže, da Zemljini oceani morda niso reprezentativni za prvotno Zemljino vodo. Oceani so morda kolesarili med površjem in globljim rezervoarjem vode, globoko na Zemlji. To se je lahko sčasoma spremenilo razmerje, kar lahko pomeni, da ta globlja voda predstavlja vsaj nekaj prave prvinske vode Zemlje. In da je voda morda prišla neposredno iz sončne meglice, ne pa skozi udarce kometa in asteroida.
Študija razvija nov teoretični model nastajanja Zemlje, da bi razložil te razlike med vodikom v Zemljinih oceanih in na meji jedra-plašča.
Ta novi model prikazuje velike asteroide z vodo, ki so se pred milijardami let oblikovali na planete v sončni meglici, ki se vrti okoli Sonca. Ti planetarni zarodki so utrpeli zaporedno trčenje in hitro so rasli. Sčasoma, pravijo, je dovolj močan trk površino največjega zarodka stopil v ocean magme. Ta največji zarodek je postal Zemlja.
Ta velik zarodek je imel dovolj gravitacije, da se je zadrževal v atmosferi, in privabljal je pline, vključno z najbolj obilnim vodikom, iz sončne meglice v eno. Vodonik v sončni meglici vsebuje manj devterija in je lažji od asteroidnega vodika. Raztopila se je v staljenem železu magmatskega oceana na Zemlji.
Vodik se je potegnil v središče Zemlje s postopkom, imenovanim izotopsko frakcioniranje. Vodik privlači železo in zemeljsko jedro je dostavljalo železo. Devterij, težek vodikov izotop, je ostal v magmi, ki se je ohladila in je oblikovala zemeljsko plašč. Nenehni vplivi so na Zemljo prinesli več vode in mase, dokler ni dosegel toliko, kot je danes.
Ključna točka tega novega modela je, da je vodik v Zemljinem jedru drugačen od vodika v plašču in v oceanih. V jedrni vodi je veliko manj devterija. Toda kaj vse to pomeni?
Novi model je avtorjem omogočil oceno količine vode, ki je nastala zaradi udarcev asteroida, ko se je Zemlja razvijala in razvijala, v primerjavi s količino sončne meglice, ko se je Zemlja oblikovala. Njihov zaključek? "Na vsakih 100 molekul Zemljine vode obstajata ena ali dve, ki prihajata iz sončne meglice," je dejal Jun Wu, docent za šolo za molekularne vede in Šolo raziskovanja zemlje in vesolja na Državni univerzi Arizona in sovodilni avtor študij.
Ta študija je nov pogled na planetarno tvorbo, razvoj in na to, kako bi lahko zgodnje življenje cvetelo na mladem planetu.
"Ta model nakazuje, da bi se neizogibna tvorba vode lahko zgodila na katerem koli dovolj velikem skalnem eksoplanetu v ekstrasolarnih sistemih. Mislim, da je to zelo razburljivo. " - Jun Wu, Šola za molekularne vede in Šola raziskovanja zemlje in vesolja na ASU, sovoditeljica.
Prej smo mislili, da bi morali biti edini planeti, ki bi lahko imeli življenje na njih, v osončju, ki je bogato z vodnimi asteroidi in kometi. Toda to morda ne drži. V drugih sončnih sistemih nimajo vsi planeti, podobni Zemlji, dostop do asteroidov, naloženih z vodo. Nova raziskava kaže, da bi lahko kateri koli bivalni eksoplanet dobil vodo iz sončne meglice v svojem sistemu. Zemlja skriva večino vode v svoji notranjosti. Zemlja ima v svojem plašču približno dva oceana, v jedru pa 4 ali 5. Eksoplaneti so si lahko podobni.
"Ta model kaže, da bi se verjetno izognili nastanku vode na katerem koli dovolj velikem skalnem eksoplanetu v ekstrasolarnih sistemih," je dejal Wu. "Mislim, da je to zelo razburljivo."
V tem novem modelu obstaja ena previdna točka, ki vključuje frakcijo vodika. Ni dobro razumeti, kako se spreminja razmerje med devterijem in vodikom, ko se element raztopi v železu, ki je v središču tega novega modela. V tej novi raziskavi je bilo treba to oceniti.
Na splošno se nova študija dobro ujema z drugimi raziskavami Zemljine vode. Ko bo več dela na področju frakcioniranja vodika, je mogoče nov model preizkusiti bolj strogo.
- AGU Press Release: "Znanstveniki teoretizirajo o novi zgodbi o izvoru Zemljine vode"
- Raziskovalni članek: "Izvor vode na Zemlji: kondritno dedovanje plus megleno segrevanje in shranjevanje vodika v jedru"
- Raziskovalni članek: "Dokazi za prvobitno vodo v globokem plašču Zemlje"
- Raziskovalni članek: "Zgodnja akreracija vode v notranjem sončnem sistemu iz vira ogljikovega hondrita"
- Wikipedija: Nastanek in razvoj osončja
- Wikipedia: 4 Vesta
