مطالعه جدید می گوید که زمین بیشتر آب خود را هنگام شکل گیری سیاره تولید کرد

این یافته‌ها توضیح احتمالی جدیدی برای چگونگی ارائه یکی از مواد ضروری حیات ارائه می‌کنند و نشان می‌دهند که فرآیندهای مشابه تولید آب ممکن است در سیارات سنگی خارج از منظومه شمسی رایج باشد.

این تحقیق توسط Susmita Garai، دانشجوی کارشناسی ارشد، با همکاری زاخاری شارپ، استاد و مدیر دپارتمان علوم زمین و سیاره و پیتر اولسون در دانشگاه نیومکزیکو رهبری شد. محققان با انجام آزمایش‌هایی در دمای بالا، واکنش سنگ‌های سیلیکات حاوی آهن را با هیدروژن موجود در جو برای شبیه‌سازی شرایطی مشابه مراحل اولیه تشکیل سیاره بررسی کردند.

شارپ گفت:

تئوری های قبلی در مورد منشاء آب زمین بر ورودی مواد از منابع خارجی مانند ستاره های دنباله دار یا شهاب سنگ ها تکیه داشتند. اما ما در این مطالعه نشان می دهیم که تقریباً هر سیاره ای به اندازه زمین باید از طریق این مکانیسم تازه شناسایی شده دارای آب باشد. برای بررسی امکان نقش بارندگی ذرات سنگ در تامین آب، طراحی و اجرای آزمایشات بسیار دشوار در دماهای بالا ضروری بود. تلاش های گارای به طور چشمگیری نتیجه داد، زیرا دریافت که در محیط گرم جو زمین اولیه، آب تنها در چند دقیقه تولید می شود.

دانشمندان مدت‌هاست که بررسی کرده‌اند که چگونه زمین در طول شکل‌گیری خود آب به دست آورده است. یکی از تئوری های پیشنهادی انتقال مواد غنی از آب از فواصل دور را پیشنهاد می کند. از جمله ذرات یخی که در مناطق سردتر منظومه شمسی اولیه تشکیل شده است. با این حال، هنوز سوالاتی در مورد نحوه انتقال این مواد از فواصل دور به زمین و توانایی این فرآیندها در توضیح کامل ترکیب شیمیایی سیاره وجود دارد.

تحقیقات جدید احتمال دیگری را بررسی می‌کند: آب می‌تواند توسط واکنش‌های شیمیایی بین مواد سنگی و هیدروژن در جو سیاره در حال رشد تولید شده باشد.

در طول شکل گیری زمین، ذرات سنگی کوچکی که به عنوان سنگریزه های کیهانی شناخته می شوند، به تدریج کنار هم جمع شدند و توده بزرگتری را تشکیل دادند. به این فرآیند تجمع سنگریزه می گویند. با افزایش جرم سیاره، امکان تشکیل یک جو گرم و پرفشار با مقدار زیادی هیدروژن فراهم شد. با عبور ذرات سیلیکات از این جو، اکسید آهن موجود در سنگ ها می تواند با هیدروژن واکنش داده و آهن فلزی و بخار آب تولید کند.

آزمایشات دمای بالا برای بررسی واکنش شیمیایی

برای آزمایش این مکانیسم، محققان نمونه های سنگ سیلیکات را در دمای 1200 تا 1400 درجه سانتیگراد تحت جریان هیدروژن قرار دادند و برای مقایسه آزمایش های مشابهی را با هلیوم انجام دادند. مدت زمان آزمایش از 15 دقیقه تا سه ساعت متغیر بود.

در آزمایش‌های هیدروژن، نزدیک به 80 درصد از اکسید آهن نمونه‌ها به آهن فلزی تبدیل شد و در طی این واکنش بخار آب نیز تولید شد. چنین واکنشی در آزمایشات هلیوم رخ نداد. موضوعی که نشان دهنده نقش اساسی هیدروژن در فرآیند تولید آب است.

شارپ گفت:

ما انتظار داشتیم و امیدوار بودیم که در آزمایش‌های احیای شیمیایی‌مان آهن و آب فلزی تولید کنیم، اما واقعاً نمی‌دانستیم واکنش با چه سرعتی انجام می‌شود و چه مقدار محصول به دست می‌آید. ما بسیار شگفت زده شدیم که برآوردهای مبتنی بر نتایج تحقیقات ما نشان می دهد که احتمالاً صدها برابر حجم آب اقیانوس های زمین از این طریق تولید شده است. وقتی به وسعت وسیعی از آب نگاه می کنیم، تصور اینکه این آب می تواند 4.5 میلیارد سال پیش در جو جهنمی شکل گرفته باشد، دشوار به نظر می رسد. با این حال، چنین احتمالی کاملا جدی است.

این یافته ها نشان می دهد که احتمالاً تولید آب نقش مهمی در مراحل اولیه تکامل زمین داشته است. بنابراین، این امکان وجود دارد که تمام آب اولیه سیاره از طریق یخ یا سایر مواد غنی از آب به زمین نرسیده باشد، بلکه سیاره در حال رشد توانسته است با واکنش هایی بین مواد سنگی خود و جو اطرافش، مقادیر زیادی آب تولید کند.