Imamo komete i asteroide kojima možemo zahvaliti za Zemljinu vodu, prema najrasprostranjenijoj teoriji među znanstvenicima. Ali nije tako rezano i sušeno. To je još uvijek pomalo misterij, a nova studija sugerira da nije sva Zemljina voda dostavljena na naš planet na taj način.

Vodik je najzastupljeniji element u svemiru i u središtu je pitanja oko Zemljine vode. Ovu novu studiju zajedno je vodio Peter Buseck, Regents' profesor na Školi za istraživanje Zemlje i svemira i Školi molekularnih znanosti na Državnom sveučilištu Arizona. U njemu autori sugeriraju da je vodik došao, barem djelomično, iz solarna maglica , oblak plina i prašine koji je ostao nakon formiranja Sunca.

Prije nego što se udubimo u detalje u ovoj novoj studiji, korisno je pogledati dugogodišnju teoriju koju bi mogla zamijeniti.

Zemljina voda: široko rasprostranjena teorija

Dugo je vremena većina znanstvenika vjerovala da je voda iz kometa i asteroida verzija podrijetla vode ovdje na Zemlji. Sve počinje formiranjem Sunca.

Kada se Sunce formiralo iz molekularnog oblaka, pomelo je većinu materijala u oblaku, ostavljajući malo zaostatka za sve ostalo: planete, asteroide i komete. Jednom kada je Sunce oživjelo fuzijom, snažan solarni vjetar poslao je mnogo vodika iz svojih vanjskih slojeva izvan mjesta gdje se danas nalaze unutarnji stjenoviti planeti - Merkur, Venera, Zemlja i Mars.

Ovo je carstvo plinovitih divova, i što je još važnije, kometa i asteroida. Kometi su ledena, stjenovita tijela za koja se smatra da sadrže značajne količine vodika koji je ispuhalo rano Sunce, kao i asteroidi, iako u manjoj mjeri. Postali su značajan rezervoar vodika.

Umjetnička koncepcija prašine i plina koji okružuju novonastali planetarni sustav. Negdje unutra je voda Zemlje. Zasluge: NASA

Kada se Zemlja formirala, bila je rastaljena kugla, čija se površina održavala u tom stanju ponovnim sudarom s asteroidima. Do sada, tako dobro, budući da je rani Sunčev sustav bio mnogo kaotičnije mjesto nego što je sada. Dok su asteroidi i kometi udarali u ovu vruću Zemlju, voda i vodik u njoj su iskuhani u svemir. Kako se Zemlja s vremenom hladila, voda iz sudara kometa i asteroida smjela se kondenzirati na Zemlji, a ne iskuhati u svemir. Voda se zaglavila.

Dokaz za to leže u omjerima izotopa. Omjer teškog vodikovog izotopa deuterija i normalnog vodika je kemijski potpis. Dva vodena tijela s istim omjerom moraju imati isto podrijetlo, razmišlja se. I Zemljini oceani imaju isti omjer kao voda na asteroidima.

To je vrlo pojednostavljena verzija široko rasprostranjene teorije o tome kako je voda dospjela na Zemlju.

Zemljina voda: teorija curenja s rupama u njoj

Ali znanstvenici su nezadovoljni, uvijek pokušavaju bolje, temeljitije razumjeti stvari. Dovodili su se u pitanje teoriju 'vode iz kometa' prije nego što je izašla ova najnovija studija.

Još 2014. neki proučavali su znanstvenici problem promatranjem meteorita različite starosti. (Meteoriti su samo asteroidi koji su udarili u Zemlju.) Prvo su pogledali ono što je poznato kao 'karbonski hondritni meteoriti'. Oni su najstariji za koje znamo, a nastali su otprilike u isto vrijeme kada je i Sunce. Oni su primarni građevni blokovi Zemlje.

