Kami memiliki komet dan asteroid untuk berterima kasih atas air Bumi, menurut teori yang paling banyak dipegang para ilmuwan. Tapi bukan itu potong-dan-kering. Itu masih sedikit misteri, dan sebuah penelitian baru menunjukkan bahwa tidak semua air Bumi dikirim ke planet kita dengan cara itu.
Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta, dan merupakan pusat pertanyaan seputar air Bumi. Studi baru ini dipimpin oleh Peter Buseck, Profesor Bupati di Sekolah Eksplorasi Bumi dan Luar Angkasa dan Sekolah Ilmu Molekuler di Arizona State University. Di dalamnya, para penulis menyarankan bahwa hidrogen datang, setidaknya sebagian, dari nebula matahari, awan gas dan debu yang tersisa setelah Matahari terbentuk.
Sebelum kita menggali rincian dalam studi baru ini, akan sangat membantu untuk melihat teori lama yang mungkin diganti.
Untuk waktu yang lama, sebagian besar ilmuwan meyakini versi air-dari-komet-dan asteroid asal air di Bumi. Semuanya dimulai dengan pembentukan Matahari.
Ketika Matahari terbentuk dari awan molekul, ia menyapu sebagian besar materi di awan itu, menyisakan sedikit yang tersisa untuk yang lainnya: planet, asteroid, dan komet. Begitu Matahari meledak dengan fusi, angin matahari yang kuat mengirim banyak hidrogen dari lapisan luarnya ke luar tempat planet berbatu dalam — Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars — ada sekarang.
Ini adalah dunia raksasa gas, dan yang lebih penting, komet dan asteroid. Komet adalah es, tubuh berbatu, diduga mengandung sejumlah besar hidrogen yang diterbangkan di luar sana oleh Matahari awal, dan juga asteroid, meskipun pada tingkat yang lebih rendah. Mereka menjadi reservoir yang signifikan untuk hidrogen.
Ketika Bumi terbentuk, itu adalah bola cair, permukaannya disimpan dalam keadaan itu dengan tabrakan berulang dengan asteroid. Sejauh ini, sangat baik, karena Tata Surya awal adalah tempat yang jauh lebih kacau daripada sekarang. Saat asteroid dan komet menghantam Bumi yang panas ini, air dan hidrogen di dalamnya mendidih ke luar angkasa. Saat Bumi mendingin dari waktu ke waktu, air dari komet dan tabrakan asteroid diizinkan mengembun di Bumi, dan tidak akan mendidih ke luar angkasa. Airnya menempel.
Bukti untuk ini terletak pada rasio isotop. Rasio deuterium isotop hidrogen berat dengan hidrogen normal adalah tanda tangan kimia. Dua badan air dengan rasio yang sama harus memiliki asal yang sama, begitu pemikirannya. Dan lautan bumi memiliki rasio yang sama dengan air di asteroid.
Itu versi yang sangat disederhanakan dari teori yang dipegang secara luas tentang bagaimana air sampai ke Bumi.
Tetapi para ilmuwan tidak puas, selalu berusaha untuk memiliki pemahaman yang lebih baik, lebih menyeluruh tentang berbagai hal. Mereka mempertanyakan teori "air dari komet" sebelum studi terbaru ini keluar.
Kembali pada tahun 2014, beberapa ilmuwan mempelajari masalah ini dengan melihat meteorit dari berbagai usia. (Meteorit hanyalah asteroid yang telah menghantam Bumi.) Pertama-tama mereka melihat apa yang dikenal sebagai 'meteorit chondrite berkondensasi karbon'. Mereka adalah yang tertua yang kita ketahui, dan mereka terbentuk pada waktu yang sama dengan Matahari. Mereka adalah blok bangunan utama Bumi.
Selanjutnya, mereka mempelajari meteorit yang kami pikir berasal dari estaoid besar Vesta. Vesta terbentuk di wilayah yang sama dengan Bumi, sekitar 14 juta tahun setelah tata surya lahir. Menurut penelitian 2014 ini, meteorit kuno menyerupai komposisi Tata Surya massal dan memiliki banyak air di dalamnya, sehingga mereka secara luas dianggap sebagai sumber air Bumi.
Pengukuran dalam studi 2014 ini menunjukkan bahwa meteorit ini memiliki kimia yang sama dengan chondrites dan batuan yang ditemukan di Bumi. Mereka menyimpulkan bahwa chondrites yang mengandung karbon adalah sumber air yang paling umum. Pada saat itu, Horst Marschall, salah satu penulis penelitian, mengatakan, "Studi ini menunjukkan bahwa air bumi kemungkinan besar bertambah bersamaan dengan batu. Planet ini terbentuk sebagai planet basah dengan air di permukaan. " Tim di balik penelitian itu mengakui bahwa sebagian air kita memang berasal dari dampak.
Yang membawa kita ke studi baru ini, yang memperkuat kesimpulan dari studi 2014.
Para penulis studi baru ini mengatakan bahwa lautan dan rasio isotop mereka mungkin tidak menceritakan keseluruhan cerita. "Ini sedikit titik buta di masyarakat," kata Steven Desch, seorang profesor astrofisika di School of Earth and Space Exploration di Arizona State University di Tempe, Arizona. "Ketika orang mengukur rasio [deuterium-ke-hidrogen] dalam air laut dan mereka melihat bahwa itu cukup dekat dengan apa yang kita lihat di asteroid, selalu mudah untuk percaya itu semua berasal dari asteroid." Sulit untuk menyalahkan mereka; itu bukti yang cukup meyakinkan.
