لدينا مذنبات وكويكبات نشكرها على مياه الأرض ، وفقًا لأكثر النظريات انتشارًا بين العلماء. لكنها ليست مقطوعة ومجففة. لا يزال الأمر غامضًا إلى حد ما ، وتشير دراسة جديدة إلى أنه لم يتم تسليم كل مياه الأرض إلى كوكبنا بهذه الطريقة.
الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون ، وهو في قلب السؤال المحيط بمياه الأرض. شارك في قيادة هذه الدراسة الجديدة بيتر بوسيك ، أستاذ ريجنتس في مدرسة استكشاف الأرض والفضاء وكلية العلوم الجزيئية في جامعة ولاية أريزونا. في ذلك ، يقترح المؤلفون أن الهيدروجين جاء ، جزئيًا على الأقل ، من السديم الشمسي ، وهي سحابة من الغاز والغبار التي خلفتها الشمس بعد تشكلها.
قبل أن نتعمق في التفاصيل في هذه الدراسة الجديدة ، من المفيد أن ننظر إلى النظرية الراسخة التي يمكن أن تحل محلها.
لفترة طويلة ، اعتقد معظم العلماء أن نسخة الماء من المذنبات والكويكبات من أصل الماء هنا على الأرض. يبدأ كل شيء بتكوين الشمس.
عندما تكونت الشمس من سحابة جزيئية ، اجتاحت معظم المواد الموجودة في السحابة ، تاركة القليل المتبقي لكل شيء آخر: الكواكب والكويكبات والمذنبات. بمجرد أن تنفجر الشمس في الحياة مع الاندماج ، أرسلت الرياح الشمسية القوية الكثير من الهيدروجين من طبقاتها الخارجية إلى ما وراء الكواكب الصخرية الداخلية - عطارد ، فينوس ، الأرض والمريخ - اليوم.
هذا هو عالم عمالقة الغاز ، والأهم من ذلك المذنبات والكويكبات. المذنبات هي أجسام صخرية جليدية ، يعتقد أنها تحتوي على كميات كبيرة من الهيدروجين الذي تطايره الشمس في وقت مبكر ، والكويكبات أيضًا ، وإن كان ذلك بدرجة أقل. أصبحوا خزانًا هامًا للهيدروجين.
عندما تشكلت الأرض ، كانت كرة منصهرة ، وظل سطحها في تلك الحالة من خلال التصادم المتكرر مع الكويكبات. حتى الآن ، جيد جدًا ، نظرًا لأن النظام الشمسي المبكر كان مكانًا أكثر فوضوية مما هو عليه الآن. عندما ضربت الكويكبات والمذنبات هذه الأرض الساخنة ، تم غليان الماء والهيدروجين الموجود في الفضاء. مع برودة الأرض بمرور الوقت ، سمح لتكثف الماء من المذنبات والكويكبات على الأرض ، ولا يتم غليها في الفضاء. عالق الماء حولها.
والدليل على ذلك يكمن في نسب النظائر. نسبة الديوتريوم نظير الهيدروجين الثقيل إلى الهيدروجين العادي هي علامة كيميائية. يجب أن يكون لجسمان من الماء بنفس النسبة أصل واحد ، كما يقول التفكير. ومحيطات الأرض لها نفس نسبة الماء على الكويكبات.
هذه نسخة مبسطة جدًا من النظرية الشائعة حول كيفية وصول الماء إلى الأرض.
لكن العلماء ساذجون ، يحاولون دائمًا الحصول على فهم أفضل وأكثر دقة للأشياء. كانوا يشككون في نظرية "الماء من المذنبات" قبل ظهور هذه الدراسة الجديدة.
في عام 2014 ، درس بعض العلماء القضية من خلال النظر في النيازك من مختلف الأعمار. (النيازك هي مجرد كويكبات اصطدمت بالأرض.) أولاً نظروا إلى ما يعرف باسم "النيازك الغضروفية الكربونية". إنها أقدمها التي نعرفها ، وتشكلت في نفس الوقت تقريبًا الذي صنعته الشمس. إنها اللبنات الأساسية للأرض.
