Kometákkal és aszteroidákkal köszönetet mondunk a Föld vízének, a tudósok körében legszélesebb körben elterjedt elmélet szerint. De nem olyan vágott és szárított. Még mindig rejtély, és egy új tanulmány azt sugallja, hogy a Föld egész vizét nem ilyen módon juttattuk el bolygónkhoz.
A hidrogén az univerzum legelterjedtebb eleme, és a Föld vizét körülvevő kérdés középpontjában áll. Ezt az új tanulmányt Peter Buseck, Regents professzora, az Arizonai Állami Egyetem Föld- és Űrkutatási és Molekuláris Tudományok Iskolájának professzora vezette. Ebben a szerzők azt sugallják, hogy a hidrogén legalább részben a napsugárból származik, egy gáz- és porfelhő, amely a Nap kialakulása után maradt fenn.
Mielőtt áttekinnénk az új tanulmány részleteit, hasznos megvizsgálni a régóta tartott elméletet, amelyet helyettesíthet.
Hosszú ideig a legtöbb tudós úgy vélte, hogy a víz származási üstökösből és aszteroidából származik a víz eredete a Földön. Az egész a Nap kialakulásával kezdődik.
Amikor a Nap képződött egy molekuláris felhőből, az anyag nagy részét a felhőbe söpörte, kicsit megmaradva minden más számára: bolygók, aszteroidák és üstökösök számára. Miután a Nap életre kezdett fúzióval, egy hatalmas napszél sok hidrogént szállított a külső rétegeiből, azon túl, ahol a belső sziklás bolygók - a higany, a Vénusz, a föld és a Mars - ma vannak.
Ez a gázipari óriások, és ami még fontosabb, üstökösök és aszteroidák birodalma. A üstökösök jeges, sziklás testek, amelyekről azt gondolják, hogy jelentős mennyiségű hidrogént tartalmaznak a korai Nap, és az aszteroidákat is, bár kisebb mértékben. Jelentős hidrogéntartályokká váltak.
Amikor a Föld kialakult, olvadt golyó volt, felületét ebben az állapotban tartotta az aszteroidákkal történő ismételt ütközés. Eddig olyan jó, mivel a korai Naprendszer sokkal kaotikusabb hely volt, mint most. Ahogy az aszteroidák és üstökösök megütötte ezt a forró Földet, a benne levő vizet és hidrogént felforralták az űrbe. Ahogy a Föld idővel lehűlt, az üstökös és az aszteroida ütközésekből származó víz kondenzálódhatott a Földön, és nem fordulhatott elő az űrbe. A víz beragadt.
Ennek bizonyítéka az izotóp arányokban rejlik. A nehéz hidrogén deutérium izotóp és a normál hidrogén aránya kémiai jel. Két, azonos arányú víztestnek azonos eredetűnek kell lennie, a gondolkodás folytatódik. És a Föld óceánjainak aránya megegyezik a aszteroidák vízének arányával.
Ez a víz által a Földre jutás elterjedt elméletének nagyon egyszerűsített változata.
A tudósok azonban rosszindulatúak, mindig próbálnak jobb, alaposabb megértést kapni a dolgokról. Mielőtt ez a legújabb tanulmány megjelenik, megkérdőjelezték a „üstökösökből származó víz” elméletét.
2014-ben néhány tudós különféle korú meteoritokkal vizsgálta a kérdést. (A meteoritok csak aszteroidák, amelyek megütötte a Földet.) Először megvizsgálták az úgynevezett „széntartalmú chondrite meteoritok” -t. Ők a legrégebbiek, akikről ismertünk, és körülbelül ugyanabban az időben alakultak ki, mint a Nap. Ők a Föld elsődleges építőkövei.
Ezután meteoritokat tanulmányoztak, amelyek véleményünk szerint a nagy Vesta aszteroidából származnak. A Vesta ugyanabban a régióban alakult ki, mint a Föld, körülbelül 14 millió évvel a Naprendszer megszületése után. A 2014-es tanulmány szerint az ősi meteoritok a Naprendszer ömlesztett összetételére hasonlítottak, és rengeteg vízben vannak benne, tehát széles körben tekintik őket a Föld vízforrásának.
A 2014-es tanulmányban szereplő mérések azt mutatták, hogy ezeknek a meteoritoknak ugyanaz a kémiai tulajdonságuk, mint a Földön található széntartalmú chondritoknak és kőzeteknek. Megállapították, hogy a széntartalmú chondritok a legvalószínűbb vízforrás. Abban az időben, a tanulmány egyik szerzője, Horst Marschall azt mondta: „A tanulmány azt mutatja, hogy a Föld víz valószínűleg a kőzettel egy időben akkumulálódott. A bolygó nedves bolygóként alakult ki, amelynek felszínén víz volt. ” A tanulmány mögött álló csoport elismerte, hogy vízünk egy része ütközésekből származik.
Ami elvezet minket az új tanulmányhoz, amely megerősíti a 2014. évi tanulmány következtetéseit.
Ennek az új tanulmánynak a szerzői azt mondják, hogy az óceánok és izotóp arányuk nem feltétlenül mondják el az egész történetet. "Ez egy kicsit vakok a közösségben" - mondta Steven Desch, az arizonai Tempe állambeli Tempe Arizonai Állami Egyetem Föld- és Űrkutatási Iskola asztrofizika professzora. "Amikor az emberek megmérik a deutérium / hidrogén arányát az óceánvízben, és látják, hogy ez nagyon közel áll ahhoz, amit az aszteroidákban látunk, mindig könnyű volt elhinni, hogy az összes aszteroidából származik." Nehéz őket hibáztatni; ez egy nagyon meggyőző bizonyíték.
