น้ำมาจากดาวหางไม่ได้มาจากโลกทั้งหมด

เรามีดาวหางและดาวเคราะห์น้อยเพื่อขอบคุณน้ำของโลกตามทฤษฎีที่นักวิทยาศาสตร์ถือกันอย่างกว้างขวางที่สุด แต่นั่นไม่ใช่การตัดและทำให้แห้ง มันยังคงเป็นปริศนาอยู่บ้างและจากการศึกษาใหม่ชี้ให้เห็นว่าน้ำของโลกไม่ได้ถูกส่งไปยังโลกของเรา

ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่มีมากที่สุดในเอกภพและเป็นจุดศูนย์กลางของคำถามที่ล้อมรอบน้ำของโลก การศึกษาใหม่นี้ได้รับความร่วมมือจาก Peter Buseck ศาสตราจารย์ผู้สำเร็จราชการในโรงเรียนการสำรวจอวกาศและอวกาศและคณะวิทยาศาสตร์โมเลกุลที่ Arizona State University ในนั้นผู้เขียนแนะนำว่าไฮโดรเจนมาอย่างน้อยบางส่วนจากเนบิวลาแสงอาทิตย์ซึ่งเป็นเมฆก๊าซและฝุ่นที่หลงเหลืออยู่หลังจากที่ดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้น

ก่อนที่เราจะเจาะลึกถึงรายละเอียดในการศึกษาใหม่นี้จะเป็นประโยชน์ในการดูทฤษฎีที่มีมายาวนานซึ่งอาจแทนที่

เป็นเวลานานนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าน้ำจากดาวหางและดาวเคราะห์น้อยเป็นแหล่งกำเนิดของน้ำบนโลก ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของดวงอาทิตย์

เมื่อดวงอาทิตย์ก่อตัวขึ้นจากเมฆโมเลกุลมันก็กวาดวัสดุส่วนใหญ่ในก้อนเมฆทิ้งไว้เล็กน้อยเพื่อสิ่งอื่น: ดาวเคราะห์ดาวเคราะห์น้อยและดาวหาง เมื่อดวงอาทิตย์ปะทุขึ้นมาพร้อมกับชีวิตฟิวชั่นลมสุริยะที่ทรงพลังส่งไฮโดรเจนจำนวนมากจากชั้นนอกของมันออกไปไกลเกินกว่าที่ดาวเคราะห์หินชั้นใน - ดาวพุธดาวศุกร์โลกและดาวอังคาร - ทุกวันนี้

นี่คือขอบเขตของยักษ์ก๊าซและที่สำคัญกว่านั้นคือดาวหางและดาวเคราะห์น้อย ดาวหางเป็นน้ำแข็งร่างกายที่มีหินซึ่งคิดว่ามีไฮโดรเจนจำนวนมากที่พัดออกมาจากดวงอาทิตย์ยุคแรกและดาวเคราะห์น้อยด้วยแม้ว่าจะมีขอบเขตน้อยกว่าก็ตาม พวกมันกลายเป็นแหล่งกักเก็บไฮโดรเจนที่สำคัญ

เมื่อโลกก่อตัวขึ้นมันเป็นลูกบอลที่หลอมละลายพื้นผิวของมันก็ยังคงอยู่ในสถานะนั้นโดยการชนกับดาวเคราะห์น้อยหลายครั้ง จนถึงตอนนี้ดีมากเนื่องจากระบบสุริยะยุคแรกนั้นเป็นสถานที่ที่วุ่นวายมากกว่าตอนนี้ เมื่อดาวเคราะห์น้อยและดาวหางพุ่งเข้ามาในโลกร้อนนี้น้ำและไฮโดรเจนในนั้นจะถูกต้มออกสู่อวกาศ เมื่อโลกเย็นลงเมื่อเวลาผ่านไปน้ำจากดาวหางและดาวเคราะห์น้อยชนได้รับอนุญาตให้กลั่นตัวบนโลกและไม่ถูกนำไปต้มในอวกาศ น้ำติดอยู่รอบ ๆ

