Kami mempunyai komet dan asteroid untuk mengucapkan terima kasih atas air Bumi, menurut teori yang paling banyak berlaku di kalangan saintis. Tetapi tidak begitu kering dan kering. Masih sedikit misteri, dan kajian baru menunjukkan bahawa tidak semua air Bumi dihantar ke planet kita dengan cara itu.
Hidrogen adalah unsur paling banyak di alam semesta, dan ia berada di tengah-tengah persoalan di sekitar air Bumi. Kajian baru ini dipimpin bersama oleh Peter Buseck, Profesor Bupati di Sekolah Eksplorasi Bumi dan Angkasa dan Sekolah Sains Molekul di Arizona State University. Di dalamnya, penulis mencadangkan bahawa hidrogen berasal, sekurang-kurangnya sebahagiannya, dari nebula suria, awan gas dan debu yang tersisa setelah Matahari terbentuk.
Sebelum kita mengetahui dengan terperinci dalam kajian baru ini, ada baiknya kita melihat teori lama yang boleh diganti.
Sejak sekian lama, kebanyakan saintis percaya versi air-dari-komet-dan asteroid berasal dari air di Bumi. Semuanya bermula dengan pembentukan Matahari.
Ketika Matahari terbentuk dari awan molekul, ia menyapu sebahagian besar bahan di awan, meninggalkan sedikit yang tersisa untuk semua yang lain: planet, asteroid, dan komet. Sebaik sahaja Matahari meletus dengan peleburan, angin suria yang kuat menghantar banyak hidrogen dari lapisan luarnya ke luar di mana planet-planet berbatu dalam — Merkurius, Venus, Bumi, dan Marikh — kini.
Ini adalah wilayah gergasi gas, dan yang lebih penting, komet dan asteroid. Komet adalah badan yang berais dan berbatu, yang dianggap mengandungi sejumlah besar hidrogen yang dihembuskan oleh Matahari awal, dan asteroid juga, walaupun pada tahap yang lebih rendah. Mereka menjadi takungan hidrogen yang penting.
Ketika Bumi terbentuk, itu adalah bola cair, permukaannya disimpan dalam keadaan itu dengan bertabrakan berulang dengan asteroid. Sejauh ini, sangat baik, kerana Sistem Suria awal adalah tempat yang jauh lebih huru-hara daripada sekarang. Ketika asteroid dan komet melanda Bumi yang panas ini, air dan hidrogen di dalamnya direbus ke angkasa. Ketika Bumi menyejuk dari masa ke masa, air dari pelanggaran komet dan asteroid dibiarkan mengembun di Bumi, dan tidak dididih ke angkasa. Air tersekat di sekitar.
Bukti untuk ini terletak pada nisbah isotop. Nisbah deuterium isotop hidrogen berat ke hidrogen normal adalah tanda kimia. Dua badan air dengan nisbah yang sama mesti mempunyai asal yang sama, pemikiran berjalan. Dan lautan Bumi mempunyai nisbah yang sama dengan air pada asteroid.
Itu adalah versi teori teori yang sangat ringkas mengenai bagaimana air sampai ke Bumi.
Tetapi saintis tidak puas hati, selalu berusaha untuk mempunyai pemahaman yang lebih baik dan lebih mendalam mengenai sesuatu. Mereka mempertanyakan teori "air dari komet" sebelum kajian terbaru ini keluar.
Kembali pada tahun 2014, beberapa saintis mengkaji masalah ini dengan melihat meteorit yang berlainan usia. (Meteorit hanyalah asteroid yang melanda Bumi.) Mula-mula mereka melihat apa yang dikenali sebagai 'meteorit chondrite karbon'. Mereka adalah yang tertua yang kita kenal, dan mereka terbentuk hampir sama dengan Matahari. Mereka adalah blok bangunan utama Bumi.
Seterusnya, mereka mengkaji meteorit yang menurut kami berasal dari Vesta asteroid besar. Vesta terbentuk di wilayah yang sama dengan Bumi, kira-kira 14 juta tahun setelah sistem suria dilahirkan. Menurut kajian 2014 ini, meteorit kuno menyerupai komposisi Sistem Suria pukal dan memiliki banyak air di dalamnya, sehingga mereka dianggap sebagai sumber air Bumi secara meluas.
Pengukuran dalam kajian 2014 ini menunjukkan bahawa meteorit ini mempunyai kimia yang sama dengan kondrosit dan batu karang yang terdapat di Bumi. Mereka menyimpulkan bahawa chondrites berkarbonat adalah sumber air yang paling biasa. Pada masa itu, Horst Marschall, salah seorang penulis kajian, mengatakan, "Kajian menunjukkan bahawa air Bumi kemungkinan besar terkumpul pada waktu yang sama dengan batu. Planet ini terbentuk sebagai planet basah dengan air di permukaan. " Pasukan di belakang kajian itu mengakui bahawa sebahagian daripada air kita berasal dari kesan.
Yang membawa kita ke kajian baru ini, yang menguatkan kesimpulan dari kajian 2014.
Penulis kajian baru ini mengatakan bahawa lautan dan nisbah isotopnya mungkin tidak menceritakan keseluruhan cerita. "Ini adalah titik buta dalam komuniti," kata Steven Desch, seorang profesor astrofizik di Sekolah Eksplorasi Bumi dan Angkasa di Arizona State University di Tempe, Arizona. "Ketika orang mengukur nisbah [deuterium-ke-hidrogen] di air lautan dan mereka melihat bahawa ia hampir dekat dengan yang kita lihat di asteroid, selalu mudah untuk mempercayai semuanya berasal dari asteroid." Sukar untuk menyalahkan mereka; itu bukti yang cukup menarik.