"Ez egy kissé vak terület a közösségben." - Steven Desch, Föld- és Űrkutatási Iskola, ASU.
Desch és az új tanulmány többi szerzője a 2015-ben közzétett kutatásokra mutat rá, amelyek azt mutatják, hogy a Föld óceánjai nem reprezentatívak a Föld ősi vízéhez. Lehet, hogy az óceánok a felszín és a mélyebb víztartály között, a Föld mélyén körbekerültek. Lehetséges, hogy ez megváltoztatta az arányt az idő múlásával, és ez azt is jelentheti, hogy ez a mélyebb víz a Föld valódi ősi vízének legalább egy részét képviseli. És ez a víz valószínűleg közvetlenül a napsugárból származik, nem üstökös és aszteroida ütések révén.
A tanulmány a Föld kialakulásának új elméleti modelljét fejleszti ki, hogy megmagyarázza ezeket a különbségeket a hidrogén között a Föld óceánjaiban és a mag-köpeny határán.
Ez az új modell nagy vízszintű aszteroidákat mutat be, amelyek milliárd évvel ezelőtt bolygókká alakultak a Nap körül örvénylő napsugár ködében. Ezek a bolygó embriók egymást követő ütközést szenvedtek és gyorsan növekedtek. Azt mondják, hogy egy elég erős ütközés a legnagyobb embrió felületét a magma óceánjává olvadta. Ez a legnagyobb embrió lett a Föld.
Ennek a nagy embriónak elegendő súlya volt ahhoz, hogy megtartsa a légkört, és gázokat, köztük hidrogént, a legbőségesebbet vonzott a Naprendszer ködéből. A nap ködben levő hidrogén kevesebb deutériumot tartalmaz és könnyebb, mint az aszteroid hidrogén. A Föld magma-óceánjának olvadt vasába oldódott.
A hidrogént az izotópos frakcionálásnak nevezett eljárás segítségével a Föld középpontjába húzták. A hidrogén vonzza a vasat, és a vas átjuttatta a Föld magját. A deutérium, a nehéz hidrogén izotóp a magmában maradt, amely lehűlt, hogy a Föld köpenyét képezze. A folyamatos ütések több vizet és tömeget hoztak a Földre, amíg el nem érte a mai tömegét.
Ennek az új modellnek a legfontosabb pontja, hogy a Föld magjában a hidrogén eltér a köpenyben és az óceánokban lév hidrogéntl. A magvíz sokkal kevesebb deutériumot tartalmaz. De mit jelent mindez?
Az új modell lehetővé tette a szerzőknek, hogy becsüljék meg a Föld növekedésével és fejlődésével az aszteroidák által okozott vízmennyiséget, összehasonlítva azzal, hogy mennyi volt a Naprendszer ködéből, amikor a Föld kialakult. Következtetésük? "A Föld vízének 100 molekulájánként egy vagy kettő származik a napfény ködéből" - mondta Jun Wu, az Arizona Állami Egyetem Molekuláris Tudományos Iskolájának és a Föld és Űrkutatás Iskolájának asszisztens kutatója, valamint a a tanulmány.
Ez a tanulmány új perspektíva a bolygók kialakulásának, fejlődésének és annak szempontjából, hogy miként alakulhatna ki a korai élet egy fiatal bolygón.
„Ez a modell azt sugallja, hogy a víz elkerülhetetlen képződése valószínűleg megtörténhet bármely rendkívül nagy, sziklás exoplanetonon az extoláris rendszerekben. Szerintem ez nagyon izgalmas. ” - Jun Wu, az ASU Molekuláris Tudományos Iskolája és a Föld és Űrkutatás Iskolája, társszerző.
Korábban azt gondoltuk, hogy az egyetlen bolygónak, amelyeken élet lehet, egy olyan naprendszerben kell lennie, amelyben gazdag a vízhordozó aszteroidák és üstökösök. De lehet, hogy nem ez a helyzet. Más naprendszerekben nem minden Föld-szerű bolygó fér hozzá a vízben feltöltött aszteroidákhoz. Az új tanulmány azt sugallja, hogy bármilyen lakható egzoplaneta víz eljuthatott a rendszerükben lévő napsugár ködéből. A Föld a legtöbb vizet a belső tereiben rejti el. A földnek körülbelül két óceánja van a köpenyében, és 4 vagy 5 a magjában. Az exoplaneek hasonlóak lehetnek.
"Ez a modell azt sugallja, hogy az elkerülhetetlen vízképződés valószínűleg megtörténik bármely rendkívül nagy, sziklás exoplanetonon az extoláris rendszerekben" - mondta Wu. "Szerintem ez nagyon izgalmas."
Ennek az új modellnek azonban van egy óvatossági pontja, amely magában foglalja a hidrogén frakcionálását. Nem jól ismert, hogy a deutérium és a hidrogén aránya hogyan változik, amikor az elem a vasban oldódik, amely az új modell középpontjában áll. Ezt be kellett becsülni ebben az új tanulmányban.
Összességében az új tanulmány jól illeszkedik a Föld vízének egyéb kutatásaihoz. Miután elvégezték a hidrogén-frakcionálás munkáját, az új modell szigorúbban tesztelhető.
- AGU sajtóközlemény: „A tudósok elméletét állítják a Föld vízének új eredetéről”
- Kutatási cikk: „A Föld víz eredete: Chondritic öröklés plusz ködképzés és a hidrogén tárolása a magban”
- Kutatási cikk: „Bizonyítékok az ősvizekre a Föld mély köpenyében”
- Kutatási cikk: „A korai vízkiválasztás a belső naprendszerben széntartalmú chondrit-szerű forrásból”
- Wikipedia: A Naprendszer kialakulása és fejlődése
- Wikipedia: 4 Vesta
