أصل الماء على الأرض هو لغز كبير، لكننا قد نكون وجدنا جزءًا من الأحجية

لو لم يكن لدى الأرض ماء، فلما كان لها حياة . لكن الكيفية بالضبط لنشوء المياه على هذا الكوكب كانت دائماً لغزا دائمًا.

لدى الماء قصة أصل، ولم يتوافق العلماء أبدًا على هذه القصة.

في بحث جديد نشر في مجلة الأبحاث الجيوفيزيائية: الكواكب، يقترح باحثون في جامعة ولاية أريزونا أن المياه على الأرض نشأت من مواد جلبتها الكويكبات، بمساعدة بعض الغاز المتبقي المنتشر بعد تكوين الشمس.

وهذا بالتأكيد بعيد عن المرة الأولى التي اقترح فيها الناس الماء كما نعرفه (ونشربه) له أصل من خارج الأرض.

تاريخيا، كان أسهل تفسير هو أن كل مياه الأرض جاءت من الكويكبات التي أثرت على الأرض خلال الأيام الأولى من عمرها البالغ 4.6 مليار سنة. لماذا؟

تشترك المياه الأرضية في نفس الخصائص الكيميائية مع الماء الموجود في الكويكبات، وتحديدًا نسبة الديوتيريوم (نظير الهيدروجين الثقيل) إلى الهيدروجين العادي. وقد أظهرت التجارب السابقة أنه على الرغم من كل الحرارة والطاقة التي خلقتها هذه التصادمات القوية، كان من الممكن الحفاظ على هذه المياه لأنها وجدت نفسها على الكوكب.

ومع ذلك، فإن هذه النظريات لم تكن كافية بما يكفي لملء بعض النقاط العمياء الأخرى التي لدينا حول أصل الماء. إن الهيدروجين الموجود في محيطات الأرض ليس بالضرورة نفس نوع الهيدروجين الموجود في بقية أنحاء الكوكب، فالعينات التي يتم جمعها بالقرب من قلب الأرض تمتلك كميات منخفضة للغاية من الديوتريوم، مما يشير إلى أن هذا الهيدروجين لم يأت من تأثيرات الكويكبات.

يقول ستيفن ديش، الباحث في ولاية أريزونا ومؤلف مشارك للدراسة الجديدة: “في حين أن الكثير من النماذج تقول أنه من المحتمل أن يكون للأرض هيدروجين في نواتها، إلا أن أيا منها لم يفسر كم من شأن هذا أن يحول نسب نظائر الهيدروجين [الديتريوم مقابل الهيدروجين] في ‘طبقة وشاح الأرض”.

“يجب أن تكون الأرض قد بدأت بمصدر إضافي للهيدروجين يحتوي على كمية أقل من الديوتريوم إلى الهيدروجين من الكويكبات. المصدر الوحيد الممكن هو غاز السديم الشمسي.

“بدأ الفريق بأخذ هذه الفكرة بجدية أكبر، بفضل الأبحاث التي أجريت في السنوات الأخيرة والتي بدأت في توضيح كيفية تعايش أجسام الكواكب الأولية مع غاز السديم الشمسي (الذي كان يعتقد في السابق أنه يختفي قبل أن يبدأ تشكيل الكواكب)، وخلق المزيد من الفرص للهيدروجين لدمج نفسه في أجزاء أعمق من الكوكب المتنامي.

في نهاية المطاف، استخدم الباحثون الإطار الجديد الذي طوروه للوقوف على السيناريو الأكثر احتمالا لتاريخ الماء في الأرض: بدأت الكويكبات التي تحمل أكوامًا من الماء تتجمع مع بعضها البعض قبل مليارات السنين بينما كانت الشمس تحتفظ بسديم شمسي.

لقد خلقت تلك الكويكبات ما يمكن أن نطلق عليه أجنة كوكبية، تصادمات واندماجات، وفي النهاية تحطمها مع طاقة كافية لتشكيل طبقة من الرواسب خارج الجنين.

في الوقت نفسه، بدأ غاز السديم الشمسي، والذي يتضمن الهيدروجين والعناصر النبيلة الأخرى، بالتفاعل مع الصهارة لخلق الغلاف الجوي. هيدروجين من السديم الشمسي ذاب في حديد طبقة الرواسب.

