منشاء آب زمین چیست؟

منبع آب زمین به دلیل توانایی آن در حفظ حیات بسیار مهم است، اما این آب از کجا آمده است؟ آیا در زمان شکل گیری زمین وجود داشت یا بعداً توسط شهاب سنگ ها یا دنباله دارها از فضای خارج از ماورای جو وارد زمین شد؟

منبع آب زمین یک بحث طولانی مدت بوده است و دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور (LLNL) فکر می کنند که پاسخ آن را دارند – و آنها آن را با نگاه کردن به سنگ های ماه پیدا کردند.

زمین با آب موجود در آن متولد شده است.

از آنجایی که منظومه زمین-ماه با هم از برخورد دو جرم بزرگ در اوایل تاریخ منظومه شمسی شکل گرفتند، تاریخچه آنها بسیار به هم مرتبط است. و از آنجایی که ماه فاقد تکتونیک صفحه و هوازدگی است، فرآیندهایی که تمایل به پاک کردن یا مبهم کردن شواهد روی زمین دارند را ندارد، ماه در واقع مکانی عالی برای جستجوی سرنخ هایی از تاریخچه آب زمین است.

اگرچه نزدیک به 70 درصد از سطح زمین با آب پوشیده شده است، اما به طور کلی این سیاره در مقایسه با بسیاری از اجرام دیگر در منظومه شمسی مکانی نسبتاً خشک است. و ماه حتی خشک تر است. خرد متعارف این بود که فقدان گونه های فرار (مانند آب) روی زمین – و به ویژه ماه – به دلیل این برخورد شدید است که باعث کاهش عناصر فرار می شود.

اما با نگاهی به ساختار ایزوتوپی سنگ‌های ماه، این تیم دریافتند که اجسام درگیر در برخوردی که منظومه زمین-ماه را تشکیل می‌دهند، قبل از برخورد، سطوح بسیار پایینی از عناصر فرار داشتند، نه به خاطر آن. به طور خاص، این تیم از مقدار نسبی ایزوتوپ فرار و رادیواکتیو روبیدیوم-87 (87Rb) که از ایزوتوپ دخترش استرانسیوم-87 (87Sr) محاسبه می‌شود، برای تعیین بودجه Rb در سیستم زمین-ماه هنگام تشکیل استفاده کرد. این تیم متوجه شد که چون 87Sr، نماینده بودجه فرار طولانی مدت ماه، بسیار کم بود، اجسامی که با هم برخورد می کنند باید ابتدا خشک بوده باشند و از آن زمان نمی توان چیز زیادی اضافه کرد.

زمین یا با آبی که داریم متولد شده است، یا با چیزی که اساساً H2O خالص بوده و چیزهای دیگری در آن وجود نداشته، مورد اصابت قرار گرفته‌ایم.

گرگ برنکا، کیهان‌شناس، یکی از نویسندگان مقاله، گفت:

این کار شهاب‌سنگ‌ها یا سیارک‌ها را به عنوان منابع احتمالی آب روی زمین حذف می‌کند و به شدت به گزینه «متولد با آن» اشاره می‌کند.

علاوه بر محدود کردن چشمه بالقوه آب زمین، این کار علاوه بر این نشان می‌دهد که اجرام بزرگی که برخورد کرده‌اند باید هر دو از درون منظومه شمسی آمده باشند، و این رویداد نمی‌توانست قبل از 4.45 میلیارد سال پیش اتفاق بیفتد، و شکل‌گیری را تا حد زیادی کاهش داد.

به گفته لارس بورگ، نویسنده اصلی این مطالعه:

تنها چند نوع مواد وجود داشتند که می‌توانستند زمین و ماه را با هم ترکیب کنند و عجیب و غریب نبودند – احتمالاً هر دو فقط اجسام بزرگی بودند که تقریباً در همان منطقه ای که اتفاقاً کمی بیش از 100 میلیون سال پس از شکل گیری منظومه شمسی به یکدیگر برخورد کردند … اما خوشبختانه برای ما، آنها دقیقاً این کار را کردند.

مرجع: “منشا عناصر فرار در سیستم زمین-ماه” توسط Lars E. Borg، Gregory A. Brennecka و Thomas S. Kruijer، 14 فوریه 2022، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.
DOI: 10.1073/pnas.2115726119

این تحقیق در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ظاهر می شود. دانشمند LLNL توماس کرویجر نیز در این تحقیق مشارکت داشت. این کار توسط ناسا و برنامه تحقیق و توسعه هدایت شده آزمایشگاهی تأمین مالی شد.