Erken Dünya’daki kimyasal reaksiyonlar okyanusu oluşturmuş olabilir.

Su, Dünya’yı olduğu gibi yaptı: mavi okyanuslarıyla tanınan bir gezegen. Su, Dünya’yı erozyon yoluyla oluşturur ve Dünya’nın yaşamı destekleme yeteneği için gereklidir. Ancak Dünya’nın tüm bu kadar suyla nasıl bittiğini anlamak zor, çünkü onu oluşturan yapı taşları muhtemelen kurudu ve bu yapı taşlarını bir gezegene dönüştüren çarpışmalar herhangi bir yüzey suyunu uzaya itmiş olmalıydı. .

Suyu oluştuktan sonra Dünya’ya getirmenin birkaç yolu önerilmiştir. Ancak yeni bir çalışma, ötegezegenlerin incelenmesinden elde edilen bilgileri alır ve bunları Dünya’ya uygular. Sonuçlar, Dünya’nın oluşumu sırasında gerçekleşecek olan kimyasal reaksiyonların, dünya okyanuslarını doldurmaya yetecek kadar su üreteceğini gösteriyor. Ek bir fayda olarak, model Dünya’nın çekirdeğinin biraz garip yoğunluğunu açıklıyor.

su geçirmez

Dünya, öncelikle iç güneş sisteminde bulunan malzemelerden yapılmış gibi görünüyor. O malzeme sadece doğru yerde değildi, aynı zamanda bölgedeki asteroitlerdeki malzeme de elementel ve izotopik bileşimleri açısından yakın bir eşleşme sağladı. Ancak bu malzeme de çok kuru. Bu sürpriz değil. Bu bölgedeki sıcaklıklar, suyun “buz hattı” olarak bilinen bir noktanın ötesinde, güneş sisteminde oluşabileceği gibi, suyun yoğuşarak katı hale gelmesini engelleyebilirdi.

Gezegen oluşum sürecinin küçük cisim çarpışmaları yoluyla meydana geldiğine inanıldığından, uzaydaki tüm su kaybolmuş olmalı ve daha küçük cisimler onlarla çarpışmaya devam ettikçe daha büyük cisimler kademeli olarak büyüyor. Bu nesnelerdeki suyun çoğu buharlaşacak ve muhtemelen uzayda kaybolacaktır.

Ancak üç araştırmacı (Edward Young, Anat Shahar ve Hilke Schlichting), güneş sisteminin oluşumu sırasında mevcut olabilecek ek bir faktöre odaklandı: hidrojen. Hidrojenin, gezegen oluşumunun erken döneminde büyük miktarlarda bulunduğuna inanılıyor, ancak daha sonra, merkezi yıldız tutuştuğunda salınan radyasyon tarafından uzaklaştırılıyor. Güneş sistemimizde, bir kısmı kaybolmadan önce dış gezegenler tarafından yakalandı. Ancak iç gezegenlerimiz, tarihlerinin başlarında çok az elementle veya hiç element olmadan oluşmuş gibi görünüyor.

Ancak dış gezegenlere bir bakış, bunun kaçınılmaz bir kader olmadığını gösteriyor. Hidrojen açısından zengin atmosferlere sahip görünmeyen birkaç süper kayalık gezegen bulduk. Ancak, Dünya’nın yarıçapının yaklaşık iki katı kadar bir boşluk var ve burada çok sayıda genç Neptün görüyoruz, görünüşe göre kalın, muhtemelen hidrojen açısından zengin bir atmosfere sahip. Bu, tüm kayalık gezegenlerin hidrojen açısından zengin ortamlarda başladığı ve ilk atmosferlerini oradan oluşturduğu önerisine yol açtı. Ancak belirli bir boyutun altında, bu hidrojen tarihlerinde daha sonra kaybolur. Bu gezegenlerde bulunan tüm atmosferler muhtemelen ikincil oluşumun sonucudur.

Bunu mantıksal sonucuna götürürsek, Dünya da hidrojen açısından zengin bir atmosferle başlamış olabilir. Bu nedenle yeni çalışmaya dahil olan araştırmacılar, bu senaryonun sonuçlarının neler olabileceğini görmeye karar verdiler.

gezegen kimyası

Bu fikri keşfetmek için araştırmacılar, esas olarak, Dünya’nın ilk bileşenlerinin çoğuyla dolu dev bir kimyasal reaktörü modellediler ve büyük bir karasal öncünün boyutuna (bugünkü Dünya’nın yarısı büyüklüğünde) genişlediler. Buna demir oksitler, sodyum, çeşitli silikatlar, karbondioksit, metan, oksijen ve daha fazlası dahildir. Bütün bunlar, hidrojen açısından zengin bir atmosfer altına yerleştirildi ve gezegenin oluşumu sırasında meydana gelen tekrarlanan çarpışmalardan magma okyanuslarını yansıtacak şekilde ısıtıldı.