Zatim su proučavali meteorite za koje mislimo da potječu od velikog asteroida Vesta. Vesta nastala u istoj regiji kao i Zemlja, oko 14 milijuna godina nakon rođenja Sunčevog sustava. Prema ovoj studiji iz 2014., drevni meteoriti podsjećali su na sastav Sunčevog sustava i imaju puno vode u sebi, tako da se naširoko smatra izvorom vode na Zemlji.

Asteroid Vesta, zahvaljujući NASA-inoj svemirskoj letjelici Dawn. Meteoriti izbačeni iz Veste možda su pomogli u formiranju Zemljine vode. Zasluge: NASA/JPL-Caltech/UCAL/MPS/DLR/IDA

Mjerenja u ovoj studiji iz 2014. pokazala su da ovi meteoriti imaju istu kemiju kao i karbonski hondriti i stijene pronađene na Zemlji. Zaključili su da su karbonski hondriti najvjerojatniji izvor vode. Tada je Horst Marschall, jedan od autora studije, rekao: “Studija pokazuje da se Zemljina voda najvjerojatnije nakupila u isto vrijeme kad i stijena. Planet je nastao kao vlažni planet s vodom na površini.” Tim koji stoji iza te studije priznao je da dio naše vode ipak dolazi od udara.

Što nas dovodi do ove nove studije, koja učvršćuje zaključke iz studije iz 2014.

Zemljina voda: Sve o vodiku

Autori ove nove studije kažu da oceani i njihovi omjeri izotopa možda ne govore cijelu priču. “To je pomalo slijepa točka u zajednici”, rekao je Steven Desch, profesor astrofizike u Školi za istraživanje Zemlje i svemira na Sveučilištu Arizona State u Tempeu, Arizona. “Kada ljudi mjere omjer [deuterija i vodika] u oceanskoj vodi i vide da je prilično blizu onome što vidimo u asteroidima, uvijek je bilo lako povjerovati da sve dolazi od asteroida.” Teško ih je kriviti; to je prilično uvjerljiv dokaz.

'To je pomalo slijepa pjega u zajednici.' – Steven Desch, Škola za istraživanje Zemlje i svemira, ASU.

Desch i drugi autori ove nove studije ukazuju na istraživanje objavljeno 2015. godine pokazujući da Zemljini oceani možda nisu reprezentativni za primordijalnu vodu Zemlje. Oceani su možda kružili između površine i dubljeg rezervoara vode, duboko u Zemlji. To je možda promijenilo omjer tijekom vremena i može značiti da ova dublja voda predstavlja barem dio prave primordijalne vode Zemlje. I ta je voda možda došla izravno iz solarne maglice, a ne putem udara kometa i asteroida.

Atom vodika se sastoji od jednog protona i jednog elektrona, ali njegov teški oblik, nazvan deuterij, također sadrži neutron. Zasluge: NASA/GFSC

Studija razvija novi teorijski model Zemljine formacije kako bi objasnio ove razlike između vodika u Zemljinim oceanima i na granici jezgra-plašt.

Ovaj novi model pokazuje velike vodene asteroide formirane u planete prije milijardi godina u solarnoj maglici koja se vrti oko Sunca. Ovi planetarni embriji pretrpjeli su uzastopne sudare i brzo su rasli. Na kraju je, kažu, dovoljno snažan sudar otopio površinu najvećeg embrija u ocean magme. Ovaj najveći embrij postao je Zemlja.

Ovaj veliki embrij imao je dovoljnu gravitaciju da zadrži atmosferu i privlačio je plinove, uključujući vodik, koji je najzastupljeniji, iz solarne maglice da bi formirao jednu. Vodik u solarnoj maglici sadržavao je manje deuterija i lakši je od asteroidnog vodika. Otopio se u rastaljenom željezu oceana magme na Zemlji.

Vodik je povučen u središte Zemlje procesom zvanim izotopsko frakcioniranje. Željezo privlači vodik i željezo ga je isporučilo Zemljinoj jezgri. Deuterij, teški izotop vodika, ostao je u magmi, koja se ohladila i formirala Zemljin plašt. Stalni udari donijeli su više vode i mase na Zemlju, sve dok nije dosegla masu kakva je danas.