หลักฐานนี้อยู่ในอัตราส่วนไอโซโทป อัตราส่วนของไฮโดรเจนหนักไอโซโทปดิวเทอเรียมต่อไฮโดรเจนปกติเป็นลายเซ็นทางเคมี แหล่งน้ำสองแห่งที่มีอัตราส่วนเท่ากันจะต้องมีแหล่งกำเนิดเดียวกัน และมหาสมุทรของโลกมีอัตราส่วนเท่ากับน้ำบนดาวเคราะห์น้อย

นั่นเป็นเวอร์ชันที่ง่ายมากของทฤษฎีที่มีการอธิบายอย่างกว้างขวางว่าน้ำมาถึงโลกได้อย่างไร

แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่พอใจพยายามอย่างยิ่งที่จะเข้าใจสิ่งต่าง ๆ ให้ดีขึ้น พวกเขาตั้งคำถามเกี่ยวกับทฤษฎี“ น้ำจากดาวหาง” ก่อนที่การศึกษาล่าสุดจะออกมา

ย้อนกลับไปในปี 2014 นักวิทยาศาสตร์บางคนศึกษาปัญหานี้โดยดูจากอุกกาบาตในยุคต่าง ๆ (อุกกาบาตเป็นเพียงดาวเคราะห์น้อยที่พุ่งเข้าใส่โลก) ก่อนอื่นพวกเขาดูสิ่งที่เรียกว่า "อุกกาบาต chondrite carbonaceous chondrite" พวกเขาเป็นคนที่เก่าแก่ที่สุดที่เรารู้จักและพวกเขาก่อตัวขึ้นในเวลาเดียวกับที่ดวงอาทิตย์ทำ พวกเขาเป็นหน่วยการสร้างหลักของโลก

ต่อไปพวกเขาศึกษาอุกกาบาตที่เราคิดว่ามาจากดาวเคราะห์น้อยเวสต้า เวสต้าก่อตัวขึ้นในภูมิภาคเดียวกับโลกประมาณ 14 ล้านปีหลังจากระบบสุริยะเกิดขึ้น จากการศึกษาในปี 2014 นี้อุกกาบาตโบราณมีลักษณะคล้ายกับองค์ประกอบของระบบสุริยะจำนวนมากและมีน้ำอยู่มากดังนั้นจึงได้รับการพิจารณาอย่างกว้างขวางว่าเป็นแหล่งน้ำของโลก

การวัดในการศึกษาปี 2014 นี้แสดงให้เห็นว่าอุกกาบาตเหล่านี้มีคุณสมบัติทางเคมีเช่นเดียวกับ chondrites ของคาร์บอนและหินที่พบในโลก พวกเขาสรุปว่า chondrites ที่เป็นคาร์บอนเป็นแหล่งน้ำที่พบได้บ่อยที่สุด ในเวลานั้น Horst Marschall หนึ่งในผู้เขียนของการศึกษากล่าวว่า“ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าน้ำของโลกน่าจะเพิ่มขึ้นในเวลาเดียวกับหิน ดาวเคราะห์ก่อตัวขึ้นเป็นดาวเคราะห์เปียกที่มีน้ำอยู่บนพื้นผิว” ทีมที่อยู่เบื้องหลังการศึกษานั้นยอมรับว่าน้ำบางส่วนของเรามาจากผลกระทบ

ซึ่งนำเราไปสู่การศึกษาใหม่นี้ซึ่งตอกย้ำข้อสรุปจากการศึกษา 2014

ผู้เขียนของการศึกษาใหม่นี้บอกว่ามหาสมุทรและอัตราส่วนไอโซโทปอาจไม่สามารถบอกเรื่องราวทั้งหมดได้ “ มันเป็นจุดบอดเล็กน้อยในชุมชน” สตีเว่นเดชช์ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ในการสำรวจของโรงเรียนโลกและอวกาศที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐแอริโซนาในเทมพีรัฐแอริโซนากล่าว “ เมื่อผู้คนวัดอัตราส่วน [ดิวเทอเรียมกับไฮโดรเจน] ในน้ำทะเลและพวกเขาเห็นว่ามันค่อนข้างใกล้เคียงกับที่เราเห็นในดาวเคราะห์น้อยมันง่ายเสมอที่จะเชื่อว่ามันมาจากดาวเคราะห์น้อย” เป็นการยากที่จะตำหนิพวกเขา มันเป็นหลักฐานที่น่าสนใจ

