نوشته

تقریبا 71 درصد از سیاره ما پوشیده از آب است. بدن نوزادان حدود 78 درصد از آب تشکیل شده و تا 60 درصد وزن بزرگسالان را آب شامل می‌شود. ما کاملا به آب وابسته هستیم و بدون آن نمی‌توانیم بیشتر از چند روز زنده بمانیم.

اینجا، آنجا و همه جا آب. اما آب از کجا آمده است؟ پاسخ به این سوال می‌تواند به ما کمک کند ریشه‌های حیات روی زمین را درک کنیم. همچنین به ما نشان خواهد داد باید منتظر چه نوع آبی در جهان‌های دیگر – به ویژه سیارات فراخورشیدی- باشیم.

نظریه‌های متعددی درباره چگونگی تامین آب زمین وجود دارد. عمده این نظریه‌ها در دو دسته جای می‌گیرند: یا زمین با پیش‌سازه‌های مولکولی آب متولد شده است، یا سنگ‌های فضایی سرشار از آب (مانند سیارک‌ها و دنباله‌دارها) بعد از شکل‌گیری زمین آب را به اینجا آورده‌اند.

بسیاری از این نظریه‌ها می‌توانند همزمان درست باشند و این یعنی شاید زمین آب خود را از چند منبع دریافت کرده باشد. این موضوع مسائل را کمی پیچیده می‌کند، اما دانشمندان پیوسته در حال بهبود الگوهایی هستند که اتفاقات سامانه خورشیدیِ نخستین و چگونگی به دست آوردن آب توسط زمین را توضیح می‌دهند.

آیا زمین از ابتدا آب داشت؟

حدود 4.54 میلیارد سال پیش، زمین از مواد اضافی که بعد از تشکیل خورشید باقی‌مانده بودند به وجود آمد. آیا زمین با تمام مواد لازم برای ایجاد اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها و رودها متولد شد؟ مشکل اینجاست که در زمان تولد، نواحی داخلی سامانه خورشیدی (جایی که سیاره ما در آن حضور دارد) بسیار داغ بودند. بنابراین هرگونه آب مایع باید تبخیر و به فضا رانده می‌شد.

در مورد آب محبوس بین سنگ‌ها چطور؟ یک مطالعه جدید نشان داده است کندریت‌های انستاتیت (enstatite chondrites/نوعی شهاب‌سنگ که تصور می‌شود نماینده مواد خامی هستند که زمین را تشکیل داده‌اند) حاوی هیدروژن کافی برای رساندن حداقل سه برابر جرم آب اقیانوس‌ها به زمین است. مشخص نیست که این شهاب‌سنگ‌ها چه زمانی آب خود را تحویل زمین داده‌اند اما آن‌ها با سنگ‌های موجود در لایه داخلی زمین همخوانی خوبی دارند. اگر زمین با آب به دام افتاده در زیر سطح خود کارش را شروع کرده باشد، فعالیت آتشفشانی می‌توانست آن را به صورت بخار آزاد کند. سپس آب تبخیر شده دوباره متراکم می‌شد و به شکل باران روی زمین می‌بارید.

تصور بر این است که حدود 4.51 میلیارد سال پیش، جرمی به اندازه سیاره بهرام به نام تیا (Theia) با زمین برخورد داشته است. در این فرآیند مقداری از گوشته زمین ذوب شد و مواد باقی‌مانده از این برخورد ماه را تشکیل دادند. آیا تیا می‌توانست در حین برخورد آب را به زمین آورده باشد؟ دست‌کم یک مطالعه می‌گوید ‌بله، ممکن است.

نظریه دیگر این است که آب سیاره ما به سادگی توسط خود زمین به وجود آمده است. تلسکوپ‌های قدرتمند سیارات فراخورشیدی نوزاد را که در هیدروژن مولکولی غوطه‌ورند مشاهده کرده‌اند. مدل‌سازیِ تیمی از دانشمندان بیان می‌کند که این هیدروژن می‌تواند در حین این فرآیند با اقیانوس‌های ماگما برهم‌کنش داشته و مقادیر فراوانی آب تولید کنند.

