منشأ آب زمین مشخص شد: شگفتی هیدروژن پنهان در شهاب‌سنگ!

پژوهشگران دانشگاه آکسفورد نظریه رایج مبنی بر اینکه آب زمین از برخورد سیارک‌ها به وجود آمده است را به چالش کشیده‌اند. آن‌ها یک شهاب‌سنگ نادر را مورد مطالعه قرار دادند که شباهت زیادی به موادی دارد که زمین اولیه را تشکیل داده‌اند.

تحلیل‌های آن‌ها نشان داد که این ماده حاوی هیدروژن بسیار بیشتری – یک عنصر کلیدی برای آب – نسبت به آنچه قبلاً تصور می‌شد، بوده است. این یافته‌ها از این ایده حمایت می‌کنند که زمین از همان ابتدا مواد لازم برای تشکیل آب را داشته است و نیازی به انتقال آن توسط سیارک‌ها نبوده است!

کندریت‌های انستاتیت و هیدروژن ذاتی

پژوهشگران دانشگاه آکسفورد شواهد مهم جدیدی در مورد منشأ احتمالی آب زمین یافته‌اند. آن‌ها با مطالعه‌ی نوع نادری از شهاب‌سنگ‌ها به نام کندریت انستاتیت – که تصور می‌شود شبیه به موادی باشد که زمین اولیه در حدود ۴.۵۵ میلیارد سال پیش از آن تشکیل شده است – منبعی از هیدروژن را شناسایی کردند که برای تشکیل آب ضروری بوده است.

نکته‌ی مهم این است که آن‌ها نشان دادند این هیدروژن بومی این شهاب‌سنگ بوده و ناشی از آلودگی نیست. این بدان معناست که بلوک‌های سازنده‌ی سیاره‌ی ما احتمالاً حاوی هیدروژن بسیار بیشتری نسبت به آنچه دانشمندان قبلاً باور داشتند، بوده‌اند.

بدون هیدروژن، یک عنصر اساسی سازنده‌ی آب، برای سیاره‌ی ما غیرممکن بود که شرایط لازم برای پشتیبانی از حیات را توسعه دهد. منشأ هیدروژن، و به تبع آن آب، روی زمین به شدت مورد بحث بوده است و بسیاری بر این باورند که هیدروژن مورد نیاز توسط سیارک‌های فضایی در حدود ۱۰۰ میلیون سال اول عمر زمین به آن منتقل شده است. اما این یافته‌های جدید این موضوع را رد می‌کند و در عوض نشان می‌دهد که زمین از همان زمان تشکیل، هیدروژن لازم برای ایجاد آب را داشته است.

بررسی LAR 12252 با طیف‌سنجی پرتو ایکس

تیم تحقیقاتی ترکیب عنصری شهاب‌سنگی به نام LAR 12252 را که در اصل از قطب جنوب جمع‌آوری شده بود، تجزیه و تحلیل کردند. آن‌ها از یک تکنیک تجزیه و تحلیل عنصری به نام طیف‌سنجی جذب پرتو ایکس در ناحیه نزدیک لبه (XANES)^[1] در سنکروترون Diamond Light Source در Harwell، Oxfordshire استفاده کردند.

یک مطالعه‌ی قبلی که توسط یک تیم فرانسوی انجام شده بود، در اصل آثار هیدروژن را در داخل مواد آلی و بخش‌های غیرکریستالی کندرول‌ها (اجسام کروی میلی‌متری درون شهاب‌سنگ) در این شهاب‌سنگ شناسایی کرده بود. با این حال، بقیه‌ی هیدروژن یافت نشده بود، به این معنی که مشخص نبود آیا این هیدروژن بومی است یا ناشی از آلودگی زمینی.

تیم آکسفورد گمان می‌کرد که مقادیر قابل‌توجهی از هیدروژن ممکن است به گوگرد فراوان موجود در شهاب‌سنگ متصل باشد. آن‌ها با استفاده از سنکروترون، یک پرتو قدرتمند اشعه ایکس را به ساختار شهاب‌سنگ تاباندند تا ترکیبات حاوی گوگرد را جستجو کنند.