Ključna točka u ovom novom modelu je da je vodik u Zemljinoj jezgri drugačiji od vodika u plaštu i oceanima. Voda u jezgri ima mnogo manje deuterija. Ali što sve to znači?

Novi model omogućio je autorima da procijene količine vode koje su proizašle iz udara asteroida kako je Zemlja rasla i evoluirala, u usporedbi s količinom vode koja je nastala iz Sunčeve maglice kada je Zemlja nastala. Njihov zaključak? 'Na svakih 100 molekula Zemljine vode, jedna ili dvije dolaze iz solarne maglice', rekao je Jun Wu, pomoćni profesor istraživanja na Školi molekularnih znanosti i Školi za istraživanje Zemlje i svemira na Državnom sveučilištu Arizona i suvoditelj knjige studija.

Zaključak: Ne radi se samo o Zemljinoj vodi

Ova studija je nova perspektiva o formiranju, razvoju planeta i o tome kako bi rani život mogao procvjetati na mladom planetu.

“Ovaj model sugerira da bi se neizbježna tvorba vode vjerojatno dogodila na svim dovoljno velikim stjenovitim egzoplanetima u ekstrasolarnim sustavima. Mislim da je ovo vrlo uzbudljivo.” – Jun Wu, Škola molekularnih znanosti i Škola istraživanja Zemlje i svemira na ASU, suvoditeljica.

Prije smo mislili da bi jedini planeti koji bi mogli imati život na sebi morali biti u Sunčevom sustavu bogatom asteroidima i kometima koji nose vodu. Ali to možda nije slučaj. U drugim solarnim sustavima nemaju svi planeti nalik Zemlji pristup asteroidima napunjenim vodom. Nova studija sugerira da su svi nastanjivi egzoplaneti mogli dobiti vodu iz solarne maglice u svom sustavu. Zemlja većinu svoje vode skriva u svojoj unutrašnjosti. Zemlja ima otprilike dva oceana u svom plaštu i 4 ili 5 u svojoj jezgri. Egzoplaneti mogu biti slični.

Umjetnikov dojam masivnog asteroidnog pojasa u orbiti oko zvijezde. Zemljana voda možda nije sva potjecala od asteroida i kometa, pa možda to vrijedi i za egzoplanete. Zasluge: NASA-JPL / Caltech / T. Pyle (SSC)

'Ovaj model sugerira da bi se neizbježno formiranje vode vjerojatno dogodilo na svim dovoljno velikim stjenovitim egzoplanetima u ekstrasolarnim sustavima', rekao je Wu. “Mislim da je ovo vrlo uzbudljivo.”

Ipak, postoji jedna točka opreza u ovom novom modelu, a to uključuje frakcioniranje vodika. Nije dobro shvaćeno kako se omjer deuterija i vodika mijenja kada se element otopi u željezu, što je u središtu ovog novog modela. To je trebalo procijeniti u ovoj novoj studiji.

Općenito, nova studija se dobro uklapa s drugim istraživanjima Zemljine vode. Nakon što se više radi na frakcioniranju vodika, novi se model može rigoroznije testirati.

Izvori:

• AGU Priopćenje: “ Znanstvenici teoretiziraju novu priču o podrijetlu vode na Zemlji '
• Znanstveni rad: ' Porijeklo Zemljine vode: hondritično nasljeđe plus maglica ingasiranje i skladištenje vodika u jezgri '
• Znanstveni rad: ' Dokaz za primordijalnu vodu u dubokom plaštu Zemlje '
• Znanstveni rad: ' Rano nakupljanje vode u unutarnjem Sunčevom sustavu iz izvora nalik karbonskom hondritu '
• Wikipedija: Nastanak i evolucija Sunčevog sustava
• Wikipedija: 4 Vesta