Εργαστηριακά πειράματα υποδεικνύουν ότι οι βραχώδεις πλανήτες θα μπορούσαν να παράγουν το δικό τους νερό κατά τη διάρκεια του σχηματισμού τους, παρέχοντας ενδεχομένως σε μακρινούς κόσμους ένα βασικό συστατικό για τη ζωή.
Η δημιουργία των ωκεανών
Τα πετρώματα, το αέριο υδρογόνο και η έντονη θερμότητα μπορεί να ακούγονται ως μια απίθανη «συνταγή» για τη δημιουργία ενός ωκεανού. Ωστόσο, τα πειράματα υποδηλώνουν ότι αυτά τα συστατικά θα μπορούσαν να έχουν παράγει μεγάλο μέρος του νερού της Γης, την εποχή που ο πλανήτης βρισκόταν ακόμη στη φάση του σχηματισμού του.
Μια επικρατούσα εξήγηση για την προέλευση του νερού στη Γη αφορά μικρά σωματίδια που περιέχουν πάγο, τα λεγόμενα «παγωμένα βότσαλα» (icy pebbles). Αυτά σχηματίστηκαν στις ψυχρότερες περιοχές του πρώιμου ηλιακού συστήματος —όπου το νερό μπορούσε να παραμείνει σε στερεή κατάσταση (πάγος)— και ενδέχεται να μετέφεραν αυτό το νερό στη Γη, καθώς εκείνη βρισκόταν σε διαδικασία ανάπτυξης. Παραμένουν, ωστόσο, ερωτήματα σχετικά με το πώς αυτά τα σωματίδια διένυσαν τόσο μεγάλες αποστάσεις, καθώς και κατά πόσον αυτές οι «αφίξεις» υλικού μπορούν να εξηγήσουν πλήρως τη χημική σύσταση της Γης.
Παραγωγή νερού μέσα σε λίγα λεπτά από πετρώματα και υδρογόνο
Η μεταπτυχιακή φοιτήτρια Susmita Garai ηγήθηκε της νέας έρευνας, σε συνεργασία με τον Zachary Sharp —καθηγητή και διευθυντή του Τμήματος Επιστημών Γης και Πλανητών— και τον Peter Olson από το Πανεπιστήμιο του Νέου Μεξικού. Η μελέτη τους, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό *Nature Geoscience*, εξέτασε το κατά πόσον τα πυριτικά πετρώματα που περιέχουν σίδηρο θα μπορούσαν να αντιδράσουν με το ατμοσφαιρικό υδρογόνο, υπό συνθήκες παρόμοιες με εκείνες που επικρατούσαν κατά τον πρώιμο σχηματισμό των πλανητών.
«Προκειμένου να αξιολογήσουμε την πιθανότητα η "βροχή από βότσαλα" να αποτελεί πηγή νερού, χρειάστηκε να σχεδιάσουμε και να πραγματοποιήσουμε ορισμένα εξαιρετικά απαιτητικά πειράματα υψηλών θερμοκρασιών. Οι προσπάθειες της Δρος Garai απέδωσαν καρπούς, καθώς διαπίστωσε ότι το νερό παράγεται μέσα σε λίγα μόλις λεπτά, στο περιβάλλον υψηλών θερμοκρασιών της ατμόσφαιρας της πρώιμης Γης», δήλωσε ο Sharp.
Οι ερευνητές θέρμαναν δείγματα πυριτικών πετρωμάτων σε θερμοκρασίες μεταξύ 1.200 και 1.400 βαθμών Κελσίου στο πλαίσιο πειραμάτων που διήρκεσαν από 15 λεπτά έως τρεις ώρες. Ορισμένα δείγματα εκτέθηκαν σε ροές υδρογόνου, ενώ άλλα θερμάνθηκαν παρουσία ηλίου για λόγους σύγκρισης, επιτρέποντας στην ερευνητική ομάδα να εξετάσει τον ρόλο του υδρογόνου στην εν λόγω αντίδραση.
