دراسة حديثة: لبنات كوكب الأرض الأساسية تحتوى على الماء

عندما كانت شمسنا نجمًا شابًا، قبل 4.56 مليار سنة، كان نظامنا الشمسي الضخم الموجود الآن مجرد قرص من الغبار الصخري والغاز.

على مدار عشرات الملايين من السنين، تجمعت حصوات صغيرة من الغبار، مثل كرة الثلج التي تتدحرج أكبر فأكبر، لتشكل “كواكب مصغرة” بحجم كيلومتر واحد، وهي اللبنات الأساسية للأرض والكواكب الداخلية الأخرى.

حاول الباحثون منذ فترة طويلة فهم البيئات القديمة التي تشكلت فيها هذه الكواكب المصغرة، على سبيل المثال، الماء متوفر الآن بكثرة على الأرض، ولكن هل كان كذلك دائمًا؟ بمعنى آخر، هل كانت الكواكب المصغرة التي تراكمت في كوكبنا تحتوي على ماء؟

توصلت دراسة جديدة، جمعت بين بيانات النيزك والنمذجة الديناميكية الحرارية، إلى أن أقدم الكواكب المصغرة في النظام الشمسي الداخلي تشكلت في وجود الماء، مما يتحدى النماذج الفيزيائية الفلكية الحالية للنظام الشمسي المبكر.

أُجري البحث في مختبر بول أسيموف، أستاذ الجيولوجيا والكيمياء الجيولوجية إليانور وجون آر ماكميلان، وظهر في مجلة Nature Astronomy في 9 يناير بعنوان “تراكم أقدم الكواكب الصغيرة في النظام الشمسي الداخلي خارج خط الماء والثلج”.

الكشف على النيازك

يمتلك الباحثون عينات من السنوات الأولى للنظام الشمسي على شكل نيازك حديدية، هذه النيازك هي بقايا النوى المعدنية لأقدم الكواكب المصغرة في نظامنا الشمسي والتي تجنبت التراكم في كوكب متشكل وبدلاً من ذلك دارت حول النظام الشمسي قبل أن تسقط في النهاية على كوكبنا.

يمكن للتركيبات الكيميائية لهذه النيازك أن تكشف معلومات حول البيئات التي تشكلت فيها وتجيب على أسئلة مثل ما إذا كانت اللبنات الأساسية للأرض قد تشكلت بعيدًا عن شمسنا، حيث سمحت درجات الحرارة الباردة بوجود جليد مائي، أم تشكلت أقرب إلى الشمس، مع تبخر أي ماء بسبب الحرارة التي تؤدي أيضًا إلى جفاف الكواكب الدقيقة.

إذا كانت الفرضية الثانية صحيحة، فإن الأرض قد تكونت جافة واكتسبت مياهها من خلال طريقة أخرى في وقت لاحق من تطورها.

على الرغم من أن النيازك نفسها لا تحتوي على أي ماء، إلا أن العلماء يمكنهم استنتاج وجودها المفقود منذ فترة طويلة من خلال فحص تأثيرها على العناصر الكيميائية الأخرى.

يتكون الماء من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين واحدة، وفي وجود عناصر أخرى، غالبًا ما ينقل الماء ذرة الأكسجين الخاصة به بعيدًا في عملية تسمى الأكسدة.

على سبيل المثال، يتفاعل معدن الحديد (Fe) مع الماء (H2O) لتكوين أكسيد الحديد (FeO)، ويمكن أن يؤدي وجود فائض كافٍ من الماء إلى زيادة العملية، مما يؤدي إلى إنتاج Fe2O3، وهي مكونات الصدأ.

المريخ، على سبيل المثال، مغطى بأكسيد الحديد الصدئ، مما يوفر دليلا قويا على أن الكوكب الأحمر كان يحتوي على الماء في السابق.

على الرغم من أن أكسيد حديد قد اختفى من الكواكب المصغرة المبكرة منذ فترة طويلة، إلا أن الفريق تمكن من تحديد كمية الحديد التي قد تتأكسد من خلال فحص محتويات النيكل المعدني والكوبالت والحديد في هذه النيازك.

يجب أن تكون هذه العناصر الثلاثة موجودة بنسب متساوية تقريبًا مقارنة بالمواد البدائية الأخرى، لذلك إذا كان أي حديد “مفقودًا”، فهذا يعني أن الحديد قد تأكسد.

يقول أسيموف: “لقد تم إهمال النيازك الحديدية إلى حد ما من قبل مجتمع الباحثين في نشأة الكواكب، رغم أنها تشكل مخازن غنية بالمعلومات حول الفترة الأولى من تاريخ النظام الشمسي”.

أضاف: “الفرق بين ما قمنا بقياسه في النيازك في النظام الشمسي الداخلي وما توقعناه هو وجود نشاط أكسجين أعلى بحوالي 10000 مرة.”

الماء موجود من البداية

وجد الباحثون أن تلك النيازك الحديدية التي يُعتقد أنها مشتقة من النظام الشمسي الداخلي تحتوي على نفس الكمية من معدن الحديد المفقود مثل النيازك المستمدة من النظام الشمسي الخارجي.

لكي يكون الأمر كذلك، لا بد أن تكون الكواكب المصغرة من مجموعتي النيازك قد تشكلت في جزء من النظام الشمسي حيث يوجد الماء، مما يعني أن الوحدات البنائية للكواكب تراكمت عليها المياه منذ البداية.

تتحدى هذه النتائج الجديدة التي تؤكد على وجود بصمات الماء في هذه الكواكب المصغرة، العديد من النماذج الفيزيائية الفلكية الحالية للنظام الشمسي.

يقول دامانفير جريوال، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا والمؤلف الأول للدراسة الجديدة: “إذا كان الماء موجودًا في اللبنات الأولى لكوكبنا، فمن المحتمل أن تكون العناصر المهمة الأخرى مثل الكربون والنيتروجين موجودة أيضًا، ربما كانت مكونات الحياة موجودة في بذور الكواكب الصخرية منذ البداية.”

يضيف أسيموف: “ومع ذلك، فإن هذه الطريقة تكتشف فقط الماء الذي تم استخدامه في أكسدة الحديد، لكنها لا تكتشف مصدر المياه الزائدة التي شكلت المحيط، على سبيل المثال”.