Τα βασικά σημεία του άρθρου
- Εργαστηριακά πειράματα υποδεικνύουν ότι οι βραχώδεις πλανήτες θα μπορούσαν να δημιουργήσουν το δικό τους νερό κατά τη διάρκεια του σχηματισμού τους, προσφέροντας δυνητικά σε μακρινούς κόσμους ένα απαραίτητο συστατικό για τη ζωή.
- Νέα μελέτη του Πανεπιστημίου του Νέου Μεξικού έδειξε ότι το υδρογόνο αντιδρά με το οξυγόνο που είναι δεσμευμένο στα πυριτικά πετρώματα υπό υψηλές θερμοκρασίες, παράγοντας νερό σε λίγα μόλις λεπτά.
- Οι ερευνητές εκτιμούν ότι αυτή η διαδικασία μπορεί να παρήγαγε ποσότητες νερού που αντιστοιχούν σε εκατοντάδες ωκεανούς, ενισχύοντας την πιθανότητα να διαθέτουν νερό και ζωή παρόμοιοι πλανήτες πέρα από το ηλιακό μας σύστημα.
Έχετε αναρωτηθεί ποτέ από πού προέρχεται κάθε γουλιά νερό που πίνουμε ή οι απέραντοι ωκεανοί που καλύπτουν τον πλανήτη μας; Για δεκαετίες, η κυρίαρχη επιστημονική θεωρία μάς έμαθε να κοιτάζουμε τα αστέρια. Μας είπαν ότι το νερό της Γης έφτασε εδώ με «delivery» από το παγωμένο διάστημα, κρυμμένο μέσα σε κομήτες και μετεωρίτες που σφυροκοπούσαν τον νεαρό πλανήτη μας. Όμως, μια νέα, ανατρεπτική μελέτη έρχεται να αλλάξει τα πάντα, προτείνοντας ότι η απάντηση δεν βρίσκεται εκεί έξω, αλλά βαθιά μέσα στα σπλάχνα της ίδιας της Γης.
Εργαστηριακά πειράματα υποδεικνύουν ότι οι βραχώδεις πλανήτες θα μπορούσαν να δημιουργήσουν το δικό τους νερό κατά τη διάρκεια του σχηματισμού τους, προσφέροντας δυνητικά σε μακρινούς κόσμους ένα απαραίτητο συστατικό για τη ζωή. Τα πετρώματα, το αέριο υδρογόνο και η έντονη θερμότητα μπορεί να ακούγονται σαν μια απίθανη συνταγή για τη δημιουργία ενός ωκεανού.
Κι όμως, τα πειράματα δείχνουν ότι αυτά τα συστατικά θα μπορούσαν να έχουν παράξει μεγάλο μέρος του νερού της Γης, την εποχή που ο πλανήτης βρισκόταν ακόμη υπό διαμόρφωση. Μία από τις επικρατέστερες εξηγήσεις για την προέλευση του νερού της Γης περιλαμβάνει μικρά σωματίδια που περιείχαν πάγο, γνωστά ως «παγωμένα βότσαλα» (icy pebbles).
Αυτά σχηματίστηκαν στις ψυχρότερες περιοχές του πρώιμου ηλιακού συστήματος, όπου το νερό μπορούσε να παραμείνει παγωμένο, και ενδέχεται να μετέφεραν αυτό το νερό αναπτυσσόμενη Γη.
Ωστόσο, παραμένουν ερωτήματα σχετικά με το πώς αυτά τα σωματίδια διένυσαν τόσο μεγάλες αποστάσεις, καθώς και για το αν αυτές οι «παραδόσεις» μπορούν να εξηγήσουν πλήρως τη χημική σύσταση της Γης.
Η «συνταγή» του νερού: Μέταλλα και υδρογόνο δημιουργούν υγρές σταγόνες στο λεπτό
Η μεταπτυχιακή φοιτήτρια Σουσμίτα Γκαράι ηγήθηκε νέας έρευνας στο Πανεπιστήμιο του Νέου Μεξικού σε συνεργασία με τους Ζάκαρι Σαρπ και Πίτερ Όλσον. Η μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Geoscience, διερεύνησε τη χημική αντίδραση μεταξύ πυριτικών πετρωμάτων που περιέχουν σίδηρο και του ατμοσφαιρικού υδρογόνου υπό συνθήκες που προσομοιάζουν την πρώιμη φάση σχηματισμού των πλανητών.
«Για να αξιολογήσουμε την πιθανότητα η “βροχή από παγωμένα βότσαλα” να αποτελεί την πηγή του νερού, έπρεπε να σχεδιάσουμε και να εκτελέσουμε ορισμένα πολύ απαιτητικά πειράματα σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι προσπάθειες της Δρ. Γκαράι απέδωσαν θεαματικά, καθώς διαπίστωσε ότι το νερό παράγεται σε μόλις λίγα λεπτά στο περιβάλλον υψηλών θερμοκρασιών της ατμόσφαιρας της πρώιμης Γης», δήλωσε ο Σαρπ.
