Žemės gelmių vanduo gali pakeisti mūsų supratimą apie gyvybę
Kvestionuojama iki šiol priimta Žemės gelmių vandens kilmės versija, ir tai atveria galimybę esminiam lūžiui mūsų supratime apie gyvybės pradžią planetoje. Vis daugiau dėmesio skiriama tam, kas vyksta Žemės viduje, nes kiekviena nauja detalė gali tapti užuomina į didesnį pasakojimą apie mūsų kilmę.
Mokslininkai gilinasi į procesus, vykusius ankstyvoje Žemės istorijoje, ir būtent šis žvilgsnis į planetos vidų sukėlė tikrą geologų paniką. Nauji duomenys pateikia elementų, kurie gali pakeisti tai, ką laikėme savaime suprantamu dalyku. Vandens, gyvybei būtino elemento, kilmė Žemės gelmėse gali būti visai kitokia, nei manyta iki šiol.
Geologai panikuoja
Geologų reakcija rodo, kad kalbama ne apie smulkmeną, o apie atradimą, galintį sujaukti nusistovėjusias teorijas. Tai verčia iš naujo įvertinti daugelį detalių, kurios ilgą laiką buvo priimtos be didesnių abejonių.
Šis atradimas žada daugiau nei vieną netikėtą staigmeną ir leidžia iš naujo pažvelgti į mūsų planetą. Iki šiol nežinoti Žemės sandaros ir istorijos aspektai ima ryškėti, o tai gali atnešti naują požiūrį į tai, kaip formavosi gyvybei palankios sąlygos.
Vanduo, be kurio neįmanoma gyvybė, tampa pagrindiniu šios istorijos veikėju. Jo kilmė ir pasiskirstymas Žemės viduje gali būti raktas, leidžiantis judėti pirmyn aiškinantis, kaip susiformavo mūsų planeta ir kodėl ji tapo tokia, kokią ją žinome šiandien. Šis atradimas potencialiai gali pakeisti viską.
Abejonės dėl Žemės gelmių vandens kilmės
Dabar abejojama, kad Žemės gelmių vanduo yra iš tokio šaltinio, kokį mokslininkai įsivaizdavo iki šiol. Vietoje ankstesnių paaiškinimų atsiranda nauja kryptis, kuri gali tapti esminiu lūžiu mūsų supratime apie ankstyvąją Žemę.
Neseniai žurnale Nature publikuotame straipsnyje primenama, kad ilgą laiką buvo spėliojama: Žemės branduolys gali būti didžiausias vandenilio (H) rezervuaras planetoje. Tačiau dabartiniai bandymai įvertinti vandenilio kiekį branduolyje susiduria su didelėmis neapibrėžtimis, nes labai sunku tiksliai išmatuoti H itin ekstremaliomis sąlygomis.
Straipsnyje aprašoma, kad buvo atlikti superkaitraus metalo ir silikato, prisotinto vandenilio, pasiskirstymo eksperimentai, naudojant lazeriu kaitinamas deimantinio priekalo ląsteles. Šiuos bandymus mokslininkai derino su atominės zondinės tomografijos metodais. Tiesiogiai stebėtos vandenilio turtingos nano-struktūros, kurių sudėtyje gausu silicio ir deguonies geležies lydinyje. Tai rodo, kad Žemės branduolyje formavimosi metu buvo kartu „įkalinti“ silicis, deguonis ir vandenilis.
Atsižvelgiant į tai, kad stebima molinė Si/H santykio reikšmė yra artima vienetui, apskaičiuota, jog Žemės branduolyje gali būti apie 0,07–0,36 % vandenilio pagal masę. Tai būtų ekvivalentu 9–45 Žemės vandenynų vandens kiekiui. Tokia milžiniška suma reikštų, kad Žemė didžiąją dalį savo vandens gavo pagrindinėse akrecijos – ankstyvojo Žemės augimo – stadijose, o ne vėlyvuoju laikotarpiu per kometų smūgius.
