Zemes okeānu izcelsmes noslēpums
Publicēts: 11.12.2014
Viena no vadošajām Zemes izcelsmes hipotēzēm vēsta, ka pēc izveidošanās pirms aptuveni 4,6 miljardiem gadu mūsu planēta ir bijusi tik karsta, ka ūdens, kas tur varēja atrasties, iztvaikoja. Toties mūsdienās ir acīmredzams, ka ūdens uz Zemes ir visai daudz. Aptuveni 2/3 virsmas klāj šis dzīvības šķidrums. No kurienes tad tas radies? Kā tas nokļuvis uz Zemes?
Viens no ļoti loģiskiem avotiem šķiet komētas, jo tajās ir daudz ūdens. Tāpēc komētas tiek aktīvi pētītas, lai rastu skaidrību šajā jautājumā. Eiropas Kosmosa aģentūras (EKA) misija Rosetta nav izņēmums. Čurjumova-Gerasimenko (67P) komētas ūdens izpēte ir viens no šīs misijas pamatuzdevumiem. Izrādās, ka Rosetta komētas ūdens būtiski atšķiras no tā, kas atrodams uz Zemes. Kā jau nojaušat, šis atradums nepalīdz atbildēt uz jautājumu - "no kurienes radies ūdens uz Zemes".
Ūdens izcelsmes noteikšanai izmanto deitērija un normālā ūdeņraža proporcijas. Deitērijs ir ūdeņradis, kuram ir papildus neitrons. Šīs attiecības ir svarīgs indiktors, jo teorētiskās simulācijas liecina, ka deitērija un normālā ūdeņraža daudzums mainās atkarībā no attāluma no Saules, kā arī no laika perioda pēc Saules sistēmas izveidošanās.
Salīdzinot šīs proporcijas dažādos Saules sistēmas objektos ar to attiecību, kāda atrodama Zemes okeānos, iesējams identificēt tos objektus vai objektu grupu, kura varēja kalpot kā ūdens avots pēc tam, kad planēta jau bija atdzisusi.
Komētas ir unikāls veids, kā ielūkoties Saules sistēmas pirmsākumos, jo tajās atrodams pēc planētu veidošanās atlikušais protoplanetārā diska materiāls. Tā kā komētas varēja veidoties dažādos attālumos no Saules, to sasāvs atspoguļo konkrētā reģiona apstākļus. Tomēr viss nav tik vienkārši, jo Saules sistēmas pirmsākumos objekti aktīvi pārvietojās.
Gara perioda komētas sākotnēji veidojās Urāna-Neptūna apvidū, kur jau ir pietiekami auksts. Milzu planētu gravitācijas mijiedarbības rezultātā šīs komētas ir izmestas Oorta mākonī, no kura tās reizēm ieceļo Saules sistēmas centrālajos reģionos.
Savukārt Jupitera saimes komētas, tādas kā tā, ap kuru riņķo Rosetta, veidojās Koipera joslā aiz Neptūna orbītas. Vēlāk tās nonāk tuvāk Saulei un Jupiteram, kur šo komētu orbītas turpmāk kontrolē Jupiters.
Čurjumova-Gerasimenko komēta vistuvāk Saulei atrodas starp Marsa un Zemes orbītām, bet vistālākajā punktā nedaudz tālāk par Jupiteru. Vienu reizi apkārt Saulei komēta aplido 6,5 gadu laikā.
Agrākie deitērija/ūdeņraža (D/H) mērījumi komētu gadījumā liecināja par lielu dažādību. No 11 pētītajām komētām tikai Hartley 2 (103P), kas ir Jupitera saimes komēta, D/H proporcijas sakrīt ar šo elementu proporciju Zemes okeānos.
Interesanti, ka arī meteorītos, kuru izcelsme meklējama asteroīdu joslā, D/H attiecība sakrīt ar Zemes ūdeņos konstatēto. Lai arī šajos akmeņos ūdens ir daudz mazākā apjomā nekā komētās, pietiekami liels asteroīdu skaits spētu sagādāt nepieciešamo ūdens daudzumu.
Savukārt Rosetta komētā konstatētā D/H attiecība vairāk nekā trīs reizes pārsniedz Zemes okeānos un uz otras Jupitera saimes komētas - Hartley 2 - reģistrēto. Tā pat ir lielāka nekā Oorta mākoņa komētās nomērītie dati.
