Podrijetlo vode na Zemlji dugotrajna je misterija. Postoje različite hipoteze i teorije koje objašnjavaju kako je voda dospjela ovdje, kao i mnoštvo dokaza koji ih podupiru. Ali voda je sveprisutna u protoplanetarnim diskovima, a podrijetlo vode možda ipak nije tako tajanstveno. Istraživački članak u GeoScienceWorld Elements pokazuje da drugi mladi solarni sustavi isto imaju obilje vode. U solarnim sustavima poput našeg, voda je prisutna dok mlada zvijezda raste i planeti se formiraju.

Dokazi su u sadržaju teške vode na Zemlji i pokazuju da je voda na našem planetu stara 4,5 milijardi godina. Članak se zove "Pijemo dobru vodu staru 4,5 milijardi godina", a autori su Cecilia Ceccarelli i Fujun Du. Ceccarelli je talijanski astronom na Institutu za planetarne znanosti i astrofiziku u Grenobleu, Francuska. Du je astronom na Zvjezdarnici Purple Mountain u Nanjingu u Kini. Formiranje Sunčevog sustava počinje s ogromnim molekularnim oblakom. Oblak se uglavnom sastoji od vodika, glavne komponente vode. Sljedeći su helij, kisik i ugljik, tim redoslijedom zastupljenosti, prenosi Science Alert.

Ključan za otkriće je oblak

Oblak također sadrži sićušna zrnca silikatne prašine i ugljične prašine. Vodeni led koji je nastao u prvom koraku formiranja oblaka oslobađa se u plin u drugom koraku, ali se ponovno kondenzira u najhladnijim dijelovima protoplanetarnog diska. Ista populacija zrnaca prašine ponovno je prekrivena ledenim plaštom. Ali sada, molekule vode u tom ledenom plaštu sadrže povijest vode u Sunčevom sustavu. "Dakle, zrnca prašine su čuvari vodenog nasljeđa", pišu autori. To je treći korak u procesu. U četvrtom koraku, Sunčev sustav počinje poprimati oblik i nalikovati potpunije formiranom sustavu. Sve stvari na koje smo navikli, poput planeta, asteroida i kometa, počinju se formirati i zauzimaju svoje orbite. 

Neki detalji su izostavljeni iz dosad danog jednostavnog objašnjenja. Kada se vodeni led formira u prvom koraku, temperatura je izuzetno niska. To pokreće neobičan fenomen koji se zove super-deuteracija. Super-deuteracija unosi više deuterija u vodeni led nego na drugim temperaturama. Deuterij je nastao tek u sekundama nakon Velikog praska. Nije ga se puno formiralo: samo jedan deuterij na svakih 100 000 atoma protija. "Da stvari budu još ekstremnije", objašnjavaju autori, "dvostruko deuterirana voda D2O je 1/1000 u odnosu na H2O, točnije oko 107 puta veća od onoga što bi se procijenilo iz omjera količine D/H elemenata." Omjeri sadrže tako velike količine deuterija zbog super-deuteracije. U trenutku kada se led formira na površinama zrna prašine, postoji povećani broj D atoma u usporedbi s H atomima koji slijeću na površine zrna. Detaljno kemijsko objašnjenje je izvan opsega ovog članka, ali zaključak je jasan. "Nema drugih načina za dobivanje ove velike količine teške vode u vrućim korinima niti općenito", pišu autori. "Stoga je obilje teške vode obilježje sinteze vode u hladnom molekularnom oblaku tijekom ere STEP 1." Za sada je važno da postoje dvije epizode sinteze vode. Prvi se događa kada Sunčev sustav još nije formiran i kada je samo hladan oblak. Drugi je kada se formiraju planeti.

To se dvoje događa u različitim uvjetima, a ti uvjeti ostavljaju svoj izotopski trag na vodi. Voda iz prve sinteze stara je 4,5 milijardi godina i postavlja se pitanje "Koliko je te drevne vode dospjelo na Zemlju?" Kako bi to otkrili, autori su promatrali jedine dvije stvari koje su mogli: ukupnu količinu vode i količinu deuterirane vode, odnosno, omjer teške vode u odnosu na normalnu, HDO/H2O. Stvoreno je više nego dovoljno vode za vodu na Zemlji. Količina vode u vrućem korinu bila 10 000 puta veća od Zemljine vode, a njen HDO/H2O omjer drugačiji je od vode formirane u početnom oblaku. Koliko je korino-vode stiglo do Zemlje? Nagovještaj se može pronaći usporedbom vrijednosti HDO/H2O u kopnenoj vodi s onima u vrućim korinosima.

