Skąd wzięła się woda na Ziemi? Rewolucyjne odkrycie

Naukowcy „zajrzeli” do jądra Ziemi

Naukowcy pod kierownictwem Dongyanga Huanga z Uniwersytu Pekińskiego postanowili zbadać skąd wzięła się woda na Ziemi. W tym celu przeprowadzili eksperyment symulujący warunki panujące podczas formowania się jądra Ziemi. Odtworzyli w laboratorium ekstremalne ciśnienia i temperatury, podobne do tych jakie panowały w głębokich oceanach magmowych.

Podczas eksperymentu badacze ścisnęli mikroskopijne próbki żelaza (reprezentujące ciekłe jądro) oraz uwodnionego krzemianowego szkła (odpowiadającego prastaremu oceanowi magmy) pomiędzy kowadełkami diamentowymi. Podgrzali je do temperatury blisko 5 tys. stopni Celsjusza przy ciśnieniu rzędu 111 gigapaskali. Następnie z tych próbek wycięto igły o średnicy zaledwie 20 nanometrów i poddano je dokładnej analizie.

To podejście pozwoliło bezpośrednio zobaczyć, jak wodór wiąże się z żelazem, krzemem i tlenem w warunkach zbliżonych do tych, jakie panowały podczas powstawania jądra Ziemi. Kluczowym wynikiem było stwierdzenie, że stosunek krzemu do wodoru w strukturach przypominających to, co znamy z jądra, wynosi blisko 1:1. Ponieważ zawartość krzemu w jądrze Ziemi jest względnie dobrze znana z wcześniejszych badań sejsmicznych, naukowcy mogli oszacować na tej podstawie zawartość wodoru.

Więcej wodoru niż we wszystkich oceanach

Wyniki okazały się zaskakujące. Szacunki wskazują, że wodór stanowi od 0,07 do 0,36 proc. masy jądra Ziemi. To ogromna ilość – gdyby ten wodór zamienić w wodę, wypełniłaby ona od 9 do 45 ziemskich oceanów. Ta liczba sprawia, że jądro Ziemi jawi się jako największy rezerwuar wodoru na naszej planecie, przewyższający pod tym względem powierzchniowe oceany, litosferę i atmosferę.

To naprawdę zmienia sposób, w jaki myślimy o pochodzeniu naszej wody.

– skomentowała w rozmowie z Scientific American prof. Hilke Schlichting z Uniwersytetu Kalifornijskiego.

Skąd wzięła się woda na Ziemi?

To nowe odkrycie podważa teorię, że większość wody na Ziemi została dostarczona przez komety i planetoidy już po uformowaniu się naszej planety. Gdyby dotychczasowa teoria była prawdą, wodór powinien dominować w zewnętrznych warstwach planety – w płaszczu i skorupie – a nie głęboko w jądrze.

Fakt, że największy rezerwuar wodoru wydaje się być ukryty w jądrze, wskazuje, że wodór trafił do wnętrza Ziemi w czasie, gdy formowało się jej jądro. Autorzy badania twierdzą, że bardziej prawdopodobny jest scenariusz, w którym Ziemia „pozyskała” wodór na miejscu: z pierwotnej, bogatej w wodór atmosfery oraz z materiału stałego pochodzącego z wczesnego Układu Słonecznego.

Wodór w jądrze a pole magnetyczne Ziemi

Swoją drogą to odkrycie ma poważne konsekwencje dla zrozumienia ziemskiego pola magnetycznego – niewidzialnej „tarczy”, która chroni nas przed wiatrem słonecznym. Pole magnetyczne Ziemi powstaje dzięki ruchom płynnego metalu w jądrze zewnętrznym. Skład tego metalu wpływa na jego gęstość, sposób krążenia i wymianę ciepła.

Jeżeli wodoru w jądrze jest dużo więcej, niż sądziliśmy, trzeba przeprojektować modele, które opisują, jak powstaje i jak zmienia się w czasie ziemskie pole magnetyczne. To pośrednio dotyczy też pytania, jak długo planeta może utrzymać atmosferę i warunki przyjazne dla życia.

Nowe źródło wody na Ziemi: kosmiczne konsekwencje

Nowe wyniki mają też konsekwencje wykraczające daleko poza Ziemię. Przy ocenie, czy jakaś odległa planeta może mieć wodę, naukowcy do tej pory mocno skupiali się na tym, czy mogła otrzymać odpowiednią ilość lodu z zewnątrz – z komet, lodowych planetoid itp. Odkrycie znacznych zasobów wodoru w jądrze Ziemi sugeruje, że równie ważne jest to, co dzieje się wewnątrz. To zmienia kryteria, którymi kierujemy się, szukając planet potencjalnie przyjaznych życiu. Okazuje się, że liczy się nie tylko położenie w „strefie życia” wokół gwiazdy, ale też historia wnętrza planety.

Nowe odkrycie nie zamyka debaty o pochodzeniu ziemskiej wody, ale przesuwa jej środek ciężkości z „komet, które przyniosły oceany” na „planetę, która od początku była wodonośna”. Stawia też szereg nowych pytań. Ile wodoru uwięzionego w jądrze mogło z czasem przedostawać się do płaszcza i na powierzchnię? Jak zmieniało to klimat i aktywność wulkaniczną? Czy podobne procesy zachodzą na innych planetach? To pytania, na które odpowiedzi dziś jeszcze nie znamy. Pokażą one jednak, czy historia ziemskiej wody jest wyjątkiem, czy uniwersalnym scenariuszem dla planet takich jak nasza.

Przeczytaj również: Podziemny ocean istnieje naprawdę. Jest ukryty 700 km pod ziemią