Vi har kometer og asteroider for at takke for Jordens vand i henhold til den mest udbredte teori blandt forskere. Men det er ikke så skåret og tørret. Det er stadig lidt af et mysterium, og en ny undersøgelse antyder, at ikke alt Jordens vand blev leveret til vores planet på den måde.
Brint er det mest rigelige element i universet, og det er i centrum af spørgsmålet omkring Jordens vand. Denne nye undersøgelse blev ledet af 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 brintet i det mindste delvist kom fra solnebulaen, en sky af gas og støv, der blev tilbage, efter at solen dannede sig.
Før vi går ind i detaljerne i denne nye undersøgelse, er det nyttigt at se på den langvarige teori, som den kan erstatte.
I lang tid troede de fleste forskere vand-fra-kometerne og asteroiderne af vandets oprindelse her på Jorden. Det hele starter med dannelsen af Solen.
Da solen dannede sig ud fra en molekylær sky, fejede den det meste af materialet i skyen og efterlod lidt tilbage til alt andet: planeter, asteroider og kometer. Når solen brast ud i fusion med livet, sendte en kraftig solvind en masse brint fra dets ydre lag ud over, hvor de indre klippeplaneter - Merkur, Venus, Jorden og Mars - befinder sig i dag.
Dette er gasgiganternes rige og vigtigere kometer og asteroider. Kometer er iskolde, stenede kroppe, der menes at indeholde betydelige mængder af brint, der blæses derude af den tidlige sol, og også asteroider, skønt i mindre grad. De blev et betydeligt reservoir for brint.
Da Jorden dannede sig, var det en smeltet kugle, dens overflade blev holdt i denne tilstand ved gentagen kollision med asteroider. Indtil videre så godt, da det tidlige solsystem var et meget mere kaotisk sted, end det er nu. Da asteroider og kometer ramte denne varme jord, blev vandet og brintet i den kogt ud i rummet. Da jorden afkølet med tiden, fik vand fra komeet og asteroide-kollision lov til at kondensere på Jorden og blev ikke kogt ud i rummet. Vandet stak rundt.
Beviserne herfor ligger i isotopforhold. Forholdet mellem deuterium med tungt hydrogenisotop og normalt brint er en kemisk signatur. To vandmasser med samme forhold skal have samme oprindelse, tænker man. Og Jordens oceaner har det samme forhold som vand på asteroider.
Det er en meget forenklet version af den vidt udbredte teori om, hvordan vand kom til Jorden.
Men forskere er malcontents, og prøver altid at få en bedre og mere grundig forståelse af tingene. De satte spørgsmålstegn ved "vand fra kometer" -teorien, før denne nyeste undersøgelse kom ud.
Tilbage i 2014 studerede nogle forskere spørgsmålet ved at se på meteoritter i forskellige aldre. (Meteoritter er bare asteroider, der har ramt Jorden.) Først kiggede de på, hvad der er kendt som 'kulstofholdige kondritmeteoritter'. De er de ældste, vi kender til, og de dannede omtrent samme tid som Solen gjorde. De er de primære byggesten i Jorden.
Dernæst studerede de meteoritter, som vi tror stammer fra den store asteroide Vesta. Vesta dannede sig i samme region som Jorden ca. 14 millioner år efter, at solsystemet blev født. I henhold til denne undersøgelse fra 2014 lignede de gamle meteoritter meget solcelleanlæggets sammensætning og har en masse vand i dem, så de er blevet betragtet som kilden til Jordens vand.
Målingerne i denne undersøgelse fra 2014 viste, at disse meteoritter har den samme kemi som de kulstofholdige kondriter og klipper, der findes på Jorden. De konkluderede, at kulstofholdige kondriter er den mest sandsynlige fælles vandkilde. På det tidspunkt sagde Horst Marschall, en af forfatterne til undersøgelsen, ”Undersøgelsen viser, at Jordens vand sandsynligvis er bundet sammen på samme tid som klippen. Planeten dannede sig som en våd planet med vand på overfladen. ” Holdet bag denne undersøgelse erkendte, at noget af vores vand stammede fra påvirkninger.
Hvilket bringer os til denne nye undersøgelse, som styrker konklusionerne fra 2014-undersøgelsen.
Forfatterne af denne nye undersøgelse siger, at oceanerne og deres isotopforhold muligvis ikke fortæller hele historien. ”Det er lidt af en blind plet i samfundet,” sagde Steven Desch, professor i astrofysik ved School of Earth and Space Exploration ved Arizona State University i Tempe, Arizona. ”Når folk måler forholdet [deuterium-til-hydrogen] i havvand, og de ser, at det er temmelig tæt på det, vi ser i asteroider, var det altid let at tro, at det hele kom fra asteroider.” Det er svært at bebrejde dem; det er et ret overbevisende bevis.
"Det er lidt af en blind plet i samfundet." - Steven Desch, School of Earth and Space Exploration, ASU.