آیا سیارک‌ها آب را به زمین آورده‌اند؟

مناطق درونی سامانه خورشیدی روزگاری پر از آشوب بود. حدود 4.0 تا 3.8 میلیارد سال پیش، مدار سیارات بیرونی دچار تغییراتی شد. تکانه‌های گرانشی آن‌ها باعث شد سنگ‌های یخی فضایی به سوی نواحی داخلی حرکت کنند. این رویداد به نام "نظریه بمباران سنگین دیرهنگام-LHB" شناخته می‌شود.

بسیاری از این اجرام به زمین برخورد کرده‌اند و می‌توانستند آب را به اینجا آورده باشند. برای طولانی مدت دنباله‌دارها به عنوان منبع اصلی آب زمین شناخته می‌شدند. اما ماموریت‌های فضایی از جمله "جیوتو-Giotto" و "رزتا-Rosetta" که به ترتیب درسال‌ 1986 از دنباله‌دار هالی و سال‌های 2014 تا 2016 از دنباله‌دار چوری (Churyumov-Gerasimenko) بازدید کردند، آبی پیدا کردند که ترکیب شیمیایی آن با آب زمین کاملا یکسان نیست.

این موضوع ما را به سمت سیارک‌ها وشهاب‌سنگ‌ها سوق می‌دهد. تجزیه و تحلیل نمونه‌های سیارک ریوگو (Ryugu) که توسط فضاپیمای هایابوسا-2 (Hayabusa-2) به زمین آورده شد نشان داد که آب محبوس شده در سنگ‌های این سیارک با آب اقیانوس‌های زمین مطابقت دارد. ترکیب خود سیارک نیز با نوعی شهاب‌سنگ به نام CI chondrites برابری می‌کند که می‌توانست 30 درصد از کل جرم آب اقیانوس‌های زمین را تامین کند.

فضاپیمای OSIRIS-Rex ناسا در شهریور 1402 (سپتامبر 2023) موفق به ارسال نمونه‌های سیارک بنو (Bennu) به زمین شد. آب و مواد آلی تنها در یک آنالیز اولیه روی این نمونه‌ها کشف شدند؛ نشانه دیگری بر این که ممکن است مسئولیت بخش زیادی از آب روی زمین بر عهده سیارک‌ها باشد. پاسخ دقیق‌تر به این سوال که آیا سیارک‌هایی مانند بنو آب را به زمین آورده‌اند یا نه، نیازمند تجزیه و تحلیل مداوم نمونه‌های ارسالی و سرنخ‌های بیشتر است.

تشکر از آب

ما به طور شفاف نمی‌دانیم زمین چگونه دارای آب شده اما می‌دانیم که آب امکان تکامل حیات پیچیده از جمله انسان‌ها را بر روی زمین فراهم کرده است.

برخی از قدیمی‌ترین شواهد حیات به 3.7 میلیارد سال پیش بازمی‌گردد. دورانی که میکروب‌های نخستین یاد گرفتند در هواکره‌ای مملو از کربن دی‌اکسید زندگی کنند. آن‌ها در نهایت به ارگانیسمی به نام سیانوباکتری (Cyanobacteria) تکامل یافتند. سیانوباکتری‌ها در فرآیندی به نام فتوسنتز از آب، نور خورشید و کربن دی‌اکسید برای تولید غذا استفاده می‌کنند. محصول جانبی این فرآیند اکسیژن است که امروزه جو سیاره زمین غنی از آن است.

بنابراین بیایید لیوان‎های آب را به افتخار سیارک‌ها، شهاب‌سنگ‌ها، هیدروژن مولکولی، آتشفشان‌ها و دیگر فرآیندهایی که ممکن است این ماده حیات‌بخش را به زمین آورده باشند به هم بزنیم. چرا که ما بدون آن‌ها اینجا نبودیم.