Omjer teške vode i normalne

Vrući korino jedino je mjesto na kojem su opazili HDO u planetarnim sustavima solarnog tipa koji se još uvijek formiraju. U prethodnim istraživanjima znanstvenici su te omjere usporedili s omjerima u objektima u našem Sunčevom sustavu – kometima, meteoritima i Saturnovom ledenom mjesecu Enceladusu. Dakle, znaju da je obilje teške vode na Zemlji, omjer HDO/H2O, oko deset puta veće nego u Svemiru i na početku Sunčevog sustava. "'Teška u odnosu na normalnu vodu na Zemlji je oko deset puta veća od elementarnog D/H omjera u Svemiru i posljedično pri rađanju Sunčevog sustava, u onome što se zove solarna maglica", objašnjavaju autori. Rezultati svih ovih radova pokazuju da je između 1 i 50 posto vode na Zemlji potjecalo iz početne faze rođenja Sunčevog sustava. To je širok raspon, ali još uvijek značajan dio znanja.

Autori završavaju stvari svojim zaključkom. "Voda u kometima i asteroidima (od kojih potječe velika većina meteorita) također je naslijeđena od početka u velikim količinama. Zemlja je vjerojatno naslijedila svoju izvornu vodu pretežno od planetezimala, za koje se pretpostavlja da su preteče asteroida i planeta koji formirao Zemlju, a ne od kometa koji su padali na nju." Dostava pomoću kometa još je jedna hipoteza za Zemljinu vodu. U toj hipotezi, smrznuta voda iza granice mraza dospijeva do Zemlje kada se kometi poremete i pošalju iz smrznutog Oortova oblaka u unutrašnjost Sunčeva sustava. Ideja ima smisla. Ali ova studija pokazuje da to možda i nije točno.

Zaključak

Ipak, još uvijek ostavlja pitanja bez odgovora. Ne objašnjava kako je sva voda dospjela na Zemlju. Ali studija pokazuje da je količina teške vode na Zemlji barem početak shvaćanja ovoga. “Zaključno, količina teške vode na Zemlji naša je Arijadnina nit koja nam može pomoći da izađemo iz labirinta svih mogućih ruta kojima je Sunčev sustav mogao krenuti”, objašnjavaju. Voda na Zemlji stara je 4,5 milijardi godina. Barem nešto od toga jest. Prema autorima, planetezimali su ga vjerojatno dopremili na Zemlju, ali nije jasno kako se to točno dogodilo. Postoji mnogo više složenosti koje znanstvenici moraju riješiti prije nego što to mogu shvatiti. "Pitanje je prilično složeno jer je podrijetlo i evolucija Zemljine vode neizbježno povezano s drugim važnim sudionicima na ovom planetu, npr. ugljikom, molekularnim kisikom i magnetskim poljem", pišu autori.

Sve su te stvari zajedno umotane u to kako je život nastao i kako su se svjetovi formirali. Voda je vjerojatno igrala ulogu u formiranju planetezimala koji su je dopremili na Zemlju. Voda je vjerojatno odigrala ulogu u izdvajanju drugih kemikalija, uključujući građevne blokove života, na stjenovita tijela koja su ih dopremila na Zemlju. Voda leži u središtu svega, a pokazujući da nešto od nje potječe iz samih početaka Sunčevog sustava, autori su dali polazište za shvaćanje ostatka. "Ovdje smo predstavili pojednostavljenu ranu povijest vode na Zemlji prema najnovijim promatranjima i teorijama", pišu. "Dobar dio zemaljske vode vjerojatno je nastao na samom početku rođenja Sunčevog sustava kada je bio hladan oblak plina i prašine, zaleđen i sačuvan tijekom različitih koraka koji su doveli do formiranja planeta, asteroida i kometa i bio na kraju prenijeti na Zemlju u nastajanju. "Kako se dogodio posljednji prolaz još je jedno fascinantno poglavlje", zaključuju.