Το υδρογόνο
Το υδρογόνο αντέδρασε με το οξυγόνο που ήταν δεσμευμένο στον σίδηρο μέσα στα πετρώματα, αφήνοντας τον σίδηρο σε μεταλλική μορφή και σχηματίζοντας νερό. Η ίδια αντίδραση δεν συνέβη στην περίπτωση του ηλίου.
«Οι προηγούμενες θεωρίες σχετικά με την προέλευση του νερού στη Γη βασίζονταν σε εξωτερικές πηγές, όπως οι κομήτες ή οι μετεωρίτες. Εδώ δείχνουμε ότι, μέσω αυτού του νεοανακαλυφθέντος μηχανισμού, σχεδόν κάθε πλανήτης με μέγεθος παρόμοιο με της Γης θα έπρεπε να διαθέτει νερό», εξήγησε ο Sharp.
Για να μπορέσει αυτή η χημική διαδικασία να εφοδιάσει έναν πλανήτη που βρίσκεται σε φάση ανάπτυξης με νερό, θα έπρεπε να συναντηθούν πετρώδη υλικά και υδρογόνο υπό κατάλληλες συνθήκες. Αυτό θα μπορούσε να συμβεί κατά τη διάρκεια της «συσσωμάτωσης μικρών πετρωμάτων» (pebble accretion) — μια διαδικασία κατά την οποία μικρά πετρώδη σωματίδια συγκεντρώνονται για να σχηματίσουν ένα μεγαλύτερο πλανητικό σώμα. Μόλις ο πλανήτης που αναπτύσσεται αποκτήσει επαρκή μάζα, μπορεί να δημιουργήσει μια θερμή ατμόσφαιρα υψηλής πίεσης, πλούσια σε υδρογόνο. Τα πυριτικά πετρώματα που πέφτουν μέσα από αυτή την ατμόσφαιρα θα μπορούσαν τότε να υποστούν την αντίδραση παραγωγής νερού, η οποία δοκιμάστηκε στο εργαστήριο.
«Υποψιαζόμασταν και ελπίζαμε ότι στα πειράματα αναγωγής μας θα παράγαμε μεταλλικό σίδηρο και νερό, αλλά δεν είχαμε κανέναν τρόπο να γνωρίζουμε τον ρυθμό ή την ποσότητα της παραγωγής. Εκπλαγήκαμε αρκετά όταν διαπιστώσαμε ότι, βάσει των προεκτάσεων της έρευνάς μας, είναι πιθανό να έχει παραχθεί με αυτόν τον τρόπο ποσότητα νερού ίση με εκατοντάδες ωκεανούς. Κοιτάζοντας μια μεγάλη έκταση νερού, είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι αυτό το νερό μπορεί να δημιουργήθηκε πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια μέσα σε μια κολασμένη ατμόσφαιρα — κι όμως, είναι πολύ πιθανό να συνέβη ακριβώς έτσι», δήλωσε ο Sharp.
Πλανήτες στο μέγεθος της Γης θα μπορούσαν να παράγουν το δικό τους νερό
Εάν κατά τον σχηματισμό άλλων βραχωδών πλανητών επικράτησαν παρόμοιες συνθήκες, τότε η εν λόγω αντίδραση θα μπορούσε να αποτελέσει έναν ευρέως διαδεδομένο μηχανισμό δημιουργίας νερού σε πλανήτες με μέγεθος παρόμοιο με της Γης, πέρα από το ηλιακό μας σύστημα.
«Και τώρα βλέπουμε ότι αυτό μπορεί επίσης να εξηγήσει γιατί ο πλανήτης μας είναι κατοικήσιμος. Κατ’ επέκταση, είναι λογικό να αναμένουμε ότι άλλα ουράνια σώματα, με μέγεθος παρόμοιο με της Γης, που περιφέρονται γύρω από άλλα άστρα, θα διαθέτουν επίσης νερό και, ενδεχομένως, ζωή».
Τα πειράματα καταδεικνύουν έναν πιθανό μηχανισμό παραγωγής νερού κατά τον σχηματισμό των πλανητών. Για να προσδιοριστεί σε ποιον βαθμό το νερό της Γης προήλθε πράγματι με αυτόν τον τρόπο, απαιτείται περαιτέρω έρευνα.
www.worldenergynews.gr
