بارانی را تصور کنید که پوست شما را خیس نمی‌کند، اما شیمی یک سیاره کامل را دگرگون می‌سازد. هرچند عجیب به نظر می‌رسد، پژوهش‌های آزمایشگاهی تازه نشان می‌دهد ذرات سنگی بسیار ریز که از میان جوی داغ و سرشار از هیدروژن فرو می‌افتادند، ممکن است بخش بزرگی از آب زمین را هنگام شکل‌گیری سیاره پدید آورده باشند.
سوسمیتا گارای، پژوهشگر دوره تحصیلات تکمیلی، به همراه زکری شارپ و پیتر اولسون از دانشگاه نیومکزیکو تصمیم گرفتند ایده‌ای ساده اما جسورانه را آزمایش کنند: آیا سنگ‌های سیلیکاتیِ حاوی آهن، وقتی تا دمای مذاب گرم شوند و در معرض هیدروژن قرار گیرند، می‌توانند اکسیژنِ پیوندخورده خود را به آب تبدیل کنند؟ برای شبیه‌سازی محیط خشن رشد سیارات در آغاز منظومه شمسی، آن‌ها نمونه‌های سیلیکاتی را تا حدود ۱۲۰۰ تا ۱۴۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم کردند و آن‌ها را برای بازه‌هایی از ۱۵ دقیقه تا سه ساعت در این شرایط نگه داشتند. در برخی آزمایش‌ها، هیدروژن از روی سنگ مذاب عبور داده شد و در برخی دیگر، هلیوم به عنوان نمونه کنترل به کار رفت.
نتیجه، شیمی‌ای شگفت‌انگیز و بسیار سریع بود. در حضور هیدروژن، بخش زیادی از اکسید آهن موجود در نمونه‌ها به آهن فلزی کاهش یافت و بخار آب به عنوان محصول جانبی پدیدار شد. در واقع، در آزمایش‌های هیدروژنی نزدیک به ۸۰ درصد اکسید آهن به فلز تبدیل شد، در حالی که آزمایش‌های هلیومی واکنش مشابهی نشان ندادند. نکته کلیدی این بود که هیدروژن اتم‌های اکسیژن را از کانی‌های آهن‌دار می‌ربود، آهن عنصری را باقی می‌گذاشت و H2O را در گاز پیرامون آزاد می‌کرد.
دستگاه آزمایشگاهی برای گرم‌کردن نمونه‌های سنگ سیلیکاتی.
این تصویر بسیار زنده است: ریگ‌ها، یعنی قطعاتی از سنگ در اندازه دانه، از درون جوی سوزان فرو می‌روند، هنگام ذوب شدن اکسیژن آزاد می‌کنند و در همین فرایند بخار می‌سازند. اگر زمینِ نوزاد هنگام رشد خود پوششی چشمگیر از هیدروژن به دست آورده باشد، این موادِ در حال سقوط دقیقا در معرض شرایطی قرار می‌گرفتند که برای پیش رفتن چنین شیمی‌ای لازم بود.
اما چرا این موضوع برای پرسش منشأ آب زمین اهمیت دارد؟ برای دهه‌ها، توضیح‌های غالب به مهمانان یخی اشاره کرده‌اند: برخورد دنباله‌دارها یا شهاب‌سنگ‌های آب‌دار که آب را از نواحی سرد و دوردست منظومه شمسی به زمین رسانده‌اند. با این حال، این روایت‌ها با چالش‌هایی روبه‌رو هستند، از جمله سازگار کردن آن‌ها با اثر انگشت شیمیایی دقیق زمین. سازوکار باران سنگ‌ریزه‌ها بخشی از این دشواری‌ها را دور می‌زند، زیرا آب را در همان محل و در جریان برافزایش سیاره تولید می‌کند و نیازی به تحویل از فاصله‌های دور ندارد.
نتایج آزمایش. تصویر سمت چپ آهن مذاب را در مذاب سیلیکاتی نشان می‌دهد. تصویر سمت راست بلورهای آهن جامد را در مذاب سیلیکاتی نمایش می‌دهد.
وقتی پژوهشگران نرخ‌های آزمایشگاهی خود را به سناریوهای واقع‌بینانه برافزایش سنگ‌ریزه‌ای تعمیم دادند، اعداد به‌طرزی شگفت‌آور بزرگ شدند. محاسبات آن‌ها نشان می‌دهد این شیمی کاهشی می‌تواند به‌طور محتمل مقدارهایی از آب معادل صدها اقیانوس زمینی تولید کند. این بدان معنا نیست که ثابت شده همه اقیانوس‌ها از سنگ‌ریزه‌ها آمده‌اند. اما مسیر تازه‌ای را باز می‌کند که می‌توانسته سهم چشمگیری در پیدایش آب‌سپهر سیاره ما داشته باشد.
این پژوهش نشان می‌دهد هر جهان هم‌اندازه زمین که هنگام شکل‌گیری، جوی داغ و غنی از هیدروژن داشته باشد، می‌تواند به‌طور طبیعی آب خود را بسازد. پیامد این یافته فراتر از زمین می‌رود: اگر برافزایش سنگ‌ریزه‌ای و پوشش‌های هیدروژنی در فرایند تشکیل سیارات رایج باشند، جهان‌های آب‌دار ممکن است بسیار بیش از آنچه تصور می‌کردیم فراوان باشند.
تصویرسازی تولیدشده با هوش مصنوعی از باران سنگ‌ریزه‌ها.
البته محدودیت‌هایی هم وجود دارد. خود ایده برافزایش سنگ‌ریزه‌ای افزوده‌ای نسبتا تازه به نظریه تشکیل سیارات است و هنوز به‌طور فعال محل بحث است. چه تعداد از سنگ‌ریزه‌ها واقعا می‌توانند از میان جوی ضخیم عبور کنند و سالم بمانند؟ یک سیاره در حال رشد چه مقدار هیدروژن را می‌تواند نگه دارد و برای چه مدت؟ تبدیل نرخ‌های واکنش آزمایشگاهی به ذخایر جهانی در مقیاس سیاره‌ای، به فرض‌های بسیاری وابسته است. برای مشخص شدن اینکه چه مقدار از اقیانوس‌های زمین، اگر اصلا سهمی داشته باشند، از این مسیر پدید آمده‌اند، به آزمایش‌ها و مدل‌سازی‌های بیشتری نیاز است.
با این حال، فراموش کردن این تصویر آسان نیست: آسمانی دوزخی و گداخته، سنگ‌هایی که می‌بارند و در میان آن درخشش، نخستین ستون‌های بخار از جهانی نوزاد برمی‌خیزند. این دیدگاه، پنجره‌ای متفاوت به زیست‌پذیری می‌گشاید؛ جایی که شیمی و خشونتِ فرایند شکل‌گیری دست به دست هم می‌دهند تا یکی از آشناترین مواد لازم برای حیات ساخته شود: آب.
.avif)
نظر بگذارید
نظرات
هنوز نظری ثبت نشده. اولین نفر باشید.