Kısmen hidrojen atmosferleri ısıyı çok iyi tutma eğiliminde olduklarından (bir sera gazı görevi görebilirler), bu dönem muhtemelen on milyonlarca yıl sürdü. Bu, araştırmacıların takip ettiği 18 kimyasal reaksiyona dengeye ulaşmak için zaman ve gezegenin içindeki çeşitli malzemelerin yoğunluğa göre ayrılması için yeterli zaman verir.

Olan şeylerden biri, oksijen, silikon ve hidrojen de dahil olmak üzere birçok elementin demir çekirdeğe emilmesidir. Bunların tümü demirden daha az yoğun olduğundan, bu, çekirdeğin saf demirden daha az yoğun olmasıyla sonuçlanır – ki bu gerçek Dünya için geçerlidir.

Bazı reaksiyonlarda, hidrojenin kaynaştırılması oksijenin yer değiştirmesini içerir ve bu reaksiyonların yan ürünü sudur. Burada incelenen koşullar altında reaksiyonlar, Dünya’nın şu anki okyanuslarındakiyle aynı hacmi üretiyor. Araştırmacılar, “İç güneş sistemindeki kayalar tamamen kuru olsa bile,” diye yazdılar, H.₂ Atmosfer ve magma okyanusları bol miktarda H içerecektir.₂O. Diğer H kaynakları₂O mümkündür, ancak zorunlu değildir.

modelleme sınırları

Artı tarafta, simülasyon çok çeşitli sıcaklıklarla çalışır – burada açıklanan süreçler dengeye ulaşırken gezegeni eritmek için yeterli ısı yeterlidir. Aynı zamanda farklı boyutlarda öncüler için çalışır, ancak öncü çok küçükse başarısız olur. Bu, Mars ve Merkür’ün aşırı kuraklığına karşılık gelir. Birincil değişken, üretilen su miktarı ile sona erer; Çekirdeğe daha fazla hidrojen girerse, kolayca günümüz okyanuslarının üç katı büyüklüğünde bir su dünyası yaratabilir.

Model, başlangıç ​​koşullarındaki birçok değişikliğe karşı sağlam olsa da, erken Dünya kimyasının tam bir resmini sağlamaması nedeniyle sınırlıdır. Kükürt ve nitrojenin Dünya’nın kimyasında önemli roller oynadığını belirtmekte fayda var.

Ancak modeldeki büyük boşluk, su oluştuktan sonra ne olduğudur. Bir magma okyanusu olduğu için, güneş sistemindeki hidrojen gerçekten buharlaşırsa güneş radyasyonu ile ayrılabileceği ve kaybolabileceği atmosferde sona erer. Aynı şey, Ay’ı oluşturan dev çarpışma gibi gezegeni ısıtan herhangi bir artçı etki için de geçerli. Hâlâ yeterli hidrojen varsa, bu bir problem değildir çünkü su onu çözebilir. Araştırmacılar, su açısından zengin bir atmosferin büyük bir etkiden bile kurtulabileceğini gösteren araştırmalardan alıntı yapıyor. Son olarak, başlangıçta fazla suyun üretildiği, ancak bu işlemler sırasında Dünya’yı bugün olduğu gibi bırakmaya yetecek kadar suyun kaybolduğu durumları hayal edebilirsiniz.

Bu yüzden su üretirken koşullarda ince ayar yapmayı gerektirmez, tutabilir.

Ancak bizim dünyamızın ötesindeki dünyalar için çıkarımlar biraz daha büyük görünüyor. Bu sonuçlar, kayalık gezegenlerin oluşumu sırasında çok çeşitli başlangıç ​​koşullarının su üretmiş olması gerektiğini göstermektedir. Bu nedenle, ekzosistemlerdeki gezegenleri düşündüğümüzde, orada hiç suları olup olmayacağını sormaktansa, su kaybetmelerine neden olacak koşullar yaşayıp yaşamadıklarını sormak belki de daha sorgulanabilir.

Nature, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-05823-0 (DOI’ler Hakkında).