Οι ερευνητές θέρμαναν δείγματα πυριτικών πετρωμάτων σε θερμοκρασίες μεταξύ 1.200 και 1.400 βαθμών Κελσίου, σε πειράματα που διήρκεσαν από 15 λεπτά έως τρεις ώρες. Ορισμένα δείγματα εκτέθηκαν σε ροές υδρογόνου, ενώ άλλα θέρμανθηκαν σε περιβάλλον ηλίου για σύγκριση, επιτρέποντας στην ομάδα να ελέγξει τον ρόλο του υδρογόνου στην αντίδραση.
Στα πειράματα με το υδρογόνο, σχεδόν το 80% του οξειδίου του σιδήρου στα δείγματα μετατράπηκε σε μεταλλικό σίδηρο, παράγοντας υδρατμούς κατά τη διαδικασία. Το υδρογόνο αντέδρασε με το οξυγόνο που ήταν δεσμευμένο στον σίδηρο των πετρωμάτων, αφήνοντας τον σίδηρο σε μεταλλική μορφή και σχηματίζοντας νερό. Η ίδια αντίδραση δεν παρατηρήθηκε στο περιβάλλον ηλίου.
Διαστημική «βροχή»: Πώς δισεκατομμύρια παγωμένα σωματίδια τροφοδότησαν τον πλανήτη με νερό
«Οι προηγούμενες θεωρίες για την προέλευση του νερού στη Γη βασίζονταν σε μια εξωτερική πηγή, όπως οι κομήτες ή οι μετεωρίτες. Εδώ δείχνουμε ότι ουσιαστικά κάθε πλανήτης με το μέγεθος της Γης θα έπρεπε να διαθέτει νερό μέσω αυτού του νέου μηχανισμού που εντοπίσαμε», εξήγησε ο Σαρπ.
Για να μπορέσει αυτή η χημική διαδικασία να τροφοδοτήσει έναν αναπτυσσόμενο πλανήτη με νερό, θα έπρεπε βραχώδη υλικά και υδρογόνο να συναντηθούν υπό τις κατάλληλες συνθήκες. Αυτό θα μπορούσε να συμβεί κατά την «επίταξη βοτσάλων» (pebble accretion), μια διαδικασία κατά την οποία μικρά βραχώδη σωματίδια συσσωρεύονται για να σχηματίσουν ένα μεγαλύτερο πλανητικό σώμα.
Μόλις ο αναπτυσσόμενος πλανήτης αποκτούσε επαρκή μάζα, θα μπορούσε να αναπτύξει μια θερμή ατμόσφαιρα υψηλής πίεσης, πλούσια σε υδρογόνο. Τα πυριτικά βότσαλα που έπεφταν μέσα από αυτή την ατμόσφαιρα θα μπορούσαν στη συνέχεια να υποστούν την αντίδραση παραγωγής νερού που δοκιμάστηκε στο εργαστήριο.
«Υποψιαζόμασταν και ελπίζαμε ότι θα παράγαμε μεταλλικό σίδηρο και νερό στα πειράματα αναγωγής μας, αλλά πραγματικά δεν είχαμε τρόπο να γνωρίζουμε πόσο γρήγορα και σε τι ποσότητα. Εκπλαγήκαμε αρκετά όταν διαπιστώσαμε ότι η προέκταση των αποτελεσμάτων της εργασίας μας υποδηλώνει ότι με αυτόν τον τρόπο παρήχθησαν πιθανώς ποσότητες νερού που αντιστοιχούν σε εκατοντάδες ωκεανούς.
Κοιτάζοντας μια μεγάλη μάζα νερού, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι αυτό το νερό μπορεί να δημιουργήθηκε πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια σε μια ατμόσφαιρα που έμοιαζε με κόλαση, αλλά είναι πολύ πιθανό να συνέβη ακριβώς έτσι», δήλωσε ο Σαρπ.
Όχι μόνο η Γη: Κάθε βραχώδης πλανήτης έχει τη «συνταγή» για να δημιουργήσει ωκεανούς
Αν αναπτύχθηκαν ανάλογες συνθήκες γύρω από άλλους βραχώδεις πλανήτες κατά τη διάρκεια του σχηματισμού τους, η αντίδραση αυτή θα μπορούσε να προσφέρει μια ευρέως διαδεδομένη οδό για τη δημιουργία νερού σε κόσμους με το μέγεθος της Γης πέρα από το ηλιακό μας σύστημα.
«Η ιδέα της επίταξης βοτσάλων είναι ακόμη σχετικά νέα, καθώς υφίσταται μόλις την τελευταία δεκαετία. Φαίνεται όμως να λύνει πολλά προβλήματα που υπάρχουν με το τρέχον μοντέλο για τον σχηματισμό των πλανητών», δήλωσε ο Σαρπ. «Και τώρα βλέπουμε ότι μπορεί επίσης να εξηγήσει γιατί ο πλανήτης μας είναι κατοικήσιμος. Κατ’ επέκταση, είναι λογικό να αναμένουμε ότι και άλλα σώματα με το μέγεθος της Γης που περιφέρονται γύρω από άλλα αστέρια θα είχαν επίσης νερό και, πιθανώς, ζωή».
Τα πειράματα αναδεικνύουν έναν πιθανό μηχανισμό για την παραγωγή νερού κατά τον σχηματισμό των πλανητών. Ο προσδιορισμός του πόσο από το νερό της Γης προήλθε πράγματι με αυτόν τον τρόπο θα απαιτήσει περαιτέρω έρευνα.