2014.09.30. - A földi víz idősebb a Napnál

A földi élet létrejöttében és fejlődésében alapvető szerepet játszó víz egy része egy új kutatási eredmény szerint jég formájában került a csillagközi térből a Naprendszerünk területére, még annak kialakulása előtt.

A víz döntő szerepet játszott a földi élet kifejlődésében és a jelenlétét más bolygók esetében is elengedhetetlennek gondoljuk, ha az élet lehetőségének valószínűségét becsüljük. A földi víz eredetének tisztázása alapvető fontosságú annak megértésében, hogy az élet bölcsői miként alakultak ki és a szükséges feltételek milyen valószínűséggel találhatók meg más égitesteken. Új munkájukban Conel Alexander (Carnegie Institution) és kollégái azt állítják, hogy a Naprendszerben jelen lévő víz nagy része olyan jégből származik, amely az intersztelláris térben keletkezett, még csillagunk és bolygórendszerünk születése és formálódása előtt.

A Naprendszerben a víz sok helyütt megtalálható, nem csak a Földön: A jeges üstökösökön és holdakon, a Merkúr árnyékos medencéiben, de a Holdról és a Marsról származó meteoritek ásványi mintáiban is kimutatták a jelenlétét. Különösen érdekesek az üstökösök és a kisbolygók, amelyek egyfajta "időkapszulaként" őrzik az ősi Naprendszerben uralkodó feltételek nyomait. A bennük lévő jég nyújthat információt arról a még ősibb jégről, ami a Napot a születése után körülvette, és amelynek eredete mostanáig tisztázatlan volt.

A fiatal Napot egy protoplanetáris korong, az ún. szoláris köd övezte, amelyből a bolygók is kialakultak. Nem volt azonban világos, hogy az ebben található jég ugyanabból az intersztelláris molekulafelhőből származott-e, amelyből csillagunk is létrejött vagy ez a csillagközi víz megsemmisült és a szoláris ködben zajló kémiai reakciók eredményeként újra formálódott. Alexander magyarázata szerint ezen kérdések megválaszolása azért rendkívül fontos, mert ha a korai Naprendszerben lévő víz alapvetően a csillagközi térből származó jégből eredeztethető, akkor valószínű, hogy hasonló eredetű, probiotikus szerves anyagot tartalmazó jég található más, formálódó csillagok körüli protoplanetáris korongokban is. Ha azonban az ősi Naprendszer vize helyi kémiai reakciók eredménye, akkor a formálódó bolygórendszerek víztartalma jelentősen eltérhet egymástól, ami viszont bonyolítja az élet lehetőségének problémáját.

Az illusztráció a Naprendszerben található vizet mutatja a különböző fejlődési szakaszokban, a Nap születése előtti időktől a bolygók kialakulásának időszakáig.
[Bill Saxton, NSF/AUI/NRAO]

A naprendszerbeli jég történetét kutató csoport, amelynek vezetője L. Ilsedore Cleeves (University of Michigan), a hidrogénre és izotópjára, a deutériumra fókuszált. Az izotópok az eltérő neutronszám miatt eltérő tömegűek, így a kémiai reakciókban másként viselkednek. A Földön a vízmolekulák túlnyomó részében az oxigén mellett két hidrogénatom található, de léteznek olyanok is, ahol a hidrogént deutérium helyettesíti (nehézvíz). A kétfajta vízmolekula aránya információt hordoz arról, hogy a molekulák milyen körülmények között alakultak ki. Az intersztelláris vízjégben a formálódáskori alacsony hőmérséklet miatt a deutériumos vízmolekulák aránya jóval magasabb, mint a földi arány. Eddig nem volt ismert, hogy a deutériumtöbbletnek hányad része tűnt el a Nap születése során zajló kémiai folyamatoknak köszönhetően, illetve mennyi nehézvizet termelt a korai Naprendszer maga.

Cleeves és munkatársai a probléma megoldása érdekében egy olyan protoplanetáris korong modelljét tanulmányozták, amelyben a kémiai reakciók következtében már a csillagközi jégből származó összes deutérium eltűnt, így azt vizsgálhatták, hogy a rendszer "nulláról" indulva mennyi deutériumos jeget állít elő egy 1 millió éves időszak alatt. Arra voltak kíváncsiak, hogy reprodukálható-e az a deutérium/hidrogén arány, ami a meteoritikus mintákban, a földi óceánokban és az üstökösökben mérhető. Mivel a modellben ezeket az arányokat nem sikerült előállítaniuk, azt a következtetést vonták le, hogy a Naprendszerben található víz legalább egy része intersztelláris eredetű, még a Nap születése előtti időkből.

Alexander összegzése szerint tehát a naprendszerbeli víz jelentős része idősebb, mint a Nap, ami azt jelzi, hogy a szerves anyagokban gazdag intersztelláris jég valószínűleg minden fiatal bolygórendszerben megtalálható.

Az eredményeket részletező szakcikk a Science magazinban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2014.09.25.