عملية كيميائية تسمى التجزؤ النظائري سحبت الهيدروجين الطبيعي نحو نواة الجنين، في حين أن الديوتريوم الأثقل (وأكثر ندرة) بقي في الوشاح. أثرت أجنة أصغر مصنوعة من كويكبات أخرى مملوءة بالماء اصطدمت بجنين الأرض المتنامي حتى وجد النظام الشمسي نفسه أخيراً مع الأرض كاملة الحجم التي نعرفها ونحبها والتي تعج بالماء.

يؤكد ذلك التاريخ أن معظم مياه الأرض تأتي من الكويكبات، لكنه يوضح أيضًا أن كمية ضئيلة – 0.1 إلى 0.2٪ – من المحيطات على الكوكب تم تشكيلها بواسطة الهيدروجين الذي جاء من غاز السديم الشمسي.

بالإضافة إلى ذلك، استخدم الباحثون هذا النموذج للتنبؤ بأن لدى الأرض كمية كافية من الهيدروجين لتكوين حوالي ثماني محيطات من الماء: واحد مقيم على السطح، واثنان من الهيدروجين مقيمين في الوشاح، وما يكفي من الهيدروجين لخمسة محيطات تقيم في نواة الأرض.

في النهاية، فإن أكبر قيود على هذه النتائج هو أننا نعمل مع نماذج. لا توجد طريقة حقيقية لإثبات أن أيًا من هذا حدث فعلا.

ومع ذلك، هناك بعض الأشياء التي يمكن للعلماء القيام بها لاختبار بعض الاحتمالات التي تعرضها هذه النظرية الجديدة. ليس لدينا أي فكرة عما يبدو عليه تجزئة النظائر في هذا النوع من الأعماق والضغوط التي كان يمكن العثور عليها في جنين الأرض المبكر، لكن الفريق يخطط للمضي قدمًا بالتجارب المعملية التي يمكن أن تميز هذه العملية بتفصيل أكبر حتى يمكن للنموذج أن يكون أفضل في عكس ما حدث في حينها.

ويتطلع الفريق أيضًا إلى جمع وتحليل المزيد من عينات الوشاح التي تُظْهِر نسبًا منخفضة جدًا من الديوتريوم إلى الهيدروجين، مما يضيف المزيد من الدعم لقصة الأصل هذه.

بغض النظر عن الأرض، فإن أكبر الآثار المترتبة على النظرية الجديدة تتعلق بالسكن على عوالم أخرى.

يقول ديش: “حتى الكواكب التي تتشكل بعيدًا عن مصادر الكويكبات الغنية بالمياه قد تكون لديها مياه”.

“ليس بقدر الأرض، ربما، ولكن هناك احتمالية تقدر بحوالي 0.1 إلى 0.2 لمحيطات من الهيدروجين،” ينطبق على الزهرة والكثير من الكواكب الخارجية الأخرى.

“إلى المدى الذي يتم فيه التحقق من النموذج، فإنه يدعم بقوة فكرة النمو الكوكبي السريع”، ويخلق الإثارة حول إمكانية تشكل العوالم الصالحة للسكن بشكل أسرع مما نعتقد.

“هذا يغير الكثير من فهمنا للكواكب.”

يعتقد ديفيد ب. أوبراين، الباحث في معهد علوم الكواكب في توكسون، أريزونا، الذي لم يشارك في الدراسة، أن النموذج الجديد مثير للاهتمام لدمج العديد من الآليات المختلفة لنشوء لمياه. “معظم النماذج في الماضي نظرت إلى هذه الآليات المختلفة في عزلة، في محاولة لإظهار كيف يمكن أن تفسر كل منها بشكل فردي كل مياه الأرض”، كما يقول.

“هذه الدراسة الجديدة تنظر إليهم معا، وتبين أنهم على الأرجح معاً في العملية … والنتيجة النهائية تتسق مع قيم الديوتريوم إلى الهيدروجين المقيدة ومقدار الغازات النبيلة على الأرض”. بينما النموذج الجديد لا ينضب تماما ما اعتقدنا أننا نعرفه عن أصل المياه على الأرض، يجد أوبراين أنه دليل جيد على أن هذه الأنواع من العمليات معقدة ومتعددة الأوجه.

على أقل تقدير، تعتبر الورقة الجديدة بمثابة تذكير جيد بوجود مجموعة من الصخور في الفضاء والتي قد تكون موطنًا للمياه.

ترجمة: محمد جواد

المصادر: 1