Žemės vanduo – senesnis net už Saulės sistemą: kaip tai įmanoma?

Žinome, kad daug vandens negalėjo būti uolienose, kurios formavo mūsų planetą – taip arti Saulės buvo tiesiog per karšta, todėl nesant atmosferos slėgio vanduo tiesiog išgaravo. Greičiausiai vandenį į Žemę atnešė kometos ir asteroidai iš Saulės sistemos išorinių pakraščių, bet iš kur – ar, tiksliau, kada – atsirado pačios vandens molekulės?

Panašu, kad nemaža jų dalis yra senesnė už Saulės sistemą. Tokią išvadą daro mokslininkai, išnagrinėję sunkaus ir lengvo vandens santykį Žemėje bei įvairiose astrofizikinėse terpėse. Sunkiu vandeniu vadinama vandens molekulė, kurioje vienas arba abu vandenilio atomai yra šio elemento atmaina deuteris.

Deuteris nuo įprasto vandenilio skiriasi tuo, kad branduolyje be vieno protono turi ir vieną neutroną. Visatoje deuterio atomų yra apie šimtą tūkstančių kartų mažiau, nei lengvojo vandenilio – arba pročio. Taigi, jei vandens formavimesi protis ir deuteris dalyvautų vienodai, viengubai pasunkinto vandens molekulių būtų šimtą tūkstančių kartų mažiau, nei lengvojo, o dvigubai pasunkinto – dar šimtą tūkstančių kartų mažiau.

Tačiau teoriniai modeliai rodo, kad šaltoje tarpžvaigždinėje terpėje situacija turėtų būti kitokia. Ten vanduo formuojasi ant tarpžvaigždinių dulkelių, prie kurių prikimba pavieniai vandenilio ir deguonies atomai, o tada susijungia. Vėliau jie arba atsiplėšia nuo dulkelės, arba aplimpa ją iš visų pusių, suformuodami ledo mantiją.

Deuteris lengviau išlieka prikibęs prie dulkelės, nei protis, todėl šaltoje terpėje sunkiojo vandens dalis turėtų siekti beveik 1 proc. Tokia terpė – tai molekulinio debesies vidus, o iš debesų formuojasi žvaigždės. Žvaigždei formuojantis, jos centras kaista ir ten ledo mantijos pradeda garuoti.

Pastaruoju metu atlikti stebėjimai parodė, jog tokiuose „karštuose branduoliukuose“ (angl. hot corinos) sunkaus vandens tikrai gerokai daugiau, nei vidutiniškai Visatoje. Vėliau, prožvaigždei sukantis, aplink ją susiformuoja protoplanetinis diskas, ir vandens molekulės arba susikondensuoja jo pakraščiuose, arba ima formuotis iš naujo iš vandenilio ir deguonies.

Bet čia sąlygos jau nebe tokios, kaip molekulinio debesies viduje, todėl naujai besiformuojančio vandens sunkumo santykis yra beveik toks pat, kaip deuterio gausa Visatoje. Tuo tarpu Žemės vanduo, kaip ir daugumos kometų bei asteroidų, yra apie 10 kartų sunkesnis.

Tai reiškia, kad reikšmingą vandens dalį – tyrimo autorių skaičiavimais, nuo 1 proc. iki 50 proc. – sudaro molekulės, susiformavusios anksčiau, nei Saulės sistema, ir nuo tada nesuirusios.

Šis atradimas gerai dera ir su besiformuojančių planetinių sistemų stebėjimais. Jis padės patobulinti planetų formavimosi ir cheminės evoliucijos modelius ir gal netgi pagerins supratimą apie gyvybės atsiradimą.

Tyrimo rezultatai skelbiami „arXiv“.