بعد ذلك ، درسوا النيازك التي نعتقد أنها نشأت من الكويكب الكبير فيستا. تشكل Vesta في نفس المنطقة مثل الأرض ، بعد حوالي 14 مليون سنة من ولادة النظام الشمسي. وفقًا لدراسة 2014 ، تشبه النيازك القديمة تركيبة النظام الشمسي السائبة وتحتوي على الكثير من الماء فيها ، لذلك تم اعتبارها على نطاق واسع مصدر مياه الأرض.
أظهرت القياسات في دراسة 2014 أن هذه النيازك لها نفس كيمياء الكوندريت والصخور الكربونية الموجودة على الأرض. وخلصوا إلى أن الكوندريتات الكربونية هي المصدر الأكثر شيوعًا للمياه. في ذلك الوقت ، قال هورست مارشال ، أحد مؤلفي الدراسة ، "أظهرت الدراسة أن ماء الأرض تراكم على الأرجح في نفس الوقت مثل الصخور. تشكل الكوكب ككوكب مبلل بالماء على السطح ". اعترف الفريق المسؤول عن هذه الدراسة أن بعض مياهنا جاءت من الصدمات.
وهذا يقودنا إلى هذه الدراسة الجديدة ، التي تعزز الاستنتاجات من دراسة 2014.
يقول مؤلفو هذه الدراسة الجديدة إن المحيطات ونسب نظائرها قد لا تحكي القصة بأكملها. قال ستيفن ديش ، أستاذ الفيزياء الفلكية في مدرسة استكشاف الأرض والفضاء في جامعة ولاية أريزونا في تيمبي ، أريزونا: "إنها مجرد نقطة عمياء في المجتمع". "عندما يقيس الناس نسبة [الديوتريوم إلى الهيدروجين] في مياه المحيط ويرون أنها قريبة جدًا مما نراه في الكويكبات ، كان من السهل دائمًا تصديق أن كل ذلك جاء من الكويكبات". من الصعب إلقاء اللوم عليهم ، إنه دليل مقنع للغاية.
"إنها نقطة عمياء في المجتمع." - ستيفن ديش ، مدرسة استكشاف الأرض والفضاء ، جامعة ولاية أريزونا.
يشير ديش والمؤلفون الآخرون لهذه الدراسة الجديدة إلى بحث نُشر في عام 2015 يوضح أن محيطات الأرض قد لا تمثل المياه البدائية للأرض. قد تدور المحيطات بين السطح وخزان أعمق من المياه ، في عمق الأرض. ربما يكون هذا قد غيّر النسبة بمرور الوقت ، وقد يعني أن هذه المياه العميقة تمثل على الأقل بعضًا من المياه البدائية الحقيقية للأرض. وربما تكون هذه المياه قد أتت مباشرة من السديم الشمسي ، وليس من خلال اصطدامات المذنبات والكويكبات.
طورت الدراسة نموذجًا نظريًا جديدًا لتكوين الأرض لشرح هذه الاختلافات بين الهيدروجين في محيطات الأرض وعلى حدود الوشاح الأساسي.
يُظهر هذا النموذج الجديد كويكبات كبيرة مسجلة في الماء تشكلت في كواكب قبل مليارات السنين في سديم شمسي يدور حول الشمس. عانت هذه الأجنة الكوكبية من الاصطدام المتسلسل ونمت بسرعة. في نهاية المطاف ، يقولون ، اصطدم قوي بما فيه الكفاية سطح أكبر جنين في محيط الصهارة. أصبح هذا أكبر جنين الأرض.
كان لهذا الجنين الكبير ما يكفي من الجاذبية للتماسك في الغلاف الجوي ، وجذب الغازات ، بما في ذلك الهيدروجين ، وهو الأكثر وفرة ، من السديم الشمسي لتشكيل واحد. يحتوي الهيدروجين في السديم الشمسي على كمية أقل من الديوتريوم وأخف وزنًا من الهيدروجين الكويكب. تذوب في الحديد المنصهر في محيط الصهارة على الأرض.
تم سحب الهيدروجين إلى مركز الأرض من خلال عملية تسمى تجزئة النظائر. ينجذب الهيدروجين إلى الحديد ، ويتم توصيل قلب الأرض بواسطة الحديد. بقي الديوتريوم ، نظير الهيدروجين الثقيل ، في الصهارة ، التي تبرد لتشكل عباءة الأرض. جلبت الآثار المستمرة المزيد من الماء والكتلة إلى الأرض ، حتى وصلت إلى الكتلة التي هي عليها اليوم.
