مطالعه تازه می‌گوید زمین بخش بزرگی از آب خود را هنگام شکل‌گیری سیاره تولید کرده است

بر اساس پژوهش جدیدی که در مجله نیچر ژئوساینس منتشر شده، بخش زیادی از آب زمین ممکن است هم‌زمان با شکل‌گیری این سیاره و در پی واکنش شیمیایی میان ذرات سنگی و جو غنی از هیدروژن زمین اولیه به وجود آمده باشد.

این یافته‌ها توضیح احتمالی تازه‌ای برای چگونگی تأمین یکی از مواد ضروری حیات ارائه می‌دهند و نشان می‌دهند که فرایندهای مشابه تولید آب ممکن است در سیارات سنگی خارج از منظومه شمسی نیز رایج باشند.

این پژوهش به سرپرستی سوسمیتا گارای، دانشجوی تحصیلات تکمیلی، و با همکاری زکری شارپ، استاد و مدیر گروه علوم زمین و سیارات، و پیتر اولسون در دانشگاه نیومکزیکو انجام شد. پژوهشگران با اجرای آزمایش‌هایی در دماهای بالا، واکنش سنگ‌های سیلیکاتی حاوی آهن با هیدروژن موجود در جو را بررسی کردند تا شرایط مشابه مراحل اولیه شکل‌گیری سیارات را شبیه‌سازی کنند.

شارپ گفت

نظریه‌های پیشین درباره منشأ آب زمین بر ورود مواد از منابع خارجی، مانند دنباله‌دارها یا شهاب‌سنگ‌ها، تکیه داشتند. اما ما در این پژوهش نشان می‌دهیم که تقریباً هر سیاره‌ای با ابعاد زمین باید از طریق این سازوکار تازه‌شناسایی‌شده آب داشته باشد. برای بررسی احتمال نقش بارش ذرات سنگی در تأمین آب، لازم بود آزمایش‌های بسیار دشوار در دماهای بالا طراحی و اجرا کنیم. تلاش‌های گارای نتیجه چشمگیری داشت، زیرا او دریافت که در محیط داغ جو زمین اولیه، آب تنها در چند دقیقه تولید می‌شود.

دانشمندان مدت‌هاست که چگونگی دستیابی زمین به آب در دوران شکل‌گیری آن را بررسی می‌کنند. یکی از نظریه‌های مطرح، انتقال مواد غنی از آب از فاصله‌های دور را مطرح می‌کند؛ از جمله ذرات یخی که در نواحی سردتر منظومه شمسی اولیه شکل گرفته بودند. با این حال، هنوز پرسش‌هایی درباره چگونگی انتقال این مواد از فاصله‌های بسیار دور به زمین و توانایی این فرایندها در توضیح کامل ترکیب شیمیایی سیاره وجود دارد.

پژوهش جدید احتمال دیگری را بررسی می‌کند: آب می‌تواند از واکنش‌های شیمیایی میان مواد سنگی و هیدروژن موجود در جو سیاره در حال رشد تولید شده باشد.

در دوران شکل‌گیری زمین، ذرات کوچک سنگی موسوم به سنگ‌ریزه‌های کیهانی به‌تدریج کنار یکدیگر جمع شدند و جرم بزرگ‌تری را تشکیل دادند. این فرایند برافزایش سنگ‌ریزه‌ای نام دارد. با افزایش جرم سیاره، امکان شکل‌گیری جوی داغ و پرفشار با مقدار زیادی هیدروژن فراهم شد. هنگامی که ذرات سیلیکاتی از این جو عبور می‌کردند، اکسید آهن موجود در سنگ‌ها می‌توانست با هیدروژن واکنش دهد و آهن فلزی و بخار آب تولید کند.

آزمایش‌های دمای بالا برای بررسی واکنش شیمیایی

برای آزمایش این سازوکار، پژوهشگران نمونه‌های سنگ سیلیکاتی را در دمای ۱۲۰۰ تا ۱۴۰۰ درجه سانتی‌گراد، در معرض جریان هیدروژن قرار دادند و برای مقایسه، آزمایش‌های مشابهی را با هلیوم انجام دادند. مدت آزمایش‌ها از ۱۵ دقیقه تا سه ساعت متغیر بود.

در آزمایش‌های هیدروژنی، نزدیک به ۸۰ درصد اکسید آهن موجود در نمونه‌ها به آهن فلزی تبدیل شد و در جریان این واکنش، بخار آب نیز به وجود آمد. چنین واکنشی در آزمایش‌های هلیومی رخ نداد؛ موضوعی که نقش اساسی هیدروژن در فرایند تولید آب را نشان می‌دهد.

شارپ گفت

ما انتظار داشتیم و امیدوار بودیم که در آزمایش‌های احیای شیمیایی خود آهن فلزی و آب تولید کنیم، اما واقعاً نمی‌دانستیم این واکنش با چه سرعتی رخ می‌دهد و چه مقدار محصول به دست خواهد آمد. از اینکه برآوردهای مبتنی بر نتایج پژوهش ما نشان می‌دهند احتمالاً صدها برابر حجم اقیانوس‌های زمین آب به این روش تولید شده، بسیار شگفت‌زده شدیم. وقتی به پهنه وسیعی از آب نگاه می‌کنیم، تصور اینکه این آب ممکن است ۴.۵ میلیارد سال پیش در جوی جهنم‌مانند شکل گرفته باشد دشوار به نظر می‌رسد؛ با این حال، چنین احتمالی کاملاً جدی است.

این یافته‌ها نشان می‌دهند که تولید آب احتمالاً نقش مهمی در مراحل اولیه تکامل زمین داشته است. بنابراین، ممکن است تمام آب اولیه این سیاره از طریق یخ یا سایر مواد غنی از آب به زمین نرسیده باشد، بلکه سیاره در حال رشد توانسته باشد با واکنش میان مواد سنگی سازنده خود و جو پیرامونش، مقدار زیادی آب تولید کند.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.