آب چگونه به سطح کره زمین رسیده است؟

همانطور که احتمالا می‌دانید، ۷۰ درصد از سطح کره زمین، با آب پوشانده شده است. ما در جایی از منظومه شمسی قرار داریم که فاصله مناسبی با خورشید دارد و همین امر، امکان وجود آب را بر روی زمین فراهم ساخته است. اگر دورتر از خورشید قرار داشتیم، همه این آب‌ها یخ می‌بستند و اگر نزدیک‌تر به آن بودیم، درجه حرارت زیاد، ما را با خطر اثر گلخانه‌ای، شبیه به آنچه که بر روی سیاره زهره در حال اتفاق افتاده است، روبه‌رو می‌کرد. موقعیت نه‌چندان سرد و نه‌چندان گرم ما در منطقه کمربند حیات (Goldilocks zone) منظومه شمسی، اتفاق بسیار خوبی برای ما بوده؛ چراکه آب، نقش اساسی در شکل‌گیری حیات بر روی کره زمین داشته است.

جارستان_ اما این آب چگونه به اینجا آمده است؟ آب نقش تعیین‌کننده‌ای در سیاره ما دارد و بخش مهمی از زندگی روزمره ماست. دانستن اینکه این مایع چگونه به زمین رسیده است، برای فهمیدن اینکه چگونه و چه زمانی زندگی بر روی سیاره ما شکل گرفته است، بسیار کلیدی است. اما ما حتی نمی‌دانیم که این آب از کجا آمده است. با این‌حال، دانشمندان همچنان در حال تحقیق بر روی موضوع هستند.

زمین اولیه ما

تصویر کنونی ما درباره شکل‌گیری زمین، با یک دیسک پیش‌سیاره‌ای (دیسک بزرگی متشکل از گاز و گردوغبار که به دور ستاره تازه تشکیل‌شده خورسید می‌چرخند) آغاز می‌شود. با برخورد این ذرات به هم، آنها شروع به تشکیل توده‌های بزرگ‌تر و بزرگ‌تر می‌کنند. و در نهایت، این توده‌ها، آنچه را که ما امروزه خرده‌سیاره می‌نامیم، تشکیل می‌دهند.

اما در ابتدای شکل‌گیری منظومه شمسی، این دیسک در مکانی که اکنون زمین ما قرار دارد، بسیار گرم‌‌تر از حد تصور بوده است. بنابراین، حتی اگر مولکول‌های آبی هم در این دیسک وجود داشته‌اند، در اثر حرارت زیاد تبخیر شده‌اند. به‌علاوه، زمین در اوایل شکل‌گیری خود، هنوز اتمسفری نداشته است که اجازه دهد تا قطره‌های آب به راحتی در داخل آن پخش شوند. حالا این موضوع، تبدیل به یک معما شده است: اگر زمین از دیسکی که حاوی آب نبوده شکل گرفته، پس این آب چگونه به آن رسیده است؟

سیارک‌ها در برابر دنباله‌دارها

اگر آب زمین، همزمان با زمین شکل نگرفته است، پس دانشمندان حدس می‌زنند که این آب، بعدا از جایی بیرون از کره زمین، به آن منتقل شده است. سیارک‌ها و دنباله‌دارها که همیشه با زمین ملاقات داشته‌اند، به منابع یخ معروف هستند. در واقع، مدل‌های ساخته‌شده از ترکیب سیارک‌ها و دنباله‌دارها نشان می‌دهند که یخ موجود بر روی آنها، به اندازه‌ای است که با آب همه اقیانوس‌های روی زمین برابری می‌کند.

خب، آیا مساله حل شده است؟ نه کاملا. سوال اینجاست که آیا یک سیارک یا یک دنباله‌دار، آب را با خود به زمین حمل کرده است؟ آیا این اتفاق فقط یک بار افتاده است یا چندین بار؟ و اینکه این رخداد، در چه دوره‌ای روی داده است؟ این رو هم بخون:

وجود ساختار‌های پلاسمایی عظیم و لوله‌‌ای مانند در اطراف کره زمین به… ۱۳۹۷/۰۱/۱۳

یک راه برای تعیین اینکه آیا یک سیارک یا یک دنباله‌دار، آب را به کره زمین آورده است یا نه، این است که مواد شیمیایی تشکیل دهنده این اجرام آسمانی را بررسی کرده و آن را با مواد موجود در اقیانوس‌های زمین مقایسه کنیم. برای مثال، یک مولکول آب همیشه ۱۰ پروتون ( ۸ تا از اتم اکسیژن و ۲ تا از هر کدام از اتم‌های هیدروژن) و معمولا ۸ نوترون ( تنها از اتم اکسیژن) دارد. اما ایزوتوپ‌های مختلف آب، ممکن است نوترون‌های اضافه‌تری داشته باشند. برای مثال، آب سنگین، از اکسیژن و دوتریوم، که ایزوتوپ هیدروژن است، ساخته شده است.