"Šis pārsteidzošais atklājums varētu norādīt uz dažādo Jupitera saimes komētu izcelsmi, iespējams tās veidojušās daudz plašākā apgabalā nekā mēs domājām agrāk," teica Katrīna Altvega. "Mūsu atklājums ir pretrunā ar ideju, ka Jupitera saimes komētās esošais ūdens ir tāds pats kā okeānos uz Zemes, kā arī nostiprina hipotēzi, ka Zemes okeānu galvenais izcelsmes avots tomēr ir asteroīdi."
ESA
Komentāri
Andis tieši 13.12.2014 domāja šādi:
Nesaprotu, kāpēc D/H attiecība tiek uzskatīta par pierādījumu vienai vai otrai hipotēzei. Vai tad D/H attiecībai uz objekta, kas pirms miljoniem vai miljardiem gadu atnesa ūdeni uz Zemes būtu jābūt tādai pašai, kā ūdenim uz Zemes šodien? D/H attiecība Zemes ūdenim nevarēja mainīties laika gaitā?
Nelabojams tieši 14.12.2014 domāja šādi:
"Planetāros" apstākļos nav mehānisma, kas varētu proporciju izmainīt. Starpplanētu/starpzvaigžņu vidē magnētiskie lauki un gāzu pretestība strādā kā dabisks masspektrometrs, kas bagātina ūdeņradi ar D vai arī otrādi.
Andis tieši 14.12.2014 domāja šādi:
Labi, pat ja tāda mehanisma nav, ūdeni varēja atnest vairaki objekti ar dažādām D/H attiecībām un šobrīd uz Zemes ir vidējā attiecība.
Nelabojams tieši 14.12.2014 domāja šādi:
Veselīgs skepticisms :) tādi jautājumi bīda zinātni.
Taču es nau tik kontinents dotajā tēmā sīkāk atbildēt; domāju, ka zinātniskajos rakstos noteikti var atrast pamatojumu. Vai neatrast :D
Jupis tieši 15.12.2014 domāja šādi:
Andis - protams, ka Zemes ūdenim ir kaut kāda vidējā D/H attiecība, taču kāds no avotiem (komētas, asteroīdi, protoplanētas-oligarhi...) bija noteicošais - par to arī šobrīd notiek diskusijas. Ja komētu D/H ir būtiski augstāks, tad tās droši vien nav galvenais Zemes H2O avots. Protams, arī Zemes D/H var būt mainījies, jo H ir divreiz vieglāks. Taču Zemes gravitācija ir pietiekoši liela un temperatūra pārāk zema, lai liels daudzums ūdeņraža būtu aizplūdis kosmosā - kā tas ir noticis ar Venēru un Marsu.
Nelabojams - pirmkārt, ūdeņradī D ir tik, cik ir, un tur nekādi starpplanētu lauki nevar neko mainīt. Mainās tikai D proporcija ūdenī (t.i., H2O:HDO:D2O attiecība) un citās molekulās.
Otrkārt, magn. laukiem, gāzu pretestībai un masspektrometram ar šīm izmaiņām nav nekāda sakara. D/H molekulās maina tas, ka atšķiras reakciju ātrums kādai citai molekulai reaģējot ar H vai ar D, t.i., izotopi vienādos apstākļos (reakcijās) neuzvedas identiski. D ir smagāks un ar atšķirīgu atoma kodola spinu, kas maina tā spējas mijiedarboties ar citām molekulām un joniem.
Nelabojams tieši 15.12.2014 domāja šādi:
Tnx par izskaidrojumu.
Tomēr - dažādas masas molekulas difundē un magnētiskajā laukā bremzējas/paātrinās ar dažādu ātrumu, tādēļ nedomāju, ka manis minētie efekti būtu pilnībā izslēdzami. Tie noteikti veicina D koncentrācijas pārdalīšanos dažādos telpas apgabalos atkarībā no vides blīvuma un magnētisko lauku intensitātes/gradienta. Vienīgi, varbūt tas efekts ir salīdzinoši niecīgs, salīdzinot ar Tevis minētajiem; nestrīdos.