Woda na Ziemi jest starsza niż Układ Słoneczny - odkryli naukowcy. Skąd się wzięła?
Woda w Układzie Słonecznym (NASA/JPL - Caltech/R. Hurt (SSC - Caltech)/ESO/J. Emerson/VISTA/Cambridge
Może nie całe oceany, ale znaczna ich część składa się z cząsteczek H2O, które narodziły się znacznie wcześniej niż Słońce - dowodzą naukowcy w "Science". Gdy więc następnym razem weźmiecie łyk wody, pomyślcie, że ma ona ponad 4,6 mld lat. Pamięta czasy, gdy nie było jeszcze Ziemi i Słońca.
Z pozoru sprawa "starej" wody nie wydaje się taka dziwna. Przecież cząsteczki wody są złożone z wodoru i tlenu, a te dwa pierwiastki powstały przed stworzeniem Układu Słonecznego. Cały zapas wodoru w obecnym kosmosie został wytworzony zaraz po Wielkim Wybuchu 13,7 mld lat temu, a tlen produkowały w swoich wnętrzach duże gwiazdy, które świeciły długo przed Słońcem i eksplodowały jako supernowe, "rozsiewając" swoją cenną zawartość w kosmosie (w ten sposób Wszechświat wzbogacił się także o inne kluczowe dla życia pierwiastki, m.in. węgiel, azot czy siarkę).
Z dziejów wodoru i tlenu
Tlen i wodór istniały więc w przestrzeni kosmicznej przed narodzinami Słońca i z pewnością w międzygwiazdowych obłokach molekularnych nierzadko dochodziło do ich mariażu, w wyniku którego powstawały cząsteczki H2O. Pokrywały one cieniutką warstwą lodu drobiny minerałów, które tworzą pył obecny w takich obłokach.
Ogromne i zimne obłoki molekularne zwane są gwiezdnymi żłobkami, bo wykluwają się w nich gwiazdy. Z jednego z nich 4,6 mld lat temu wyłoniło się też nasze Słońce i planety.
Na poniższym zdjęciu - chyba najsłynniejsze z zimnych obłoków molekularnych, które sfotografował teleskop Hubble'a w mgławicy Orła. Z powodu swego kształtu zwane są "kolumnami stworzenia":
Problem w tym, że dotychczas nie było jasne, czy wodę, która dziś pokrywa niemal trzy czwarte powierzchni Ziemi, odziedziczyliśmy właśnie z tych drobinek lodu pochodzących z obłoku molekularnego. Możliwe, że nowo narodzone Słońce swoim ciepłem i promieniowaniem "zniszczyło" ten pierwotny lód, odparowało go, a także rozerwało wiązania między atomami w cząsteczkach wody.
W takim wypadku woda musiałaby się odtworzyć na nowo już po narodzinach Słońca - w mgławicy, która otaczała młodą gwiazdę.
Jak było naprawdę i dlaczego to takie istotne?
- Jeśli wodę odziedziczyliśmy głównie z lodu obecnego wcześniej w przestrzeni międzygwiazdowej, to jest bardzo prawdopodobne, że taki sam lód, wraz z całą prebiotyczną materią organiczną, którą zawiera, jest darowany w spadku także innym planetom przy innych gwiazdach - mówi dr Conel Alexander z Carnegie Institution of Washington, jeden ze współautorów pracy w "Science". W tej sytuacji można by się spodziewać, że wszystkie układy planetarne - podobnie jak Układ Słoneczny - obfitują w wodę. Słowem, jest to ich uniwersalną cechą, co oczywiście zwiększa nadzieję na to, że są tam warunki sprzyjające życiu.
A jeśli jest inaczej, tj. woda jest rezultatem procesów chemicznych, które zachodziły dopiero po narodzinach Słońca, to nie ma już takiej pewności. - Ilość wody w układzie może wtedy zależeć od rodzaju gwiazdy i lokalnych warunków - dodaje dr Alexander.
W takim wypadku nie byłoby wcale pewne, czy w innych układach woda i lód są tak powszechne jak w sąsiedztwie Słońca.
Deuter prawdę ci powie
Zespół naukowców z Uniwersytetu Michigan, Carnegie Institution oraz Harvardu tropił pochodzenie wody na Ziemi, badając zawartość deuteru w cząsteczkach wody.
Deuter jest izotopem wodoru - jego cięższym kuzynem. Oprócz jednego protonu, jak wodór, ma w jądrze jeszcze dodatkowo neutron.
Deuter może z powodzeniem zastąpić jeden z atomów wodoru (lub nawet oba) w cząsteczce wody. Woda, w której znaczna część atomów wodoru została zastąpiona przez deuter, nazywana jest ciężką wodą.
