Vi har kometer og asteroider for å takke for jordens vann, i henhold til den mest omtalte teorien blant forskere. Men det er ikke så kuttet og tørket. Det er fremdeles litt av et mysterium, og en ny studie antyder at ikke alt jordas vann ble levert til planeten vår på den måten.
Hydrogen er det mest tallrike elementet i universet, og det er midt i spørsmålet rundt jordas vann. Denne nye studien ble ledet av Peter Buseck, professor i Regents i School of Earth and Space Exploration and School of Molecular Sciences ved Arizona State University. I den antyder forfatterne at hydrogenet, i det minste delvis, kom fra solnebelen, en sky av gass og støv som var igjen etter at solen dannet seg.
Før vi går inn på detaljene i denne nye studien, er det nyttig å se på den teoretiske holdningen om at den kan erstatte.
I lang tid trodde de fleste forskere vann-fra-kometer og asteroider-versjonen av vannets opprinnelse her på jorden. Det hele starter med dannelsen av sola.
Da solen dannet seg av en molekylær sky, feide den opp mesteparten av materialet i skyen, og etterlot litt til overs for alt annet: planeter, asteroider og kometer. Når sola brast ut i liv med fusjon, sendte en kraftig solvind mye vann fra de ytre lagene utover der de indre steinete planetene - Merkur, Venus, Jorden og Mars - befinner seg i dag.
Dette er riket til gassgigantene, og enda viktigere kometer og asteroider. Kometer er isete, steinete kropper, antatt å inneholde betydelige mengder av hydrogenet som blåses der ute av den tidlige solen, og asteroider også, selv om det i mindre grad er. De ble et betydelig reservoar for hydrogen.
Da Jorden dannet seg, var det en smeltet ball, overflaten holdt i den tilstanden ved gjentatt kollisjon med asteroider. Så langt, så bra, siden det tidlige solsystemet var et mye mer kaotisk sted enn det er nå. Da asteroider og kometer slo denne varme jorden, ble vannet og hydrogenet i den kokt ut i verdensrommet. Mens jorden avkjølte seg over tid, fikk vann fra komeet og asteroide kollisjoner til å kondensere på jorden, og ikke bli kokt ut i verdensrommet. Vannet stakk rundt.
Bevisene for dette ligger i isotopforhold. Forholdet mellom tungt isotop deuterium og normalt hydrogen er en kjemisk signatur. To vannmasser med samme forhold må ha samme opprinnelse, tenker tanken. Og jordas hav har samme forhold som vann på asteroider.
Det er en veldig forenklet versjon av den vidstrakte teorien om hvordan vann kom til Jorden.
Men forskere er malcontents, prøver alltid å ha en bedre og grundigere forståelse av ting. De stilte spørsmål ved teorien om "vann fra kometer" før denne nyeste studien kom ut.
Tilbake i 2014 studerte noen forskere problemet ved å se på meteoritter i forskjellige aldre. (Meteoritter er bare asteroider som har rammet jorden.) Først så de på det som er kjent som ‘karbonholdige kondrittmeteoritter’. De er de eldste vi kjenner til, og de dannet seg omtrent samtidig som Solen gjorde. De er de viktigste byggesteinene på Jorden.
Deretter studerte de meteoritter som vi tror stammer fra den store asteroiden Vesta. Vesta dannet i samme region som Jorden, omtrent 14 millioner år etter at solsystemet ble født. I følge denne studien fra 2014 lignet de eldgamle meteorittene på det store solsystemets sammensetning og har mye vann i seg, så de har blitt ansett for å være kilden til jordens vann.
Målingene i denne 2014-studien viste at disse meteorittene har samme kjemi som karbonholdige kondritter og bergarter som finnes på jorden. De konkluderte med at karbonholdige kondritter er den mest sannsynlige vanlige kilden til vann. På den tiden sa Horst Marschall, en av forfatterne av studien, "Studien viser at jordens vann mest sannsynlig ble tilført samtidig med berget. Planeten dannet seg som en våt planet med vann på overflaten. ” Teamet bak denne studien erkjente at noe av vannet vårt kom fra påvirkninger.
Noe som bringer oss til denne nye studien, som forsterker konklusjonene fra 2014-studien.
Forfatterne av denne nye studien sier at havene og deres isotopforhold kanskje ikke forteller hele historien. "Det er litt en blind flekk i samfunnet," sa Steven Desch, professor i astrofysikk ved School of Earth and Space Exploration ved Arizona State University i Tempe, Arizona. "Når folk måler forholdet [deuterium-til-hydrogen] i havvann og de ser at det er ganske nær det vi ser i asteroider, var det alltid lett å tro at det hele kom fra asteroider." Det er vanskelig å skylde på dem; det er et ganske overbevisende bevis.
"Det er litt en blind flekk i samfunnet." - Steven Desch, School of Earth and Space Exploration, ASU.