“ มันเป็นจุดบอดในชุมชน” - Steven Desch, School of Earth และ Space Exploration, ASU

Desch และผู้เขียนคนอื่น ๆ ของการศึกษาใหม่นี้ชี้ไปที่การวิจัยที่ตีพิมพ์ในปี 2558 แสดงให้เห็นว่ามหาสมุทรของโลกอาจไม่ได้เป็นตัวแทนของน้ำดึกดำบรรพ์ของโลก มหาสมุทรอาจมีการกรณืระหว่างพื้นผิวกับแหล่งกักเก็บน้ำที่ลึกลงไปในโลก นี่อาจเปลี่ยนอัตราส่วนไปตามกาลเวลาและอาจหมายถึงว่าน้ำที่ลึกกว่านี้แสดงถึงน้ำดั้งเดิมอย่างน้อยบางส่วนของโลก และน้ำนั้นอาจมาโดยตรงจากเนบิวลาสุริยะมากกว่าผ่านผลกระทบจากดาวหางและดาวเคราะห์น้อย

การศึกษาได้พัฒนาแบบจำลองเชิงทฤษฎีใหม่ของการก่อตัวของโลกเพื่ออธิบายความแตกต่างเหล่านี้ระหว่างไฮโดรเจนในมหาสมุทรของโลกและที่ขอบเขตแกนแมนเทิล

รุ่นใหม่นี้แสดงให้เห็นว่าดาวเคราะห์น้อยที่มีน้ำขนาดใหญ่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์หลายพันล้านปีก่อนในเนบิวลาแสงอาทิตย์หมุนรอบดวงอาทิตย์ ตัวอ่อนดาวเคราะห์เหล่านี้ประสบการชนกันอย่างต่อเนื่องและเติบโตอย่างรวดเร็ว ในที่สุดพวกเขาก็บอกว่าการชนกันที่มีพลังมากพอจะละลายพื้นผิวของตัวอ่อนที่ใหญ่ที่สุดในมหาสมุทรแมกมา ตัวอ่อนที่ใหญ่ที่สุดนี้กลายเป็นโลก

ตัวอ่อนขนาดใหญ่นี้มีแรงโน้มถ่วงมากพอที่จะจับกับบรรยากาศและมันดึงดูดก๊าซรวมทั้งไฮโดรเจนซึ่งเป็นตัวที่มีค่ามากที่สุดจากเนบิวลาสุริยะไปเป็นรูปแบบหนึ่ง ไฮโดรเจนในเนบิวลาแสงอาทิตย์ประกอบด้วยดิวเทอเรียมน้อยกว่าและเบากว่าไฮโดรเจน asteroidal มันละลายในเหล็กหลอมเหลวของแมกมามหาสมุทรบนโลก

ไฮโดรเจนถูกดึงไปยังศูนย์กลางของโลกโดยกระบวนการที่เรียกว่าการแยกไอโซโทป ไฮโดรเจนถูกดึงดูดให้เหล็กและถูกส่งแกนเหล็กโดยแกนเหล็กของโลก ดิวทีเรียมไอโซโทปไฮโดรเจนหนักยังคงอยู่ในแมกมาซึ่งเย็นตัวเพื่อก่อตัวเป็นแมนเทิลของโลก ผลกระทบต่อเนื่องนำน้ำและมวลมาสู่โลกมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งถึงปริมาณที่เป็นอยู่ทุกวันนี้

จุดสำคัญในรูปแบบใหม่นี้คือไฮโดรเจนในแกนกลางของโลกนั้นแตกต่างจากไฮโดรเจนในแมนเทิลและในมหาสมุทร แกนน้ำมีดิวเทอเรียมน้อยกว่ามาก แต่มันหมายความว่าอย่างไร

แบบจำลองใหม่นี้อนุญาตให้ผู้เขียนประเมินปริมาณน้ำที่มาจากผลกระทบของดาวเคราะห์น้อยเมื่อโลกเติบโตและวิวัฒนาการเมื่อเทียบกับจำนวนที่มาจากเนบิวลาดวงอาทิตย์เมื่อโลกก่อตัว ข้อสรุปของพวกเขา? “ สำหรับทุก ๆ 100 โมเลกุลน้ำของโลกมีหนึ่งหรือสองมาจากเนบิวลาสุริยะ” จุนวูผู้ช่วยศาสตราจารย์วิจัยในโรงเรียนวิทยาศาสตร์โมเลกุลและโรงเรียนสำรวจโลกและอวกาศที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐแอริโซนาและผู้เขียนร่วมของ การเรียน.

