Skąd pochodzi ziemska woda?

Naukowcy z American Geophysical Union zaprezentowali nową teorię, aby wyjaśnić skąd na Ziemi jest woda i jak się tu dostała. Aby zidentyfikować źródła wody na Ziemi, naukowcy szukali źródeł wodoru, ponieważ ten składnik wody jest znacznie rzadszy w układzie słonecznym niż tlen. Wielu naukowców popiera teorię, że cała woda na Ziemi pochodziła z asteroid z powodu podobieństw między wodą oceaniczną i wodą znalezioną na asteroidach. Podobieństwo to łatwo określić podczas analizy stosunku zawartości deuteru, cięższego izotopu wodoru, zawierającego w swym jądrze neutron i proton, do zwykłego wodoru, zawierającego w swym jadrze tylko proton. W przypadku ziemskich oceanów ten stosunek jest zbliżony do tego co można znaleźć w asteroidach.

Nowe badanie rzuca rękawicę szeroko akceptowanym pomysłom na temat wodoru w ziemskiej wodzie. Według autorów badania ocean nie może opowiadać całej historii o wodorze na Ziemi. Sugerują oni, że pierwiastek częściowo pochodzi z chmur pyłu i gazu pozostałych po formacji Słońca, zwanych mgławicami słonecznymi. Nowsze badania sugerują, że stosunek wodoru i deuteru w oceanach nie jest reprezentatywny dla całej planety. Próbki wodoru z głębi Ziemi, blisko granicy między jądrem a płaszczem, mają znacznie mniej deuteru, co wskazuje na to, że wodór nie może pochodzić z asteroid. Zawiera też ślady gazów szlachetnych helu i neonu, to taki izotopowy podpis odziedziczony po mgławicy słonecznej. Aby to wyjaśnić naukowcy opracowali nowy teoretyczny model formowania Ziemi.

Jak formowała się Ziemia

Według tego nowego modelu, około 4,6–4,5 miliarda lat temu, duże, mokre asteroidy zaczęły rozwijać się w planety. W tym czasie mgławica słoneczna nadal wirowała wokół Słońca. Te asteroidy, zwane embrionami planetarnymi, zderzyły się ze sobą i szybko powiększały swoją objętość. Tworząc skupiska zwane planetozymalami. Te w kolejnych zderzeniach wywołanych siłami grawitacji tworzyły planety. Kolejne zderzenia z coraz większymi fragmentami materii, uwalniały coraz większą energię, aż w końcu któreś stopiło powierzchnię największego z nich tworząc ocean magmy. Ten największy planetozymal ostatecznie stałby się Ziemią.

Gazy z mgławicy słonecznej, w tym wodór i gazy szlachetne, były wciągane przez duży, pokryty magmą kawał materii planetarnej, tworząc wczesną atmosferę. Wodór pochodzący z gazów jest lżejszy bo zawiera mnij deuteru co spowodowało, że mógł się rozpuszczać w stopionym żelazie oceanu magmy.

Następnie zaczął zachodzić proces zwany frankcjonowaniem izotopowym. W nim atomy lżejsze i dzięki temu bardziej mobilne zostają wciągnięte do wnętrza formującej się młodej Ziemi razem z żelazem. Natomiast większość deuteru pozostałaby w magmie, która ostatecznie ostygła i stała się płaszczem ziemskim. Uderzenia mniejszych embrionów i innych obiektów nadal dolewałyby wody do układu, aż do osiągnięcia ostatecznego stanu.

Ten nowy model pozostawiłby Ziemię z gazami szlachetnymi i niższym stosunkiem deuteru do wodoru w jej rdzeniu, niż w jej płaszczu i oceanach.

"Na każde 100 cząsteczek wody ziemskiej przypada jedna lub dwie cząsteczki wody pochodzącej z mgławicy słonecznej" - powiedział Jun Wu, adiunkt w Szkole Nauk Molekularnych oraz Szkole Badań Ziemi i Przestrzeni Kosmicznej na Uniwersytecie Stanu Arizona i główny autor badania.

Kosmos