Hvordan fik Jorden sit vand? Asteroideprøve giver et overraskende svar

Vand er afgørende for livet på Jorden og er en af ​​vores mest dyrebare naturressourcer. Men i betragtning af hvordan vores planet blev til, det er ret overraskende, hvor meget vand vi stadig har. Jorden samlede sig fra en sky af gas og støv - en protoplanetarisk skive - og var glødende varm i de første par millioner år. Dens overflade blev holdt smeltet af nedslag fra kometer og asteroider. Jordens indre blev også (og bliver stadig) holdt flydende af en kombination af gravitationsopvarmning og henfald af radioaktive isotoper.

Det betyder, at hvis der var noget oprindeligt vand (og organiske forbindelser) på Jorden, det skulle have kogt hurtigt af. Så hvorfor er der masser af vand på vores planet i dag – hvor kom det egentlig fra? En overraskende ny undersøgelse, udgivet i Videnskabens fremskridt , tyder på, at en type asteroide, som vi ikke troede indeholdt ret meget vand, kunne være ansvarlig - og samtidig demonstrere, at solsystemet sandsynligvis er meget vådere, end man tidligere havde troet.

Forskere har længe diskuteret præcis, hvor jordens vand kommer fra. En teori antyder, at den muligvis er blevet fanget fra asteroiderne og kometerne, der kolliderede med den. En anden hævder, at vand altid var til stede i klipperne i Jordens kappe og gradvist blev frigivet til overfladen gennem vulkaner.

Takket være den japanske Hayabusa-mission har vi nu nye beviser. Rumfartøjet bragte en dyrebar last af korn tilbage fra overfladen af ​​asteroide 25143 Itokawa i 2010. Forskerne bag det nye studie var i stand til at analysere vandindholdet i to korn. De brugte et sofistikeret stykke kit kaldet en ion mikroprobe, som bombarderer en prøve med en stråle af ioner (ladede atomer) for at undersøge sammensætningen af ​​dens overflade.

Eksperimentet var ikke let - kornene er små, mindre end 40 mikron (en milliontedel af en meter) på tværs, og hvert korn bestod af flere forskellige mineraler. Ionmikroproben skulle fokuseres på et specifikt mineral inden for hvert korn, så forfatterne kunne indsamle de nødvendige data. Den mineralart, som de analyserede, var et jern- og magnesiumholdigt silikat kendt som en pyroxen, som er næsten helt fri for calcium.

Denne type stof er normalt ikke forbundet med vand – ja, det betragtes som et nominelt vandfrit mineral (NAM). Gitteret af en pyroxenkrystal indeholder ikke ledige steder for vandmolekyler på samme måde som, for eksempel, et lermineral gør - så dets struktur er ikke nødvendigvis befordrende for at optage vand. Imidlertid, følsomheden af ​​den teknik, som forfatterne brugte, var sådan, at de kunne detektere og måle små mængder vand.

Resultaterne var overraskende:kornene indeholdt op til 1, 000 ppm vand. At kende sammensætningen af ​​Itokawa, forskerne kunne så estimere vandindholdet i hele asteroiden, hvilket oversættes til mellem 160 og 510 ppm vand. Dette er mere end man havde forventet – fjernmålinger af to lignende kroppe (også S-type asteroider) viste, at den ene indeholdt 30 og den anden 300 ppm vand.

Usandsynlig kilde

Vand er lavet af brint og ilt. Men disse grundstoffer forekommer som forskellige isotoper - hvilket betyder, at de kan have et forskelligt antal neutroner i deres atomkerne (neutroner er partikler, der udgør kernen sammen med protoner). Forskerne så på vandets isotopiske brintsammensætning og opdagede, at det var meget tæt på Jordens, tyder på, at vandet på Jorden har samme kilde som Hayabusa-kornene.

Resultaterne rejser flere interessante spørgsmål, hvoraf den første er, hvordan så meget vand kom til at være i nominelt vandfri mineraler? Forfatterne foreslår, at under deres dannelse, kornene absorberede brint fra den protoplanetariske skive, hvilken, ved soltågens høje temperaturer og tryk, kombineret med ilt i mineralerne for at producere vand.

Indtil nu, så rimeligt. Men hvordan er det muligt, at vandet er blevet i mineralerne? De kom trods alt fra en asteroide af S-typen - en, der dannes i den indre og varmere del af solsystemet. Itokawa har haft en kompleks historie med termisk metamorfose og kollision, når temperaturer på mindst så høje som 900°C. Men forskerne brugte computermodeller til at forudsige, hvor meget vand der ville gå tabt i disse processer - og det viste sig at være mindre end 10% af det samlede antal.

Jordens vand

Men hvordan hænger alt dette sammen med Jordens vand? Forskerne spekulerer i, at efter kornenes optagelse af vand fra den protoplanetariske skive, mineralerne aggregerede og klæbede sammen for at danne småsten og til sidst større kroppe såsom asteroider.

Hvis denne mekanisme virkede for asteroider, det kunne også gælde for Jorden – måske kom dets oprindelige vand fra disse mineraler, der kom sammen for at hjælpe med at danne Jorden. Mens vand gik tabt under Jordens tidlige historie, det blev tilføjet igen under kollisioner af de talrige S-type asteroider - som antydet af ligheden i hydrogen isotopsammensætning mellem Jorden og Itokawa.

Dette friske blik på et gammelt problem – oprindelsen af ​​Jordens vand – har frembragt en overraskende konklusion, en, der antyder, at en stor bestand af asteroider i det indre solsystem kan indeholde meget mere vand, end man havde forestillet sig.

Så mens der er vand overalt i solsystemet, det faktum, at det er gemt væk inde i mineraler, gør, at der ikke altid er en dråbe at drikke.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.