Desch og de andre forfattere af denne nye undersøgelse peger på forskning, der blev offentliggjort i 2015, og som viser, at Jordens oceaner muligvis ikke er repræsentative for Jordens oprindelige vand. Havene kan have cyklet mellem overfladen og et dybere vandmagasin dybt inde i Jorden. Dette kan have ændret forholdet over tid, og det kan betyde, at dette dybere vand mindst repræsenterer noget af Jordens ægte oprindelige vand. Og at vandet måske er kommet direkte fra solneblen snarere end gennem påvirkning af komet og asteroide.
Undersøgelsen udvikler en ny teoretisk model for Jordens dannelse for at forklare disse forskelle mellem brint i Jordens oceaner og ved kerne-mantelgrænsen.
Denne nye model viser store vandloggede asteroider, der er dannet til planeter for milliarder af år siden i solnedgangen, der hvirvler rundt om solen. Disse planetariske embryoner led efterfølgende kollision, og de voksede hurtigt. Til sidst, siger de, en kraftig nok kollision smeltede overfladen af det største embryo til et hav af magma. Dette største embryo blev Jorden.
Dette store embryo havde tyngdekraft nok til at holde fast i en atmosfære, og det tiltrakkede gasser, inklusive brint, den mest rigelige, fra soleniveauet til at danne en. Brintet i solneblen indeholdt mindre deuterium og er lettere end asteroidalt brint. Det opløstes i det smeltede jern fra magmahavet på Jorden.
Brintet blev trukket til midten af Jorden ved en proces kaldet isotopisk fraktionering. Brint er tiltrukket af jern og blev leveret jordens kerne af jernet. Deuterium, den tunge hydrogenisotop, forblev i magmaen, der afkøledes til at danne jordens mantel. Vedvarende påvirkninger bragte mere vand og masse til Jorden, indtil den nåede den masse, den er i dag.
Det centrale punkt i denne nye model er, at brint i jordens kerne er anderledes end brint i mantelen og i verdenshavene. Kernevand har langt mindre deuterium. Men hvad betyder det hele?
Den nye model tillader forfatterne at estimere mængderne af vand, der stammede fra asteroidepåvirkninger, når Jorden voksede og udviklede sig, sammenlignet med hvor meget der kom fra solnebulaen, da Jorden dannede sig. Deres konklusion? ”For hver 100 molekyler af Jordens vand kommer der en eller to fra solenågen,” sagde Jun Wu, assisterende forskerprofessor i School of Molecular Sciences og School of Earth and Space Exploration ved Arizona State University og co-lead forfatter af Studiet.
Denne undersøgelse er et nyt perspektiv på planetarisk dannelse, udvikling og hvordan det tidlige liv kunne blomstre på en ung planet.
”Denne model antyder, at den uundgåelige dannelse af vand sandsynligvis ville forekomme på enhver tilstrækkeligt store stenede exoplaneter i ekstrasolære systemer. Det synes jeg er meget spændende. ” - Jun Wu, School for Molecular Sciences og School of Earth and Space Exploration at ASU, co-lead author.
Tidligere troede vi, at de eneste planeter, der kunne have liv på dem, skulle være i et solsystem, der er rig med vandbærende asteroider og kometer. Men det er måske ikke tilfældet. I andre solsystemer har ikke alle jordlignende planeter adgang til asteroider, der er fyldt med vand. Den nye undersøgelse antyder, at alle beboelige eksoplaneter måske har fået vand fra solenergien i deres system. Jorden skjuler det meste af sit vand i dets indre. Jorden har omtrent to oceaner i sin mantel og 4 eller 5 i sin kerne. Eksoplaneter kan være ens.
”Denne model antyder, at den uundgåelige dannelse af vand sandsynligvis ville forekomme på enhver tilstrækkeligt store stenede exoplaneter i ekstrasolære systemer,” sagde Wu. ”Jeg synes, dette er meget spændende.”
Der er dog et forsigtigt punkt i denne nye model, og det indebærer brintfraktionering. Det er ikke godt forstået, hvordan deuterium-til-brintforholdet ændres, når elementet opløses i jern, som er i centrum af denne nye model. Det måtte estimeres i denne nye undersøgelse.
Samlet set passer den nye undersøgelse godt sammen med anden forskning i Jordens vand. Når der arbejdes mere med brintfraktionering, kan den nye model testes mere strengt.
- AGU Pressemeddelelse: "Forskere teoretiserer ny historie om jordens vand"
- Forskningsartikel: "Jordens vand: oprindelse i kondritisk arv plus nebulær indtagning og opbevaring af brint i kernen"
- Forskningsdokument: ”Bevis for oprindeligt vand i jordens dybe mantel”
- Forskningsartikel: "Tidlig tilskyndelse af vand i det indre solsystem fra en kulstofagtig kondritlignende kilde"
- Wikipedia: Dannelse og udvikling af solsystemet
- Wikipedia: 4 Vesta