"Ini adalah titik buta dalam komuniti." - Steven Desch, Sekolah Eksplorasi Bumi dan Angkasa, ASU.
Desch dan penulis lain dari kajian baru ini menunjukkan penyelidikan yang diterbitkan pada tahun 2015 yang menunjukkan bahawa lautan Bumi mungkin tidak mewakili air purba Bumi. Lautan mungkin berputar di antara permukaan dan takungan air yang lebih dalam, jauh di Bumi. Ini mungkin telah mengubah nisbah dari masa ke masa, dan ini mungkin bermaksud bahawa air yang lebih dalam ini mewakili sekurang-kurangnya beberapa air primordial sebenar Bumi. Dan air itu mungkin datang langsung dari nebula suria, bukan melalui kesan komet dan asteroid.
Kajian ini mengembangkan model teori pembentukan Bumi yang baru untuk menjelaskan perbezaan antara hidrogen di lautan Bumi dan di sempadan inti-mantel.
Model baru ini menunjukkan asteroid besar-besaran yang terbentuk di dalam air yang terbentuk menjadi planet berbilion tahun yang lalu di nebula suria yang berpusing di sekitar Matahari. Embrio planet ini mengalami perlanggaran berurutan dan mereka tumbuh dengan cepat. Akhirnya, kata mereka, perlanggaran yang cukup kuat mencairkan permukaan embrio terbesar ke lautan magma. Embrio terbesar ini menjadi Bumi.
Embrio besar ini mempunyai daya tarikan yang cukup untuk menahan atmosfera, dan ia menarik gas, termasuk hidrogen, yang paling banyak, dari nebula suria untuk membentuknya. Hidrogen di nebula suria kurang mengandungi deuterium dan lebih ringan daripada hidrogen asteroid. Ia larut ke besi cair dari lautan magma di Bumi.
Hidrogen ditarik ke pusat Bumi dengan proses yang disebut pecahan isotop. Hidrogen tertarik pada besi dan dihantar inti Bumi oleh besi. Deuterium, isotop hidrogen berat, tetap berada di magma, yang menyejuk membentuk mantel Bumi. Kesan berterusan membawa lebih banyak air dan jisim ke Bumi, sehingga mencapai jisim seperti sekarang ini.
Titik utama dalam model baru ini ialah hidrogen di teras Bumi berbeza daripada hidrogen di mantel dan lautan. Air teras mempunyai lebih kurang deuterium. Tetapi apa maksudnya?
Model baru ini membolehkan para penulis menganggarkan jumlah air yang berasal dari kesan asteroid ketika Bumi tumbuh dan berkembang, berbanding dengan jumlah yang datang dari nebula suria ketika Bumi terbentuk. Kesimpulan mereka? "Untuk setiap 100 molekul air Bumi, ada satu atau dua yang berasal dari nebula suria," kata Jun Wu, penolong profesor penyelidikan di Sekolah Sains Molekul dan Sekolah Eksplorasi Bumi dan Angkasa di Arizona State University dan pengarang bersama penulis kajiannya.
Kajian ini adalah perspektif baru mengenai pembentukan, pengembangan planet, dan bagaimana kehidupan awal dapat berkembang di planet muda.
"Model ini menunjukkan bahawa pembentukan air yang tidak dapat dielakkan kemungkinan akan terjadi pada eksoplanet berbatu yang cukup besar dalam sistem ekstrasolar. Saya rasa ini sangat menggembirakan. ” - Jun Wu, Sekolah Sains Molekul dan Sekolah Eksplorasi Bumi dan Angkasa di ASU, pengarang bersama.
Sebelumnya, kami berpendapat bahawa satu-satunya planet yang dapat hidup di dalamnya harus berada di sistem suria yang kaya dengan asteroid dan komet yang membawa air. Tetapi itu mungkin tidak berlaku. Di sistem suria lain, tidak semua planet mirip Bumi memiliki akses ke asteroid yang sarat dengan air. Kajian baru menunjukkan bahawa mana-mana eksoplanet yang dapat dihuni mungkin mendapat air dari nebula suria dalam sistem mereka. Bumi menyembunyikan sebahagian besar airnya di kawasan pendalamannya. Bumi mempunyai kira-kira dua lautan di mantelnya, dan 4 atau 5 di intinya. Exoplanet mungkin serupa.
"Model ini menunjukkan bahawa pembentukan air yang tidak dapat dielakkan kemungkinan akan terjadi pada eksoplanet berbatu yang cukup besar dalam sistem ekstrasur," kata Wu. "Saya rasa ini sangat menggembirakan."
Terdapat satu titik peringatan dalam model baru ini, dan itu melibatkan pecahan hidrogen. Tidak difahami dengan baik bagaimana nisbah deuterium-ke-hidrogen berubah apabila elemen larut dalam besi, yang berada di tengah-tengah model baru ini. Itu mesti diperkirakan dalam kajian baru ini.
Secara keseluruhan, kajian baru ini sesuai dengan penyelidikan lain mengenai air Bumi. Setelah lebih banyak kerja dilakukan untuk pecahan hidrogen, model baru dapat diuji dengan lebih teliti.
- Siaran Akhbar AGU: "Para saintis berteori kisah asal baru untuk air Bumi"
- Kertas Penyelidikan: "Asal Air Bumi: Warisan Chondritic Plus Nebular Ingassing and Storage of Hydrogen in the Core"
- Kertas Penyelidikan: "Bukti air primordial di mantel dalam Bumi"
- Kertas Penyelidikan: "Peningkatan awal air di sistem suria dalaman dari sumber seperti chondrite berkarbon"
- Wikipedia: Pembentukan dan evolusi Sistem Suria
- Wikipedia: 4 Vesta