การศึกษาครั้งนี้เป็นมุมมองใหม่เกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์การพัฒนาและวิธีการที่ชีวิตในวัยเด็กสามารถเจริญรุ่งเรืองบนดาวเคราะห์อายุน้อยได้

“ แบบจำลองนี้แสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของน้ำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้น่าจะเกิดขึ้นบนดาวเคราะห์นอกระบบที่มีหินขนาดใหญ่พอสมควรในระบบนอกระบบ ฉันคิดว่ามันน่าตื่นเต้นมาก” - Jun Wu, คณะวิทยาศาสตร์โมเลกุลและ School of Earth and Space Exploration ที่ ASU, ผู้เขียนร่วมนำ

ก่อนหน้านี้เราคิดว่าดาวเคราะห์เพียงดวงเดียวที่สามารถมีชีวิตได้จะต้องอยู่ในระบบสุริยจักรวาลที่เต็มไปด้วยดาวเคราะห์น้อยและดาวหางที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบ แต่นั่นอาจไม่เป็นเช่นนั้น ในระบบสุริยะอื่น ๆ ไม่ใช่ดาวเคราะห์คล้ายโลกทุกคนที่สามารถเข้าถึงดาวเคราะห์น้อยที่เต็มไปด้วยน้ำ การศึกษาใหม่ชี้ให้เห็นว่าดาวเคราะห์นอกระบบที่อาศัยอยู่ได้อาจมีน้ำจากเนบิวลาแสงอาทิตย์ในระบบของพวกมัน โลกซ่อนน้ำส่วนใหญ่ไว้ภายในของมัน โลกมีมหาสมุทรสองแห่งอยู่ในเนื้อโลกและ 4 หรือ 5 ในแกนกลางของมัน ดาวเคราะห์นอกระบบอาจจะคล้ายกัน

“ แบบจำลองนี้แสดงให้เห็นว่าการก่อตัวของน้ำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้น่าจะเกิดขึ้นบนดาวเคราะห์นอกระบบที่มีหินขนาดใหญ่พอสมควรในระบบนอกระบบ” วูกล่าว “ ฉันคิดว่านี่น่าตื่นเต้นมาก”

มีจุดเตือนอยู่จุดหนึ่งในโมเดลใหม่นี้และเกี่ยวข้องกับการแยกส่วนด้วยไฮโดรเจน ยังไม่เป็นที่เข้าใจกันดีว่าอัตราส่วนดิวเทอเรียมกับไฮโดรเจนเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อธาตุละลายในเหล็กซึ่งเป็นศูนย์กลางของโมเดลใหม่นี้ จะต้องมีการประเมินในการศึกษาใหม่นี้

โดยรวมแล้วการศึกษาใหม่นี้สอดคล้องกับงานวิจัยอื่น ๆ ในน้ำของโลก เมื่อมีการทำงานเพิ่มเติมเกี่ยวกับการแยกส่วนไฮโดรเจนรุ่นใหม่สามารถทดสอบได้อย่างเข้มงวดยิ่งขึ้น

• ข่าวประชาสัมพันธ์ AGU:“ นักวิทยาศาสตร์สร้างทฤษฎีต้นกำเนิดใหม่สำหรับน้ำของโลก”
• รายงานการวิจัย:“ ต้นกำเนิดของน้ำโลก: การดูดกลืนของมรดกและการเก็บรักษาไฮโดรเจนในแกนกลาง”
• รายงานการวิจัย: "หลักฐานสำหรับน้ำดั่งเดิมในหิ้งลึกของโลก"
• รายงานการวิจัย:“ การสะสมของน้ำในระบบสุริยจักรวาลในช่วงต้นจากแหล่งคาร์บอน chondrite-like”
• Wikipedia: การก่อตัวและวิวัฒนาการของระบบสุริยะ
• วิกิพีเดีย: 4 เวสต้า