النقطة الأساسية في هذا النموذج الجديد هي أن الهيدروجين في قلب الأرض يختلف عن الهيدروجين في الوشاح وفي المحيطات. تحتوي المياه الأساسية على كمية أقل من الديوتريوم. ولكن ماذا يعني كل ذلك؟
سمح النموذج الجديد للمؤلفين بتقدير كميات المياه التي أتت من اصطدام الكويكبات مع نمو الأرض وتطورها ، مقارنة بكمية السديم الشمسي عندما تشكلت الأرض. استنتاجهم؟ قال جون وو ، أستاذ البحوث المساعد في كلية العلوم الجزيئية ومدرسة استكشاف الأرض والفضاء في جامعة ولاية أريزونا والمؤلف الرئيسي المشارك لـ "لكل 100 جزيء من ماء الأرض ، هناك واحد أو اثنان قادمان من السديم الشمسي". الدراسة.
تمثل هذه الدراسة منظورًا جديدًا حول تكوين الكواكب وتطويرها وكيف يمكن أن تزدهر الحياة المبكرة على كوكب صغير.
يشير هذا النموذج إلى أن التكوين الحتمي للمياه قد يحدث على الأرجح على أي كواكب صخرية خارجية كبيرة بما يكفي في الأنظمة خارج المجموعة الشمسية. أعتقد أن هذا مثير للغاية ". - جون وو ، كلية العلوم الجزيئية ومدرسة استكشاف الأرض والفضاء بجامعة ولاية أريزونا ، مؤلف مشارك مشارك.
في السابق ، اعتقدنا أن الكواكب الوحيدة التي يمكن أن يكون لها حياة عليها يجب أن تكون في نظام شمسي غني بالكويكبات والمذنبات الحاملة للماء. لكن ربما هذه ليست المشكلة. في الأنظمة الشمسية الأخرى ، لا تستطيع جميع الكواكب الشبيهة بالأرض الوصول إلى الكويكبات المحملة بالماء. تشير الدراسة الجديدة إلى أن أي كواكب خارجية صالحة للسكن ربما تكون قد حصلت على الماء من السديم الشمسي في نظامها. تخفي الأرض معظم مياهها في الداخل. الأرض لها محيطان تقريبًا في عباءةها ، و 4 أو 5 في قلبها. قد تكون الكواكب الخارجية متشابهة.
قال وو: "يشير هذا النموذج إلى أن التكوين الحتمي للمياه من المحتمل أن يحدث على أي كواكب صخرية خارجية كبيرة بما يكفي في الأنظمة خارج المجموعة الشمسية". "أعتقد أن هذا مثير للغاية."
هناك نقطة تحذيرية واحدة في هذا النموذج الجديد ، والتي تنطوي على تجزئة الهيدروجين. ليس من المفهوم جيدًا كيف تتغير نسبة الديوتريوم إلى الهيدروجين عندما يذوب العنصر في الحديد ، والذي هو في قلب هذا النموذج الجديد. كان لا بد من تقديرها في هذه الدراسة الجديدة.
بشكل عام ، تتناسب الدراسة الجديدة بشكل جيد مع الأبحاث الأخرى في مياه الأرض. بمجرد إجراء المزيد من العمل على تجزئة الهيدروجين ، يمكن اختبار النموذج الجديد بشكل أكثر صرامة.
- بيان صحفي أجو: "العلماء ينظّرون قصة أصل جديدة لمياه الأرض"
- ورقة بحثية: "أصل مياه الأرض: وراثة غضروفية بالإضافة إلى غشاء سديم وتخزين الهيدروجين في القلب"
- ورقة بحث: "دليل على المياه البدائية في الوشاح العميق للأرض"
- ورقة بحثية: "التراكم المبكر للماء في النظام الشمسي الداخلي من مصدر يشبه الكوندريت الكربوني"
- ويكيبيديا: تكوين وتطور النظام الشمسي
- ويكيبيديا: 4 فيستا