Deuter - tak samo jak wodór - także został wyprodukowany tuż po Wielkim Wybuchu, ale w dużo mniejszej ilości. W Słońcu proporcja deuteru do wodoru wynosi mniej więcej dwa do stu tysięcy. Ponieważ planety powstały z tego samego obłoku co Słońce, to można byłoby się spodziewać, że te proporcje deuteru do wodoru zostały zachowane w składzie chemicznym wody na Ziemi, lodu na asteroidach czy lodu kometarnego. Tymczasem tak nie jest.
Już jakiś czas temu stwierdzono, że cząsteczki wody na ciałach Układu Słonecznego mają nadwyżkę deuteru. W ziemskich oceanach deuteru jest mniej więcej pięć razy więcej niż na Słońcu (nieco więcej niż jedna na 10 tysięcy cząsteczek ziemskiej wody zawiera deuter). W kometach ten udział deuteru jest nawet jeszcze większy. To jest powodem, dla którego naukowcy sądzą, że ziemskie oceany zostały wypełnione wodą pochodzącą raczej z asteroid niż z komet, co do niedawna było sporną kwestią.
Tak czy inaczej, skład izotopowy wody w naszym układzie - tj. jej wzbogacenie w deuter - sugeruje, że proces chemiczny, w którym ta woda powstawała, musiał jakoś faworyzować ten cięższy izotop.
Gdzie się rodzi woda z deuterem
Jak się okazuje, taka preferencja dla deuteru rzeczywiście występuje - w międzygwiazdowych obłokach molekularnych. W "Science" naukowcy podają bowiem, że w przepisie na wodę z większą zawartością deuteru kluczowa jest niska temperatura (niższa niż 50 Kelwinów), tlen oraz promieniowanie kosmiczne, które jest w stanie zjonizować molekuły wodoru.
A to są dokładanie takie warunki, jakie panują w zimnych międzygwiazdowych obłokach molekularnych, kolebkach gwiazd. To właśnie w nich powstaje lód o wysokiej zawartości deuteru.
W mgławicy protosłonecznej, w której zaświeciło młode Słońce - jak wynika z modelu przedstawionego w ostatnim "Science" - było to raczej niemożliwe. Głównie z tego powodu, że wiatr słoneczny młodej gwiazdy skutecznie blokował kosmiczne promieniowanie, a to ostatnie jest katalizatorem przemian, które prowadzą do włączenia deuteru do molekuł wody.
To dlatego, zdaniem naukowców, woda, która jest dziś na Ziemi, nie narodziła się w reakcjach chemicznych towarzyszących formowaniu się Słońca i planet. Ona jest dużo starsza - pochodzi z przestrzeni międzygwiazdowej. Może nie cała, ale - uzasadniają badacze - w znacznej swej części, może nawet więcej niż w połowie.
Kto wie, czy z kluczowych dla życia substancji tylko woda jest wynalazkiem wcześniejszym niż Ziemia. Być może rację mają zwolennicy hipotezy panspermii, których zdaniem w przestrzeniach międzygalaktycznych tworzą się "zarodki" życia, które tylko czekają, by upaść na żyzną planetę, gdzie będą mogły się rozwijać.
Kiedy i jak pojawiła się woda na Ziemi?
Najstarsze skały osadowe pochodzą sprzed 3,9 mld lat, więc wiadomo, że wtedy już na powierzchni Ziemi były oceany. Ale najpewniej woda pojawiła się jeszcze wcześniej. W Australii znaleziono cyrkony (minerały złożone głównie z krzemianu cyrkonu), których wiek datowano na 4,4 mld lat, a skład izotopowy atomów tlenu wskazuje na to, że te cyrkony musiały formować się z udziałem wody. Poza tym najbardziej powszechny, a przy tym najstarszy typ meteorytów - chondryty - zawierają wagowo ok. 0,1 proc. wody.
Jeśli więc Ziemia została ulepiona z takiego właśnie materiału, to od samego początku powinna mieć w sobie 0,1 proc. wody, czyli blisko cztery razy więcej niż jest w dzisiejszych oceanach. Prawdopodobnie aż połowa tej wody została zatrzymana w płaszczu Ziemi, a więc tworzy olbrzymi podziemny rezerwuar, który jest nam niedostępny.
Naukowcy przypuszczają, że większość tej wody, która dziś pokrywa powierzchnię planety, została dostarczona w czasie "wielkiego bombardowania", które zaczęło się w momencie formowania się planety 4,5 mld lat temu i zakończyło 3,8 mld lat temu. W tym czasie w młodą Ziemię uderzały asteroidy i lodowe komety, a obecna w nich woda parowała i wypełniała atmosferę strumieniem pary wodnej, gorącej i kłębiącej się, jak pod pokrywą szybkowaru. Kiedy bombardowanie się zakończyło i atmosfera się ochłodziła, para się skropliła i zapełniła oceany.
( http://m.wyborcza.pl...___odkryli.html )
Użytkownik Trzynastka edytował ten post 15.02.2015 - 12:05