سولفید هیدروژن موجود، منشأ بومی را تأیید می‌کند

هنگام اسکن اولیه نمونه، تیم تحقیقاتی تلاش‌های خود را بر روی بخش‌های غیرکریستالی کندرول‌ها، جایی که قبلاً هیدروژن در آن یافت شده بود، متمرکز کردند. اما هنگامی که به طور اتفاقی ماده‌ی درست بیرون یکی از این کندرول‌ها را که از زمینه‌ای از مواد بسیار ریز (زیر میکرومتر) تشکیل شده بود، تجزیه و تحلیل کردند، متوجه شدند که این زمینه به طرز باورنکردنی غنی از سولفید هیدروژن است. در واقع، تجزیه و تحلیل آن‌ها نشان داد که مقدار هیدروژن در این زمینه پنج برابر بیشتر از بخش‌های غیرکریستالی است.

در مقابل، در سایر قسمت‌های شهاب‌سنگ که دارای ترک و نشانه‌های آشکار آلودگی زمینی (مانند زنگ زدگی) بود، مقدار بسیار کمی یا اصلاً هیدروژن وجود نداشت. این امر احتمال اینکه ترکیبات سولفید هیدروژن شناسایی شده توسط تیم، منشأ زمینی داشته باشند را بسیار بعید می‌کند.

از آنجایی‌که زمین اولیه از موادی مشابه کندریت‌های انستاتیت تشکیل شده بود، این نشان می‌دهد که تا زمانی که سیاره‌ی در حال شکل‌گیری به اندازه‌ی کافی بزرگ شده بود تا مورد اصابت سیارک‌ها قرار گیرد، ذخایر کافی هیدروژن برای توضیح فراوانی آب کنونی زمین را جمع‌آوری کرده بود.

کارشناسان آکسفورد منشأ بومی آب را تأیید می‌کنند

تام بارت، دانشجوی دکترا در بخش علوم زمین دانشگاه آکسفورد و سرپرست این مطالعه، گفت:

وقتی تجزیه و تحلیل به ما نشان داد که نمونه حاوی سولفید هیدروژن است – البته نه در جایی که انتظار داشتیم! – بسیار هیجان‌زده شدیم. از آنجایی‌که احتمال منشأ زمینی داشتن این سولفید هیدروژن بسیار کم است، این پژوهش شواهد حیاتی برای حمایت از این نظریه ارائه می‌دهد که آب روی زمین بومی است – اینکه این یک نتیجه‌ی طبیعی از مواد تشکیل دهنده‌ی سیاره‌ی ما است.

پروفسور جیمز برایسون، دانشیار بخش علوم زمین دانشگاه آکسفورد و نویسنده‌ی همکار این پژوهش، افزود:

یک سوال اساسی برای دانشمندان سیاره‌شناسی این است که زمین چگونه به شکل امروزی خود درآمده است. اکنون فکر می‌کنیم که موادی که سیاره‌ی ما را ساخته‌اند، و ما می‌توانیم با استفاده از این شهاب‌سنگ‌های نادر آن‌ها را مطالعه کنیم، بسیار غنی‌تر از آنچه قبلاً تصور می‌کردیم، از هیدروژن بوده‌اند. این یافته از این ایده حمایت می‌کند که تشکیل آب روی زمین یک فرآیند طبیعی بوده است، نه یک اتفاق تصادفی ناشی از بمباران سیاره‌ی ما توسط سیارک‌های آبدار پس از تشکیل آن.

این مطالعه در تاریخ ۲۷ فروردین ۱۴۰۴ در مجله‌ی ایکاروس منتشر شد.

یادداشت‌ها

[1] طیف‌سنجی جذب پرتو ایکس در ناحیه نزدیک لبه (XANES) یک تکنیک است که برای شناسایی عناصر موجود در یک ماده و وضعیت شیمیایی آن‌ها استفاده می‌شود. این روش با تاباندن اشعه ایکس به یک نمونه کار می‌کند و باعث می‌شود اتم‌ها انرژی را به گونه‌ای جذب کنند که بستگی به نوع عنصر، شکل شیمیایی آن (به عنوان مثال، اکسید، سولفید و غیره) و نحوه‌ی پیوند اتم‌ها با یکدیگر دارد.

منبع: Scitechdaily