زمین به تنهایی منابع آب خود را تولید کرده است

این آب از فعل و انفعالات شیمیایی بین جو غنی از هیدروژن که به عقیده پژوهشگران، زمین جوان را در بر داشته و اقیانوس‌های بزرگ ماگما در سطح سیاره سرچشمه گرفته است. «آنات شاهار»(Anat Shahar)، دانشمند «مؤسسه علمی کارنگی»(Carnegie Institution for Science) در واشنگتن دی‌سی و از پژوهشگران این پروژه گفت: در این شرایط، آب به عنوان یک محصول جانبی طبیعی تشکیل می‌شود که از تمام شیمی رخ داده سرچشمه می‌گیرد.

منحصربه‌فرد بودن زمین در منظومه شمسی تا حدودی به دلیل آب فراوانی است که بر ۷۰ درصد سطح آن تسلط دارد و بسیار بیشتر از هر سیاره دیگری در همسایگی کیهانی ما است. در هر حال، این موضوع که این مقدار آب چه زمانی و از کجا آمده، یک معما باقی مانده است که دانشمندان هنوز پاسخی مستقیم و قطعی برای آن پیدا نکرده‌اند.

یکی از نظریه‌های رایج نشان می‌دهد که برخورد سیارک‌ها احتمالا بیشتر آب سیاره را تامین کرده است اما برخی از پژوهش‌ها نشان داده‌اند که آب محبوس‌شده در سیارک‌ها از نظر شیمیایی با آب روی زمین متفاوت است. اکنون دانشمندان می‌گویند منبع آب فراوانی که زمین را به دنیای پر از آب امروزی تبدیل کرده، به لطف جو غنی از هیدروژن در اوایل تاریخ سیاره به وجود آمده است.

براساس این پژوهش جدید، اگر زمین تازه متولد شده ۰.۲ تا ۰.۳ برابر اندازه کنونی سیاره و کمی بزرگ‌تر از آنچه پیشتر تصور می‌شد بوده باشد، خودش آب را تامین کرده است. البته این نظریه در صورتی درست است که زمین به رشد خود ادامه داده و گاز و گرد و غبار بیشتری را در اطراف انباشته کرده باشد.

در آن صورت، زمین جوان به اندازه کافی بزرگ بوده است که بتواند برای مدت طولانی در جو خود بماند و احتمالا از نظر هیدروژن بسیار غنی‌تر از مقدار کمی بوده است که امروزه می‌بینیم. جو کنونی زمین شامل ۷۸ درصد نیتروژن است و هیدروژن فقط کمتر از یک قسمت در میلیون پوشش محافظ سیاره را تشکیل می‌دهد.

شاهار گفت: با تغییر دادن شرایط اولیه شکل‌گیری زمین، به سادگی می‌توانیم آب زیادی را تولید کنیم که هم به سیاره و هم به جو آن برود.چنین جو غنی از هیدروژن، به طور منظم در اطراف بسیاری از سیارات سنگی تازه تشکیل‌شده فراتر از منظومه شمسی دیده می‌شود. رایج‌ترین انواع سیارات فراخورشیدی، ابرزمین‌هایی به شمار می‌روند که بزرگ‌تر از زمین اما کوچک‌تر از نپتون هستند. ستاره‌شناسان پیشتر دریافته بودند که جو برخی از این سیارات فراخورشیدی دارای رگه‌هایی از بخار آب است؛ حتی در سیاراتی که دما و فشار بالایی دارند.

شاهار ادامه داد: سیارات فراخورشیدی جوان معمولا در طول چند میلیون سال اول رشد خود، میزبان جو غنی از هیدروژن هستند. این پوشش‌های هیدروژنی در نهایت از بین می‌روند اما ردپای خود را روی ترکیب سیاره جوان به جا می‌گذارند.

بنابراین، گروه شاهار به جای یادگیری درباره سیارات فراخورشیدی از طریق مطالعه زمین، با در نظر گرفتن زمین به عنوان یک سیاره فراخورشیدی، این هنجار را معکوس کردند. آنها با بهره‌گیری از یافته‌های پژوهش سیاره‌های فراخورشیدی، یک پوشش هیدروژنی را در اطراف زمین جوان شبیه‌سازی کردند و معنی تکامل سیاره را در آن مورد بررسی قرار دادند.

شاهار گفت: ما دریافتیم که با در نظر گرفتن زمین به عنوان یک سیاره فراخورشیدی که توسط هیدروژن احاطه شده است، می‌توانیم بسیاری از ویژگی‌های زمین از جمله محتوای آب موجود در آن را توضیح دهیم.پژوهشگران در این پروژه، مدلی را برای مطالعه ۲۵ ترکیب و ۱۸ واکنش شیمیایی متفاوت ایجاد کردند. آنها دریافتند که مقادیر قابل توجهی از هیدروژن جو، با اقیانوس‌های ماگمای مذاب در سطح زیرین ادغام شده و سپس به صورت جامد درآمده و بزرگترین و ضخیم‌ترین لایه زمین یعنی گوشته را تشکیل داده است. همچنین، آنها دریافتند که ذخایر آب فراوان این سیاره به عنوان یک نتیجه ساده این واکنش‌های شیمیایی پدید آمده‌اند.

این گروه پژوهشی گفتند که دیدن حرکت مولکول‌های هیدروژن سبک از جو زمین به فضای درونی مذاب آن در اوایل تاریخ زمین، به دو پرسش دیرینه پاسخ می‌دهد.
چگونه مقادیر زیادی از آب مایع در سطح زمین وجود داشته است؟
چرا هسته سیاره که عمدتا آهن است، چگالی کمتری نسبت آنچه دانشمندان فکر می‌کنند دارد؟
شاهار افزود: ما با مشاهده مجموعه بزرگ داده‌های مربوط به سیارات فراخورشیدی، اطلاعات جدیدی را در مورد سیاره خود آموختیم. پاسخ دادن به این پرسش‌ها از منظر علوم زمین و ستاره‌شناسی، یک موضوع کلیدی بود.
این پژوهش، در مجله «Nature» به چاپ رسید.