Voda na kometách a na Zemi není v příbuzenském vztahu

Aktualizováno 14. prosince 2014 | Rubrika: Co bychom měli vědět o vodě , Prevence povodní, voda v krajině

osel - voda na Zemi a jiných planetách

Debaty o tom, jestli jsou zásoby pozemské vody následkem četných dopadů komet v dobách pozdního intenzivního bombardování, neberou konce. Píše o tom na populárně – vědecký server osel.cz.

Po desítky let se většinový názor vědecké obce přikláněl k tomu nejpřirozenějšímu vysvětlení – na ranou Zemi mohla vodu dopravit pouze ledová těla komet. Jenže rozpor se skrýval v rozdílných izotopech vodíku, který plní naše oceány, a tím, co jsme pomocí (byť méně přesných) měření našli na površích a v atmosférách vlasatic. Teprve nyní mají vědci možnost zkoumat a analyzovat všechny potřebné ingredience těsně u kometárního jádra, což nám poskytlo daleko přesnější obraz než spektroskopické snímky z velkých vzdáleností pořizované detektory velkých pozemských observatoří.

Ten největší rozpor ohledně množství vody na Zemi souvisel s otázkou, jak se na planetě v době jejího formování před +/- 4,6 miliardami let mohly za vysokých teplot utvořit tak bohaté rezervoáry vody. O tom, že jsou opravdu bohaté, nás přesvědčí fakt, že plné dvě třetiny povrchu Země tvoří vodní hladina. Takže kde se všechna ta voda vzala, když ještě navíc mluvíme o dobách teplot tak vysokých, že by se musely veškeré tekuté zásoby vypařit? Většina vědců zastává názor, že voda byla na zemský povrch dopravena až v pozdějších dobách, a to přímo z kosmického prostoru – při četných dopadech komet a asteroidů. Zemský povrch už se stačil dostatečně ochladit, takže se na něm mohla udržet v tekuté formě. Tuto éru označujeme jako pozdní intenzivní bombardování (LHB – Late Heavy Bombardment). Odehrávat se mělo v dobách 800 milionů let po zformování Země.

Klíčovým faktorem při určení původu pozemské vody je určit poměr mezi atomy běžného vodíku a jeho druhého izotopu – deuteria. Ten obsahuje v jádře jeden proton a jeden neutron a od běžného vodíku se liší především atomovou hmotností 2,01363 u. Jde o stabilní izotop, který nepodléhá radioaktivní přeměně. V přírodě se běžně vyskytuje vedle lehkého vodíku (jehož jádro obsahuje pouze proton). V průměru připadá jeden atom deuteria na 7 000 atomů vodíku. Vzájemný poměr vodíku a deuteria je důležitým indikátorem raných fází vývoje sluneční soustavy. Teoretické simulace naznačují, že se tento poměr mění jak s narůstající vzdáleností od Slunce, tak s časem. A nejde o úkol jednoduchý, neboť vývoj naší soustavy byl proces velmi dynamický. Například dlouhoperiodické komety z Oortova oblaku se původně formovaly v oblastech oběžných drah Uranu a Neptunu, v dostatečných vzdálenostech od Slunce, kde se může voda udržet ve formě ledu. Až později se v důsledku gravitačního působení plynných obrů jejich dráhy značně protáhly.

Právě výzkum komet je pro nás zásadní, neboť jsou složeny z materiálu nepřeměněného díky dlouhodobým účinkům naší mateřské hvězdy. Jde o jakési mrazničky z dob formování zárodečného protoplanetárního disku. Pokud se nám podaří detailně určit jejich chemické složení, budeme schopni nahlédnout do dob před čtyřmi a půl miliardami let. Je zajímavé, že u některých meteoritů pocházejících z hlavního pásu asteroidů se rovněž tento poměr shoduje. Může to znamenat, že by zdrojem vody na Zemi mohly být asteroidy? Ty sice obsahují daleko méně vody než komety, ale pokud byly jejich impakty četnější, mohly by možná vodu na zemský povrch dopravit ve větším množství. Zatím však jde o pouhé spekulace.

