O parte din apa Pământului s-ar fi putut forma odată cu planeta
O nouă cercetare publicată în Nature Geoscience sugerează că o parte considerabilă a apei Pământului ar fi putut fi produsă chiar în timpul formării planetei, fără a fi nevoie de livrarea ei din regiuni îndepărtate ale sistemului solar. Concluzia vine din experimente de laborator care au reprodus condițiile extreme din atmosfera Pământului tânăr.
Studiul a fost condus de Susmita Garai, împreună cu Zachary Sharp, profesor și director al Departamentului de Științe ale Pământului și Planetare, și Peter Olson, de la Universitatea din New Mexico. Echipa a investigat modul în care rocile silicate cu conținut de fier reacționează cu hidrogenul atmosferic la temperaturi ridicate, similare celor din primele etape ale formării planetare.
De la „ploaia de pietricele” la reacția chimică
Una dintre explicațiile principale privind originea apei terestre presupune aducerea de material bogat în apă din zone mai reci ale sistemului solar, inclusiv pietricele înghețate. Rămân însă întrebări despre modul în care apa ar fi putut ajunge pe Pământ de la asemenea distanțe și dacă aceste procese explică pe deplin compoziția chimică a planetei.
Cercetarea explorează o altă posibilitate: apa s-ar fi putut forma prin reacții chimice între materialul stâncos și hidrogenul din atmosfera planetei în creștere. Pe măsură ce Pământul se forma, particule mici de rocă, numite pietricele, se acumulau și construiau un corp planetar tot mai mare, într-un proces numit acreție de pietricele. Când planeta în creștere devenea suficient de masivă, putea dezvolta o atmosferă fierbinte, cu presiune ridicată și bogată în hidrogen. Pe măsură ce pietricelele de silicat cădeau prin această atmosferă, oxidul de fier din roci putea reacționa cu hidrogenul, producând fier metalic și vapori de apă.
Experimente la 1.200–1.400°C
Pentru a testa acest proces, cercetătorii au încălzit mostre de rocă silicată la temperaturi între 1.200°C și 1.400°C, în fluxuri de hidrogen și, pentru comparație, de heliu. Experimentele au durat între 15 minute și trei ore. În experimentele cu hidrogen, aproape 80% din oxidul de fier din mostre a fost transformat în fier metalic, generând vapori de apă. Aceeași reacție nu s-a produs în experimentele cu heliu, ceea ce demonstrează rolul esențial al hidrogenului în procesul de producere a apei.
Imaginile realizate cu microscopul electronic au arătat picături metalice rotunjite formate prin încălzirea rocii cu conținut de fosfor într-o atmosferă de hidrogen la 1.300°C timp de trei ore. Forma sferică indică faptul că metalul s-a topit, deși temperatura a fost sub punctul de topire al fierului pur, de 1.538°C. În schimb, după o oră de încălzire a unei mostre fără fosfor la 1.250°C, oxidul de fier s-a redus la cristale solide de fier, nu la picături rotunjite.
„Sute de oceane” de apă
Rezultatele i-au surprins pe cercetători prin viteza și amploarea reacției.
„Bănuiam și speram că vom produce fier metalic și apă în experimentele noastre de reducere, dar nu aveam cum să știm cât de repede și cât de mult. Am fost destul de surprinși să constatăm că extrapolarea lucrării noastre sugerează că sute de oceane de apă au fost probabil produse în acest fel. Privind un întindere mare de apă, este greu să îți imaginezi că acea apă ar fi putut fi produsă acum 4,5 miliarde de ani într-o atmosferă infernală, dar este foarte posibil să fi fost așa”, a explicat Sharp.
Constatările sugerează că producerea apei ar fi putut fi o parte importantă a dezvoltării timpurii a Pământului. În loc să fie nevoie ca toată apa inițială să sosească sub formă de gheață sau alte materiale bogate în apă, o planetă în creștere ar putea genera apă prin reacțiile dintre blocurile sale stâncoase și atmosfera înconjurătoare.
Implicații pentru planetele din afara sistemului solar
Cercetarea are implicații și dincolo de Pământ. Dacă împrejurări similare au existat în timpul formării altor planete stâncoase, aceleași reacții chimice ar putea oferi un mecanism răspândit de producere a apei pe exoplanete de dimensiunea Pământului.
„Ideea de acreție de pietricele este încă relativ nouă. Există doar de aproximativ un deceniu. Dar pare să rezolve multe probleme ale paradigmei existente privind formarea planetelor. Iar acum vedem că poate explica și de ce planeta noastră este locuibilă. Prin extensie, este rezonabil să ne așteptăm ca și alte corpuri de dimensiunea Pământului care orbitează alte stele să aibă apă și, posibil, viață”, a declarat Sharp.
Deși experimentele demonstrează un mecanism potențial de producere a apei în timpul formării planetare, stabilirea cât de mult din apa Pământului provine pe această cale va necesita cercetări suplimentare. Studiul oferă o nouă perspectivă asupra proceselor chimice care au modelat Pământul timpuriu și extinde înțelegerea oamenilor de știință cu privire la căile posibile prin care apa poate apărea pe planetele stâncoase.
