Czy woda na Ziemi powstała na miejscu? Wyniki nowych eksperymentów

Laboratoryjne testy sugerują, że środowisko towarzyszące formowaniu się planet skalistych mogło sprzyjać wewnętrznej produkcji wody. Mechanizm miałby opierać się na reakcjach między minerałami budującymi skały a wodorem. To spojrzenie inne niż dominujący dotąd model, w którym najważniejsze były lodowe drobiny napływające do wnętrza Układu Słonecznego z jego chłodniejszych obszarów.

Przez lata przyjmowano, że obecne zasoby wody na Ziemi to głównie efekt tzw. "deszczu odłamków" – mieszaniny lodu i skał przenoszonych na młodą planetę z bardziej odległych rejonów Układu Słonecznego. Nowe wyniki mają jednak wskazywać, że taki scenariusz nie wyczerpuje tematu. Zwracają uwagę na słabsze strony tej koncepcji, m.in. wątpliwości związane ze składem chemicznym Ziemi oraz nierozstrzygnięte kwestie dotyczące tego, jak dokładnie cząstki miały być transportowane w ilościach wystarczających do wyjaśnienia dzisiejszej skali zjawiska.

Zespół z Uniwersytetu Nowego Meksyku – Susmita Garai, prof. Zachary Sharp oraz Peter Olson – skoncentrował się na tym, co mogło dziać się, gdy wczesna Ziemia miała warunki sprzyjające obecności wodoru. W eksperymentach odtwarzających takie środowisko badano reakcje krzemianów żelaza z wodorem, podgrzewając próbki do temperatur sięgających 1400°C. Obserwacje pokazały, że przy udziale wodoru para wodna może pojawić się w ciągu kilku minut.

Badacze ustalili, że w opisanych warunkach nawet 80 proc. tlenku żelaza może przechodzić w metaliczne żelazo, a równolegle zachodzi proces prowadzący do powstawania wody. Porównanie próbek wystawionych na działanie wodoru z tymi ogrzewanymi w atmosferze helowej pozwoliło potwierdzić, że to właśnie wodór ma w tej reakcji znaczenie decydujące. Prof. Zachary Sharp podkreślił, że wcześniejsze koncepcje zakładały niemal wyłącznie zewnętrzne pochodzenie wody (np. z komet lub meteorytów), tymczasem przedstawiony mechanizm sugeruje, iż planety podobne do Ziemi mogą uzyskiwać wodę także lokalnie.

Wnioski z badań idą dalej niż sama korekta dotychczasowych poglądów. Eksperymenty mają wskazywać, że lokalne reakcje chemiczne mogły zapewnić wodę nie tylko Ziemi, ale i innym planetom skalistym. Zespół szacuje, że intensywność procesu mogła być tak duża, iż w skali globalnej odpowiadałaby wytworzeniu setek oceanów. To z kolei oznaczałoby znaczącą zmianę w myśleniu o tym, jak kształtowała się ziemska hydrosfera oraz jakie warunki mogły sprzyjać rozwojowi życia na innych światach.

Ustalenia otwierają nowe pytania o to, jak formują się atmosfery planet i jakie czynniki decydują o pojawieniu się środowisk przyjaznych życiu poza Ziemią. Naukowcy zaznaczają, że aby rozstrzygnąć, w jakim stopniu opisany mechanizm odpowiada za dzisiejsze zasoby wodne Ziemi, konieczne będą kolejne analizy. Jednocześnie już teraz wyniki sugerują, że produkcja wody podczas narodzin planet skalistych może być zjawiskiem szeroko rozpowszechnionym w kosmosie.