آب موجود در زمین از کجا آمده است؟

بیگ بنگ/ با نگاه به زمین در مقایسه با دیگر سیاره های صخره ای در همسایگی مان اولین چیزی که جلب توجه می کند آب زیاد موجود بر سطح سیاره است. چطور ۷۰ درصد از سطح سیاره مان از این ماده ی اصلی برای حیات تشکیل شده است؟

دو تئوری عمومی وجود دارد: یکی اینکه زمین مقداری از آبش را زمانی که شکل گرفته، نگاه داشته است، یعنی زمانی که یخ در ابری از گاز و غبار(که ابر پرتو خورشیدی نامیده میشود) وجود داشت که در نهایت خورشید و دیگر سیارات حدود ۴٫۵ میلیارد سال قبل تشکیل شدند. طبق تئوری مقداری از آبها در زمین باقی مانده و دوباره از طریق لایه بالایی سیاره به جریان افتاده اند.

تئوری دو بر این اساس است که زمین، مریخ، ناهید و عطارد میتوانند به اندازه کافی به هم نزدیک شوند طوری که بیشتر آبشان به وسیله گرما تبخیر و این سیارات می توانند با آب اندکی در صخره هایشان تشکیل شوند. حتی در مورد زمین بیشتر آبی که تبخیر شده است زمان برخوردی که ماه به وجود آمد، اتفاق افتاد. در این سناریو، اقیانوسها از سیارک های غنی از یخ که کندریت کربن نامیده می شوند، به وجود آمده اند.

به دنبال آب

دانشمندان منشاء آبهای زمین را با بررسی نسبت دو ایزوتوپ هیدروژن یا ورژن های هیدروژن با تعداد متفاوت نوترون که در طبیعت یافت میشود، بدست می آوردند. یکی هیدروژن معمولی است که فقط یک پروتون در هسته دارد و دیگری دوتریوم که به عنوان هیدروژن سنگین نیز شناخته میشود که یک پروتون و یک نوترون دارد. نسبت هیدروژن به دوتریوم در اقیانوسهای زمین با دیگر سیارکهایی که اغلب از نظر آب و دیگر عناصری چون کربن و نیتروژن غنی هستند، نسبت به دیگر دنباله دارها مطابقت دارد. در حالی که سیارکها اجسام صخره ای کوچکی هستند که به دور خورشید می چرخند، دنباله دارها اجسام یخی هستند که گاهی توپهای برفی نامیده می شوند که گاز و غبار آزاد می کنند و بقایایی از تشکیل سیستم های خورشیدی تصور می شوند.

دانشمندان همچنین عقیق هایی در شهاب سنگ ها کشف کردند که منشاشان در بین سیارکها است.(آنها احتمالا قطعاتی هستند که از سیارکها جدا شده اند.) چون عقیق ها برای تشکیل به آب نیاز دارند، این یافته نشانه دیگری است که آب از صخره ها به وجود می آید. این دو مدرک منشاء سیارک را مورد توجه قرار می دهد. علاوه بر این دوتریوم نسبت به هیدروژن در سیستم های خورشیدی در نقاط دورتر تجمیع میشود بنابراین آب در نواحی دورتر سیستم که دوتریوم غنی تر است، تشکیل میشود.

در بالای سیاره های صخره ای داخلی منظومه شمسی آب نسبتا کمی(به نسبت جرمشان) در مقایسه با قمرهای مشتری، زحل، اورانوس و نپتون و حتی گازهای عظیم شان، حفظ می شود که می تواند این عقیده را تقویت کند در سیستم های داخلی، آب تبخیر میشود در حالی که در قسمت های بیرونی این اتفاق نمی افتد. اگر آب روی زمین تبخیر شود، می تواند در جایی دیگر جایگزین شود، همچنین سیارکهایی با آب فراوان تر نیز بسیار زیادند که این احتمال را افزایش می دهند. شواهد مشخص دیگری نیز توسط فضاپیمای سپیده دم ناسا که در سال ۲۰۰۷ به فضا پرتاب شد، شواهدی از وجود آب در سرس و وستا کشف کرد. که دو عدد از بزرگترین اجرام کمربند اصلی سیارکی بین مشتری و مریخ واقع شده اند.

مسئله بغرنج آب زمین

یک برخورد سنگین بین سیارات؟ نه چندان سریع. برای کار روی این سناریو، نسبت ایزوتوپ اقیانوسها در چندین میلیارد سال باید یکسان باقی بماند. ولی اگر این طور نباشد چطور؟ lلیدیا هالیس دانشمند ستاره شناس دانشگاه گلاسکو در بریتانیا، بر این باور است که هیدروژن موجود در زمین اولیه، مقدار کمتری از دوتریوم نسبت به حال حاضر میباشد. این نسبت در تاریخ ابتدایی زمین تغییر داشته است به خاطر تابش خورشید که هم هیدروژن و هم دوتریوم را گرم کرده است. همچنین، در چند سال اخیر، مدلهای جدیدتر نشان می دهد که زمین مقدار زیادی آب را در هنگام شکل گیری اش حفظ کرده است.

هالیس و همکارانش نسبت ایزوتوپ هیدروژن در صخره های قدیمی کانادا که برخی از قدیمی ترین صخره های روی زمین هستند را بررسی کردند. نسبت ایزوتوپ بررسی شده مقدار کمتری شبیه سیارکها و بیشتر شبیه آبی است که انتظار میرود از سحابی خورشیدی در نواحی که صخره ها هیدروژن معمولی بیشتر و دوتریوم کمتر دارند، شکل گرفته باشد. اما نسبت اقیانوسها در حال حاضر شبیه سیارکها است که نشان میدهد در چندین میلیارد سال اخیر مقداری تغییر داشته است. این تحقیقات در نشریه ی science در سال ۲۰۱۵ منتشر شد.

اگر اقیانوسهای زمین از آب موجود در دیگر سیاکها شکل گرفته باشند، می تواند حل کننده دو مسئله برای ستاره شناسان باشد. یکی اینکه چرا به نظر میرسد زمین آب زیادی در موقعیت اولیه اش داشته و دیگری اینکه چرا حیات تا آنجا که میدانیم به آب نیاز دارد. علاوه بر این هالیس و دیگر دانشمندان مطالعاتی در مورد بازیابی آب از درون زمین نیز داشتند.

در سال ۲۰۱۴ وندی پانرو پروفسور زمین شناسی ایالت اوهایو و دانشجوی دکتری جف پیگوت تئوری را مطرح کردند که آب اقیانوس های زمین از آب ِ درون زمین شکل گرفته است. در این تئوری آب منبع اقیانوس ها از طریق صفحات تکتونیکی منتقل می شود. آنها روی لعل ها مطالعه داشتند و فهمیدند که با نوع دیگری از مواد معدنی که ringwoodite نامیده میشود آب درون زمین را انتقال می دهند. آبی که بعدا به عنوان مواد پوسته جاری شده، به بالا می آید. پیچیدگی مسئله که این فرضیه را به شکل متقابل منحصر به فرد می کند. در واقع سیارکها می توانند آب را انتقال دهند در حالی که از درون زمین منشا میگرد. سوال این است که چقدر می تواند انتقال یابد و چطور پیدا میشود. بنابراین این مسئله حداقل برای دوره ای طولانی به عنوان راز باقی میماند!