یک مطالعه تحقیقاتی که در سال ۲۰۱۴ در مجله ساینس چاپ شد، به بررسی مقادیر نسبی ایزوتوپ‌های مختلف آب (مولکول‌های آب با تعداد نوترون‌های متغیر) بر روی سنگ‌های آسمانی‌ای که از سیارک باستانی وستا (Vesta) بر روی زمین افتاده‌اند، پرداخته بود. وستا، دومین جرم آسمانی بزرگ کمربند سیارکی است و  یک سطح مملو از دهانه‌های برخوردی دارد که نشان می‌دهد در گذشته، برخوردهای زیادی بر روی آن اتفاق افتاده است.

نتایج مطالعه حاکی از آن بود که نمونه‌های سنگ وستا، دارای همان توزیع ایزوتوپ‌های هستند که بر روی کره زمین مشاهده شده بودند. البته این موضوع بدین معنی نیست که وستا الزاما منبع آب سیاره ما بوده است، اما احتمالا جرم یا اجرامی که از لحاظ سن و ترکیبات شیمیایی شبیه به وستا بوده‌اند، موجب آن شده‌اند.

اما بحث‌ها در این‌باره به اینجا ختم نمی‌شود. زمانی، مطالعات انجام شده بر روی دنباله‌دارها، این ایده را تقویت می‌کرد که آب زمین، از سیارک‌ها به سیاره ما آمده است. اخیرا فضاپیمای رزتا (Rosetta) برای اولین بار، دور یک دنباله‌دار چرخید و همچنین برای نخستین بار، یک سطح‌نشین (به نام Philae) را بر روی آن فرود آورد. به لطف بررسی‌های رزتا و فیله، دانشمندان کشف کردند که نسبت آب سنگین به آب معمولی بر روی دنباله‌دارها، متفاوت از زمین است و این فرضیه را پیش کشیدند که حداکثر تا ۱۰ درصد از آب کره زمین می‌توانسته است از یک دنباله‌دار نشات گرفته باشد.

با این‌حال، در سال ۲۰۱۸، عبور دنباله‌دار ۴۶P/Wirtanen از نزدیکی ما، به دانشمندان اجازه داد تا نگاه دقیق‌تری به ایزوتوپ‌های تشکیل‌دهنده آن بیندازند. آنها متوجه شدند که این دنباله‌دار، نسبت‌های دوتریوم و هیدروژن مشابهی با نمونه‌های پیدا شده بر روی زمین  دارد. بنابراین سوالی که پیش می‌آمد این بود که چه چیزی این جرم آسمانی را از دنباله‌داری که توسط رزتا و فیله مطالعه شده بود متفاوت می‌کرد؟

خب، دنباله‌دار ۴۶P/Wirtanen، جزو دسته‌ای از دنباله‌دارها بود که معروف به دنباله‌دارهای بیش‌فعال (hyperactive) هستند. این نامگذاری به این خاطر است که دنباله‌دارهای بیش‌فعال در مقایسه با دنباله‌دارهای معمولی، هنگام نزدیک‌تر شدن به خورشید، آب بیشتری از خود رها می‌کنند. اما این اجرام چگونه این کار را انجام می‌دهند؟ با نزدیک شدن دنباله‌دارهای استاندارد به خورشید، ذرات یخ تشکیل‌دهنده هسته‌های آنها، تصعید شده یا به‌طور مستقیم از یخ جامد به گاز تبدیل می‌شوند، که بعدا می‌توانند، در صورت رسیدن به سطح یک سیاره، به آب مایع متراکم شوند. اما یک دنباله‌دار بیش‌فعال، یخ را نه‌تنها از هسته‌های خود، بلکه از ذرات غنی از یخی که در اتمسفرش وجود دارند، رها می‌کند. احتمال داده می‌شود که همین ذرات یخ، باعث شده‌اند تا دنباله‌دارهای بیش‌فعال، دارای نسبت‌های ایزوتوپی شبیه به آنچه که بر روی زمین موجود هستند، باشند.

بنابراین، با وجود اینکه دنباله‌دارهای بیش‌فعال کمیاب‌تر هستند، اما این واقعیت که آنها دارای ایزوتوپ‌های مشابهی با نمونه‌های مشاهده شده بر روی زمین هستند، این فرضیه را تقویت می‌کند که این اجرام باعث انتقال آب کیهانی به کره زمین شده‌اند./فناوری روز