Porijeklo Zemljine vode ostaje jedna od najvećih zagonetki, ne samo za naš planet, nego i za razumijevanje nastanjivosti drugih svjetova poput egzoplaneta. U najširem smislu, voda na Zemlji mogla je biti prisutna od samog početka formiranja planeta u Sunčevom sustavu ili je stigla kasnije, možda putem udara asteroida i kometa.
Novo istraživanje sugerira da bi sunčev vjetar mogao imati ključnu ulogu u ovom procesu.
Znanstvenici već dugo pokušavaju otkriti kako Zemlja posjeduje toliku količinu vode, koja je ključna za život. Mnogo istraživanja podržava teoriju da su asteroidi i kometi doprinijeli dovršetku tog procesa. Također, postoje dokazi da je Zemlja apsorbirala vodu dok se oblikovala. Tijekom faze akrecije, mogla je privući planetesimale bogate vodom.
Omjer izotopa
Kako bi se shvatilo kako se voda na Zemlji uklapa u povijest planeta i Sunčevog sustava, znanstvenici proučavaju omjer izotopa na Zemlji i u meteoritima. Sastav izotopa Zemljine vode najsličniji je onome u primitivnim meteoritima, dok se, s druge strane, razlikuje od onoga u kometima i plinu iz Sunčeve maglice. Ovo upućuje na to da je Zemljina voda došla iz istog kozmo-kemijskog rezervoara koji je izvor i za primitivne meteorite.
No, pitanje porijekla vode vrlo je složeno. Moguće je da voda na Zemlji ima više izvora. Dio vode možda je stvoren u svemiru mnogo nakon što su se Zemlja i Sunčev sustav formirali, a potom dostavljen na Zemlju putem udara nebeskih tijela.
Novo istraživanje, objavljeno u časopisu The Astrophysical Journal, istražuje kako sunčev vjetar može stvoriti vodu kada udari u površine bogate kisikom. Glavni autor je Svatopluk Civiš iz Instituta za fizikalnu kemiju J. Heyrovský Češke akademije znanosti u Pragu.
Sunčev vjetar je stalan tok nabijenih čestica—uglavnom protona i elektrona—koji dolaze sa Sunca. H+ ioni, koji su zapravo protoni, najzastupljenije su čestice u sunčevom vjetru. Oni značajno doprinose njegovim svojstvima. Može li taj vjetar stvoriti molekule vode?
Znanstvenici su u laboratoriju izveli eksperimente kako bi to otkrili. Testirali su 14 minerala koji sadrže kisik. “Kako bismo istražili proces stvaranja vode na površini oksidnih materijala, koristili smo tehniku bombardiranja površine vodikovim ili deuterijevim atomima i ionima”, navode autori u svom radu.
Eksperimenti su imali dvije faze: u prvoj su ispitivali hoće li minerali proizvesti vodu kada su izloženi sunčevom vjetru, a u drugoj su ispitivali njihov kapacitet adsorpcije. Adsorpcija je prianjanje molekula na površinu, za razliku od apsorpcije.
Tim je uspio proizvesti vodu te ju je izmjerio koristeći mikrovalno (MW) pražnjenje i ozračivanje pištoljem za raspršivanje (sputter gun). Dobiveni rezultati analizirani su metodama Fourier-transform infracrvene spektroskopije (FTIR) i analizom desorpcije programirane temperaturom (TPD).
“Oba eksperimenta uključivala su bombardiranje mineralnih uzoraka ionima vodika ili deuterija, koji su reagirali s kisikom na površini minerala i tako stvarali molekule vode,” objašnjavaju autori.
Minerali su bili izloženi ne samo snažnom strujanju H, H+ i molekularnog vodika, koji simulira sunčev vjetar, već i intenzivnom vidljivom i UV zračenju nastalom u vodikovom pražnjenju.
“Zračenje sunčevog vjetra na stjenovite minerale bogate kisikom uzrokuje reakciju između H+ iona i silikatnih minerala, što može objasniti prisutnost vode u regolitima bezzračnih tijela poput Mjeseca, kao i vodu pronađenu u asteroidima,” pišu autori.
Sposobnost stjenovitih materijala za adsorpciju vode
Prethodna istraživanja pokazala su da se događa kemijska reakcija između vodikovih iona i silikatnih minerala kada su stjenoviti materijali izloženi sunčevom vjetru. Neki znanstvenici su zabilježili formiranje OH (hidroksida) i vode, dok su drugi pronašli samo OH. Ovo istraživanje ide korak dalje, testirajući sposobnost stjenovitih materijala za adsorpciju vode.
Znanstvenici su istražili kapacitet uzoraka za adsorpciju vode i izračunali koliko bi materijala trebalo stići na Zemlju kako bi se objasnila današnja količina vode.
“Osim materijala koji je Zemlja prikupila tijekom formiranja, voda stvorena sunčevim vjetrom mogla je stići i tijekom kasnijih bombardiranja,” objašnjavaju autori, referirajući se na Kasno teško bombardiranje.
Prethodna istraživanja pokazala su da su “udarci asteroida i kometa tijekom Kasnog teškog bombardiranja mogli donijeti oko ∼1020 kg materijala,” navode autori. “Ako je površina tog materijala bila zasićena adsorbiranom vodom, naši izračuni pokazuju da je barem jedan oceanov ekvivalent vode mogao biti prenesen na Zemlju.”
Rezultati ovih eksperimenata jasno potvrđuju da sunčev vjetar može stvoriti vodu.
“Rezultati naših eksperimenata potvrđuju teoriju da uzbuđeni vodikovi ili deuterijevi atomi i ioni reagiraju s kisikom na površinama oksidnih minerala i stvaraju vodu,” pišu autori. “Ovi eksperimenti pomažu u objašnjenju porijekla vode u regolitima, meteoritima, asteroidima i kometima izloženima struji nabijenih čestica blizu zvijezda.”
Iako Zemljina atmosfera i magnetosfera štite naš planet od sunčevog vjetra, koji stoga nije mogao stvoriti vodu na njenoj površini, studija pokazuje da sunčev vjetar može stvoriti vodu na drugim tijelima poput asteroida. Ta voda može biti adsorbirana na površini i potom dostavljena na Zemlju udarcima.
“Ovaj scenarij mogao bi objasniti porijeklo vode na Zemlji,” zaključuju autori. “Voda se može adsorbirati na čestice bogate kisikom i transportirati na velike udaljenosti kroz dugo vremensko razdoblje.”
Ova studija nije kraj u istraživanju porijekla Zemljine vode. Istraživanja nas vraćaju na asteroide i meteorite kao moguće dostavljače Zemljine vode. Ako se to može dogoditi ovdje, moguće je da se isto događa i na egzoplanetima širom galaksije.