Bohužel ani měření sondy Rosetta nepotěšila zastánce „kometárního“ původu pozemských vod. Podrobné analýzy začaly už v době přiblížení sondy ke kometě, konkrétně 6. srpna 2014, a jejich výsledky patřily mezi nejočekávanější vědecké výstupy vzhledem k této stále otevřené otázce. Prozatímní výsledky měření palubního spektrometru ROSINA nám potvrdily, že poměr D/H je až trojnásobně větší než u pozemské vody. Dokonce je větší než u předchozích měření na dlouhoperiodických kometách ze vzdálených oblastí Oortova oblaku. Překvapivě odlišné hodnoty u jupiterovské rodiny komet nám rovněž můžou naznačovat cosi o různém původu těchto těles. Zřejmě se formovala v rozdílných vzdálenostech od mateřské hvězdy a mají pestřejší původ, než jsme se doposud domnívali. Podle vedoucí pracovnice vědeckého týmu ROSINA Kathrin Altwegg dokonce můžeme už vyloučit možnost, že by tělesa joviánské rodiny stála za původem pozemské vody. Budeme se muset poohlédnout jinde. Možná směrem k pásu asteroidů.

My se v tematice původu pozemské vody teď ještě vraťme na naši planetu a přesuňme se v čase do doby letošního léta. Tehdy dostala obec zastánců kometárního původu další „ránu pod pás“. Server New Scientist uveřejnil 12. června, že hluboko pod zemskou kůrou byly objeveny obří rezervoáry vody o trojnásobném objemu všech povrchových moří a oceánů. Voda je uložena v polymorfním olivínu v hloubce 700 kilometrů pod zemským povrchem ve vrstvách horkých hornin zemského pláště. Začalo se dokonce spekulovat, že všechny zásoby vody můžou být ryze pozemského původu, dokonce by to mohlo objasnit, proč je množství vody v oceánech víceméně konstantní po dlouhá geologická údobí milionů let. Hluboké spodní zásobárny by mohly množství vody v oceánech průběžně doplňovat.

Výsledky dlouhodobého výzkumu publikovala skupina vědců pod vedením Stevena Jacobsena z Northwestern University v Evanstonu v Illinois. Pomocí dvou tisíc měření seismometry analyzovali seismické vlny více než pěti set zemětřesení. Měřením rychlosti distribuce vln byl tým schopen určit, jakým materiálem se šířily. Spodní vodní vrstvy totiž šíření těchto vln výrazně zpomalují.

Závěrem si připomeňme zajímavou infografiku. Téma povrchové vody je značně paradoxní. Na jedné straně si představte nějakou mimozemskou civilizaci, která má možnost zkoumat povrch naší planety pouze za použití tří náhodných snímků s velmi úzkým zorným polem. Jelikož oceány tvoří přibližně 70 % zemského povrchu, je dost dobře možné, že by na všech třech snímcích byl zachycen vodní povrch. Nesprávnou extrapolací by daná civilizace došla k závěru, že Země je vodní svět.

Ale ač zabírá vodní hladina značnou část povrchu, jde pouze o tenkou slupku v poměru k celkové hmotě planety. Odborníci Kevin Hand (JPL/Caltech) a Jack Cook z oceánografického institutu znázornili graficky celkové množství povrchové vody. Pokud byste mohli všechna povrchová vodstva zformovat do podoby hypotetické koule, dosahovala by poloměru pouhých 700 kilometrů – to je přibližně dvakrát méně než poloměr našeho Měsíce.

Vlevo vidíte pro porovnání množství podpovrchové vody joviánského měsíce Europa. Z rozborů dat pozorování sondy Galileo (1995 – 2003) se domníváme, že pod pevnou ledovou krustou měsíce se ukrývají podpovrchové oceány o hloubkách od 80 do 170 kilometrů. Hypotetická koule by tak předčila tu pozemskou o 177 km.

Zdroj: www.osel.cz (redakčně kráceno), zdroj obrázku:http://apod.nasa.gov/apod/ap120524.html, další odborná literatura na serveru osel

 

Související rubriky: Co bychom měli vědět o vodě, Prevence povodní, voda v krajině