Toliau tame pačiame Nature straipsnyje primenama, kad vandenilis yra gausiausias elementas Saulės sistemoje, tačiau kosmo-chemiškai Žemė laikoma „sausa“, lyginant su anglingosiomis CI chondritinėmis meteoritų uolienomis pagal vandenilio koncentraciją. Nors apie 71 % Žemės paviršiaus dengia vandenynai, sudaryti daugiausia iš H, ilgai manyta, kad didžioji dalis Žemės vandenilio buvo sukaupta branduolyje nuo pat planetos susiformavimo prieš maždaug 4,5 mlrd. metų.
Remiantis aukšto slėgio metalo ir silikato pasiskirstymo eksperimentais bei skaičiavimais, kurie imituoja branduolio ir mantijos vandenilio pasidalijimą giliose magmos vandenynų sąlygose, vandenilio kiekio branduolyje įverčiai iki šiol buvo labai netikslūs. Jie svyravo net keturiais dydžio eilės laipsniais – nuo 10 iki 10 000 dalių milijonui pagal masę. Didžiausia problema ta, kad dauguma aukšto slėgio eksperimentinių duomenų apie vandenilio matavimą buvo netiesioginiai: H kiekis buvo spėjamas iš kristalinio tinklelio plėtimosi, kurį sukelia vandenilis. Išimtis – tik žemesnio slėgio duomenys iki 20 GPa, kurie be papildomų prielaidų tinka tik Marso dydžio (apie 10 % Žemės masės) planetoms.
Kadangi, manoma, Žemės branduolio ir mantijos diferenciacija vyko Žemės magmos vandenynuose esant iki 70 GPa slėgiui, tiesioginis vandenilio kiekybinis įvertinimas tokiomis sąlygomis yra būtinas. Tik taip galima tiksliai nustatyti, kas nutiko vandeniliui ankstyviausiais Žemės evoliucijos etapais ir kaip iš tikrųjų susiformavo mūsų planetos vandens atsargos.
| Elementas / etapasElementas / etapas | Kam tai reikalinga (praktikoje) |
|---|---|
| Vandenilis Žemės branduolyje | Padeda įvertinti, kiek vandens gali būti „paslėpta“ planetos gelmėse |
| Deimantinio priekalo ląstelių eksperimentai | Leidžia atkurti itin aukšto slėgio sąlygas, panašias į Žemės vidaus |
| Atominė zondinė tomografija | Suteikia galimybę tiesiogiai pamatyti vandenilio pasiskirstymą nano-struktūrose |
| Si/O/H „įkalinimas“ branduolyje | Rodo, kad branduolys gali būti didžiulis vandenilio ir netiesiogiai vandens rezervuaras |
| 9–45 „vandenynų“ ekvivalentas | Keičia ankstesnę idėją, kad vanduo atėjo daugiausia su kometomis vėlyvuoju laikotarpiu |
Naujas žvilgsnis į Žemės vidų
Vėl grįžtama prie idėjos, kad Žemės vidus gali atskleisti mums dar ne vieną netikėtą paslaptį. Geologų panika čia yra ženklas, jog atradimas yra pakankamai reikšmingas, kad priverstų permąstyti daugelį iki šiol galiojusių schemų.
Keičiasi tendencija: tai, ką laikėme išspręstu klausimu apie vandens kilmę, gali pasirodyti buvus tik daliniu paaiškinimu. Žemės gelmių vandens šaltinis gali būti visiškai kitur, nei buvo manyta. Jei didžioji dalis vandens susijusi su ankstyvosiomis akrecijos stadijomis ir milžinišku vandenilio kiekiu branduolyje, tuomet mūsų supratimas apie tai, kaip ir kada Žemė tapo „mėlynąja planeta“, turi būti perrašytas.
Vandens kilmės klausimas iš teorinės diskusijos virsta pagrindine moksline intriga, galinčia paaiškinti ne tik Žemės, bet ir kitų uolinių planetų likimą.