Desch og de andre forfatterne av denne nye studien peker på forskning publisert i 2015 som viser at jordens hav kanskje ikke er representativt for jordens urvann. Havene kan ha syklet mellom overflaten og et dypere vannmagasin, dypt inne i jorden. Dette kan ha endret forholdet over tid, og det kan bety at dette dypere vannet representerer minst noe av jordas virkelige urvann. Og at vann kan ha kommet direkte fra solnebulaen, snarere enn gjennom komet- og asteroidpåvirkning.
Studien utvikler en ny teoretisk modell for jordas dannelse for å forklare disse forskjellene mellom hydrogen i jordens hav og ved kjernemantellgrensen.
Denne nye modellen viser store vannloggede asteroider som ble dannet til planeter for milliarder av år siden i solnebelen som virvler rundt sola. Disse planetariske embryoene fikk påfølgende kollisjon og de vokste raskt. Etter hvert, sier de, smeltet en kraftig nok kollisjon overflaten til det største embryoet til et hav av magma. Dette største embryoet ble Jorden.
Dette store embryoet hadde tyngdekraft nok til å holde fast i en atmosfære, og det tiltrakk seg gasser, inkludert hydrogen, det mest tallrike, fra solnebelen til å danne en. Hydrogenet i solnebelen inneholdt mindre deuterium og er lettere enn asteroidalt hydrogen. Det løste seg opp i smeltet jern fra magmahavet på jorden.
Hydrogenet ble trukket til sentrum av jorden ved en prosess som ble kalt isotopfraksjonering. Hydrogen tiltrekkes av jern og ble levert jordens kjerne av jernet. Deuterium, den tunge hydrogenisotopen, forble i magmaen, som avkjølte seg for å danne jordens mantel. Fortsatt påvirkning brakte mer vann og masse til Jorden, helt til den nådde massen den er i dag.
Hovedpoenget i denne nye modellen er at hydrogen i jordens kjerne er annerledes enn hydrogen i mantelen og i havene. Kjernevann har mye mindre deuterium. Men hva betyr det?
Den nye modellen ga forfatterne mulighet til å estimere mengden vann som kom fra asteroidepåvirkninger når jorden vokste og utviklet seg, sammenlignet med hvor mye som kom fra solnebulaen da jorden dannet seg. Deres konklusjon? "For hver 100 molekyler av jordens vann kommer det en eller to fra solenivå," sa Jun Wu, assisterende forskerprofessor ved School of Molecular Sciences and School of Earth and Space Exploration ved Arizona State University og medleder forfatter av studien.
Denne studien er et nytt perspektiv på planetarisk dannelse, utvikling og hvordan tidlig liv kunne blomstre på en ung planet.
“Denne modellen antyder at den uunngåelige formasjonen av vann sannsynligvis vil skje på tilstrekkelig store steinete eksoplaneter i ekstrasolære systemer. Jeg synes dette er veldig spennende. ” - Jun Wu, School of Molecular Sciences and School of Earth and Space Exploration at ASU, co-lead author.
Tidligere trodde vi at de eneste planetene som kunne ha liv på dem, måtte være i et solsystem som er rik på vannførende asteroider og kometer. Men det kan ikke være tilfelle. I andre solsystemer har ikke alle jordlignende planeter tilgang til asteroider belastet med vann. Den nye studien antyder at alle beboelige eksoplaneter kan ha fått vann fra solnebelen i systemet deres. Jorden skjuler det meste av vannet i det indre. Jorden har omtrent to hav i mantelen, og 4 eller 5 i kjernen. Eksoplaneter kan være like.
"Denne modellen antyder at den uunngåelige formasjonen av vann sannsynligvis vil skje på noen tilstrekkelig store steinete eksoplaneter i ekstrasolære systemer," sa Wu. "Jeg synes dette er veldig spennende."
Det er imidlertid et forsiktighetspunkt i denne nye modellen, og det innebærer hydrogenfraksjonering. Det er ikke godt forstått hvordan deuterium-til-hydrogen-forholdet endres når elementet løses opp i jern, som er i sentrum for denne nye modellen. Det måtte estimeres i denne nye studien.
Samlet sett passer den nye studien godt med annen forskning på jordas vann. Når det er gjort mer arbeid med hydrogenfraksjonering, kan den nye modellen testes strengere.
- AGUs pressemelding: "Forskere teoretiserer ny historie om jordens vann"
- Forskningsartikkel: "Opprinnelse av jordens vann: kondritisk arv pluss nebulær inngassing og lagring av hydrogen i kjernen"
- Forskningsartikkel: "Bevis for urvann i jordens dype mantel"
- Forskningsartikkel: "Tidlig akkresjon av vann i det indre solsystemet fra en karbonholdig kondrittlignende kilde"
- Wikipedia: Dannelse og utvikling av solsystemet
- Wikipedia: 4 Vesta