"Itu sedikit titik buta di komunitas." - Steven Desch, Sekolah Eksplorasi Bumi dan Luar Angkasa, ASU.
Desch dan penulis lain dari titik studi baru ini untuk penelitian yang diterbitkan pada tahun 2015 menunjukkan bahwa lautan Bumi mungkin tidak mewakili air purba Bumi. Lautan mungkin telah berputar antara permukaan dan reservoir air yang lebih dalam, jauh di Bumi. Ini mungkin telah mengubah rasio dari waktu ke waktu, dan itu mungkin berarti bahwa air yang lebih dalam ini mewakili setidaknya sebagian dari air purba sejati Bumi. Dan air itu mungkin berasal langsung dari nebula matahari, bukan melalui dampak komet dan asteroid.
Studi ini mengembangkan model teoritis baru pembentukan Bumi untuk menjelaskan perbedaan antara hidrogen di lautan bumi dan pada batas inti-mantel.
Model baru ini menunjukkan asteroid besar yang terbentuk dari air yang terbentuk menjadi miliaran tahun yang lalu di nebula matahari yang berputar di sekitar Matahari. Embrio planet ini mengalami tabrakan berurutan dan mereka tumbuh dengan cepat. Akhirnya, kata mereka, tabrakan yang cukup kuat melelehkan permukaan embrio terbesar ke samudera magma. Embrio terbesar ini menjadi Bumi.
Embrio besar ini memiliki gravitasi yang cukup untuk menahan atmosfer, dan ia menarik gas, termasuk hidrogen, yang paling melimpah, dari nebula matahari untuk membentuknya. Hidrogen dalam nebula surya mengandung lebih sedikit deuterium dan lebih ringan dari hidrogen asteroid. Itu larut ke dalam besi cair dari samudera magma di Bumi.
Hidrogen ditarik ke pusat bumi dengan proses yang disebut fraksinasi isotop. Hidrogen tertarik pada besi dan dikirim ke inti bumi oleh besi. Deuterium, isotop hidrogen yang berat, tetap berada di magma, yang didinginkan untuk membentuk mantel Bumi. Dampak yang berkelanjutan membawa lebih banyak air dan massa ke Bumi, hingga mencapai massa seperti sekarang ini.
Poin kunci dalam model baru ini adalah bahwa hidrogen di inti bumi berbeda dari hidrogen di mantel dan di lautan. Air inti memiliki deuterium jauh lebih sedikit. Tapi apa artinya semua ini?
Model baru ini memungkinkan penulis untuk memperkirakan jumlah air yang berasal dari dampak asteroid ketika Bumi tumbuh dan berevolusi, dibandingkan dengan berapa banyak yang berasal dari nebula matahari ketika Bumi terbentuk. Kesimpulan mereka? "Untuk setiap 100 molekul air Bumi, ada satu atau dua yang berasal dari nebula matahari," kata Jun Wu, asisten profesor penelitian di School of Molecular Sciences dan School of Earth and Space Exploration di Arizona State University dan co-lead penulis dari pembelajaran.
Studi ini adalah perspektif baru tentang pembentukan planet, pengembangan, dan tentang bagaimana kehidupan awal dapat berkembang di planet muda.
“Model ini menunjukkan bahwa pembentukan air yang tak terhindarkan kemungkinan akan terjadi pada exoplanet berbatu yang cukup besar dalam sistem ekstrasolar. Saya pikir ini sangat menarik. " - Jun Wu, Sekolah Ilmu Molekuler dan Sekolah Eksplorasi Bumi dan Luar Angkasa di ASU, penulis utama.
Sebelumnya, kami berpikir bahwa satu-satunya planet yang bisa hidup di dalamnya harus berada di tata surya yang kaya asteroid dan komet yang mengandung air. Tapi itu mungkin bukan masalahnya. Di tata surya lain, tidak semua planet mirip Bumi memiliki akses ke asteroid yang diisi air. Studi baru menunjukkan setiap exoplanet yang layak huni mungkin mendapatkan air dari nebula matahari di sistem mereka. Bumi menyembunyikan sebagian besar airnya di bagian dalamnya. Bumi memiliki sekitar dua samudera dalam mantelnya, dan 4 atau 5 di intinya. Planet ekstrasurya mungkin serupa.
"Model ini menunjukkan bahwa pembentukan air yang tak terhindarkan kemungkinan akan terjadi pada exoplanet berbatu yang cukup besar dalam sistem ekstrasolar," kata Wu. "Saya pikir ini sangat menarik."
Ada satu titik peringatan dalam model baru ini, dan itu melibatkan fraksinasi hidrogen. Tidaklah dipahami dengan baik bagaimana rasio deuterium terhadap hidrogen berubah ketika elemen larut dalam besi, yang merupakan pusat dari model baru ini. Itu harus diperkirakan dalam studi baru ini.
Secara keseluruhan, studi baru cocok dengan penelitian lain ke dalam air Bumi. Setelah lebih banyak pekerjaan dilakukan pada fraksinasi hidrogen, model baru dapat diuji lebih teliti.
- Siaran Pers AGU: "Para ilmuwan berteori tentang kisah asal baru untuk air Bumi"
- Makalah Penelitian: "Asal Air Bumi: Warisan Chondritic Plus Nebula Ingassing dan Penyimpanan Hidrogen di Inti"
- Makalah Penelitian: "Bukti untuk air purba di mantel bumi yang dalam"
- Makalah Penelitian: "Pertambahan awal air di tata surya bagian dalam dari sumber mirip-karbon seperti chondrite"
- Wikipedia: Pembentukan dan evolusi Tata Surya
- Wikipedia: 4 Vesta
