Ziemia sama wytworzyła własne oceany 4,5 miliarda lat temu. Reakcja wodoru ze skałami w pierwotnej atmosferze

Odkrycie powszechnego mechanizmu syntezy wody na planetach skalistych może zrewolucjonizować astrobiologiczne poszukiwania życia poza Układem Słonecznym. Zgodnie z wnioskami opublikowanymi na łamach prestiżowego czasopisma Nature Geoscience, praktycznie każdy glob o masie zbliżonej do ziemskiej jest w stanie samoistnie wygenerować potężne rezerwuary wodne w trakcie swojego formowania.
Ziemia sama wytworzyła własne oceany 4,5 miliarda lat temu. Reakcja wodoru ze skałami w pierwotnej atmosferze

Jak podkreśla prof. Zachary Sharp, dyrektor Wydziału Nauk o Ziemi i Planetologii na University of New Mexico, ekstrapolacja laboratoryjnych danych wskazuje, że ta nieznana dotąd ścieżka geochemiczna mogła wyprodukować ilość pary wodnej odpowiadającą objętości setek współczesnych oceanów. Oznacza to, że warunki sprzyjające powstaniu życia mogą być naturalną konsekwencją samej fizyki akrecji planetarnej, a nie rzadkim zbiegiem okoliczności zależnym od późniejszych zewnętrznych dostaw z odległych rubieży układów planetarnych.

Dotychczasowy paradygmat powstawania ziemskich hydrosfer zakładał, że woda musiała zostać dostarczona z zewnątrz – przez komety, planetoidy węglanowe lub dryfujące bryłki lodu, które formowały się w mroźnych, odległych rejonach młodego Układu Słonecznego poza tzw. linią śniegu. Hipotezy te pozostawiały jednak poważne wątpliwości: dynamika transportu takich cząstek na olbrzymie odległości w kierunku tworzącej się Ziemi napotykała bariery orbitalne, a precyzyjne sygnatury chemiczne i izotopowe skał płaszcza nie do końca pokrywały się ze składem ciał zewnętrznych. Koncepcja tzw. akrecji kamykowej (pebble accretion), rozwijana intensywnie dopiero od około dekady, zyskała teraz potężne wsparcie w postaci endogenicznego źródła wody, które eliminuje konieczność dalekich migracji materii lodowej.

Eksperymentalnego dowodu na tę hipotezę dostarczyły precyzyjne symulacje laboratoryjne przeprowadzone przez doktorantkę Susmitę Garai we współpracy z prof. Zacharym Sharpem oraz prof. Peterem Olsonem. Naukowcy poddali próbki krzemianów bogatych w żelazo działaniu skrajnych temperatur w przedziale od 1200 do 1400 stopni Celsjusza w próbach trwających od 15 minut do trzech godzin. Próbki ogrzewano w dwóch odmiennych środowiskach gazowych: w strumieniu helu, pełniącego funkcję grupy kontrolnej, oraz w atmosferze czystego wodoru, symulującej gęstą, pierwotną powłokę gazową młodej protoplanety.

Wyniki okazały się natychmiastowe i jednoznaczne: w obecności wodoru niemal 80 procent tlenku żelaza zawartego w minerałach uległo redukcji do metalicznego żelaza w zaledwie kilka minut. Wodór z otoczenia gwałtownie reagował z tlenem uwięzionym w strukturze krystalicznej skał, uwalniając gigantyczne ilości pary wodnej, podczas gdy w środowisku helu reakcja ta w ogóle nie zachodziła. W warunkach wczesnej Ziemi spadające krzemianowe „kamyki” w trakcie procesu akrecji przedzierały się przez rozgrzaną, gęstą i bogatą w wodór atmosferę akrecyjną, przechodząc identyczną transformację redukcyjną. 

Choć ostateczne oszacowanie proporcji wody powstałej w ten sposób względem innych źródeł wymagać będzie dalszych analiz geochemicznych, badanie dowodzi, że piekielne warunki panujące 4,5 miliarda lat temu stanowiły idealny reaktor chemiczny do narodzin ziemskich oceanów.

Napisane przez

Monika Wojciechowska

Redaktor
Najbliższe są mi tematy związane z technologią, gadżetami, nowoczesnym AGD i motoryzacją. Interesują mnie rozwiązania, które nie tylko dobrze wyglądają na papierze, ale przede wszystkim realnie wpływają na komfort, wygodę i sposób, w jaki korzystamy z technologii na co dzień. Ukończyłam studia dziennikarskie oraz szkolenia z zakresu sztucznej inteligencji. Prywatnie uwielbiam gry i muzykę.