منشاء آب زمین از کجاست؟

جی پلاس، به نقل از سی تک دیلی، یک مطالعه جدید دانشمندان را یک قدم به پاسخ این پرسش که منشاء آب سیاره زمین از کجاست، نزدیک کرده است. در واقع، ۷۱ درصد از سطح زمین را آب تشکیل می‌دهد، اما هیچ کس نمی داند که چگونه و چه زمانی چنین مقادیر عظیمی از آب به زمین رسیده است.

در این مطالعه که به سرپرستی Megan Newcombe، استاد رشته زمین‌شناسی از دانشگاه مریلند انجام شده است، پژوهشگران شهاب‌سنگ‌های ذوب شده‌ای را که از زمان شکل‌گیری منظومه شمسی، در حدود ۴ و نیم میلیارد سال پیش، در فضا شناور بودند را تجزیه و تحلیل کردند.  

بر اساس تحقیقات انجام شده، آن‌ها دریافتند که این شهاب‌سنگ‌ها دارای مقادیر بسیار کم آب هستند. در واقع، آن‌ها جزء خشک‌ترین مواد فرازمینی هستند که تاکنون بررسی شده‌اند.

این نتایج به پژوهشگران اجازه می‌دهد که این شهاب سنگ‌ها را به عنوان منبع اصلی آب سیاره زمین رد کنند. از طرف دیگر، این پژوهش منبع بسیار مهمی برای جستجوی آب و زندگی بر روی سیاره‌های دیگر محسوب می‌شود. همچنین به دانشمندان کمک می‌کند تا از شرایط بعید و دور از ذهنی که زمین را به سیاره‌ای قابل سکونت تبدیل کرده است آگاهی یابند.  

در این رابطه، Newcombe گفت: با توجه به اینکه سیاره زمین سیاره‌ای کوچک و نسبتا نزدیک به خورشید است، دستیابی به آب و وجود اقیانوس‌ها برای این سیاره یک چالش است.  

در این مطالعه، تیم پژوهشگران هفت شهاب سنگ ذوب شده یا آکندریت (achondrite) را تجزیه و تحلیل کردند. این شهاب سنگ‌ها میلیاردها سال پس از متلاشی شدن از حداقل پنج سیاره کوچک به زمین برخورد کردند. این سیاره‌های کوچک، اجرامی هستند که در نتیجه برخورد، سیاره‌های منظومه شمسی را تشکیل داده‌اند. در فرآیندی به نام ذوب، بسیاری از این سیاره‌های کوچک در اثر فروپاشی عناصر رادیواکتیو در اوایل پیدایش منظومه شمسی گرم شدند و باعث شد که آن‌ها به لایه‌هایی با پوسته، گوشته و هسته تقسیم شوند.

از آنجایی که این شهاب‌سنگ‌ها به تازگی به زمین سقوط کرده‌اند، این آزمایش نخستین باری است که توسط پژوهشگران بر روی آن‌ها انجام می‌شود.

در این مطالعه، Liam Peterson، دانشجوی فارغ التحصیل زمین شناسی از دانشگاه مریلند (UMD)، از یک میکرو کاوشگر الکترونی برای اندازه گیری سطح منیزیم، آهن، کلسیم و سیلیکون استفاده کرد، سپس به پژوهشگری به نام Newcombe در آزمایشگاه Carnegie موسسه علوم زمین و سیارات پیوست تا مقادیر آب آن‌ها را با دستگاه طیف سنجی جرمی یونی ثانویه اندازه گیری کند.

برای کاهش آلودگی، پژوهشگران ابتدا نمونه‌های خود را در یک اجاق خلاء با دمای پایین پختند تا هرگونه آب سطحی را از آن‌ها حذف کنند. سپس، پیش از آنالیز نمونه‌ها در طیف سنج جرمی یونی ثانویه، نیاز بود تا نمونه‌ها یک بار دیگر خشک شوند.

Newcombe می‌گوید: «من مجبور شدم نمونه‌ها را بیش از یک ماه زیر یک توربو پمپ، یک خلاء با کیفیت بالا، بگذارم تا میزان آب زمینی موجود در آن‌ها به اندازه کافی پایین بیاید.»

برخی از نمونه‌های شهاب‌سنگ از درون منظومه شمسی، جایی که زمین در آن قرار دارد و معمولا با  شرایط گرم و خشک فرض می‌شود، آمده است. نمونه‌های کمیاب‌تر دیگر از قسمت‌های بیرونی سردتر منظومه به دست آمده‌اند. علیرغم اینکه تصور می‌شد آب از بیرون از منظومه شمسی به زمین آمده، هنوز مشخص نشده است که چه نوع اجسامی می‌توانند آن آب را در سراسر منظومه شمسی حمل کنند.  

Sune Nielsen، یکی از اعضای این مطالعه، می‌گوید: «به‌طور ضمنی فرض بر این بود که چون برخی از اجرام از منظومه شمسی بیرونی هستند، باید مقدار زیادی آب نیز داشته باشند.» اما یک زمین شناس در موسسه تحقیقاتی اقیانوس شناسی Woods Hole می‌گوید: «مقاله ما نشان می‌دهد که اینطور نیست، به محض ذوب شدن شهاب‌سنگ‌ها، هیچ آبی باقی نمی‌ماند.»

پس از تجزیه و تحلیل نمونه‌های شهاب سنگ آکندریت، پژوهشگران دریافتند که مقدار آبی که جرم این شهاب سنگ‌ها را تشکیل می‌دهد، کمتر از دو میلیونم جرم آن‌ها است. برای مقایسه، مرطوب‌ترین شهاب‌سنگ‌ها، گروهی به نام کندریت‌های کربنی هستند که حاوی حدود ۲۰ درصد آب از نظر وزنی هستند. همچنین، این شهاب سنگ‌ها در مقایسه با نمونه‌های شهاب‌سنگ مورد مطالعه Newcombe و همکارانش  صد هزار برابر بیشتر دارای آب هستند.

صرف نظر از اینکه این سیاره‌ها از کجا در منظومه شمسی منشاء گرفته‌اند و در ابتدا شامل چه میزان آب بوده‌اند، این بدان معناست که گرم شدن و ذوب شدن سیاره‌های کوچک منجر به از دست دادن تقریبا کل آب می‌شود. Newcombe و همکارانش دریافتند که برخلاف تصور رایج، همه اجرام بیرونی منظومه شمسی غنی از آب نیستند و این امر باعث شد که آن‌ها به این نتیجه برسند که احتمالا آب از طریق شهاب‌سنگ‌های ذوب نشده یا کندریت به زمین رسیده است.

در رابطه با این مطالعه، Newcombe معتقد است که یافته‌های آن‌ها کاربردهایی فراتر از زمین شناسی دارد. دانشمندان بسیاری از رشته‌های دیگر، به ویژه پژوهشگران سیارات فراخورشیدی، به دلیل ارتباط عمیق این مطالعه با موضوع حیات، به اطلاعات مرتبط با منشا آب زمین علاقه‌ مند هستند.

همچنین، او معتقد است: «برای اینکه بتوانیم درک صحیحی از منظومه‌های خورشیدی دیگر داشته باشیم، در ابتدا باید منظومه شمسی خودمان را بشناسیم.»

نتایج این مطالعه به تازگی در ژورنال Nature منتشر شده است.