كتب – رامز يوسف:
عندما تشكلت الأرض لأول مرة، كانت شديدة الحرارة بحيث لم تتمكن من الاحتفاظ بالجليد. وهذا يعني أن كل الماء على كوكبنا، لابد أنه نشأ من مصادر خارج كوكب الأرض.
تشير دراسات الصخور الأرضية القديمة إلى أن الماء السائل كان موجودًا على الأرض منذ وقت مبكر يصل إلى 100 مليون عام بعد تشكل الشمس – وهو ما يعني أنه كان في اللحظات الأولى لكوكبنا حسب الزمن الفلكي الفيزيائي.
هذه المياه، التي يبلغ عمرها الآن أكثر من 4.5 مليار عام، كانت تتجدد باستمرار من خلال دورة المياه على الأرض. اقترح فريق بحث مؤخرًا نظرية جديدة لشرح كيفية وصول الماء لأول مرة إلى الأرض.
اقترحت إحدى أقدم الفرضيات أن مياه الأرض كانت نتيجة ثانوية مباشرة لتكوين الكوكب، أُطلقت عبر الصهارة أثناء الانفجارات البركانية، حيث يكون معظم الغاز المنبعث عبارة عن بخار ماء.
ولكن هذه الفرضية تطورت في تسعينيات القرن العشرين بعد تحليل تركيب المياه على الأرض واكتشاف الدور المحتمل للمذنبات الجليدية، ما يشير إلى أصل خارج الأرض.
المذنبات، وهي خليط من الجليد والصخور التي تشكلت في المناطق البعيدة من النظام الشمسي، تنطلق أحيانًا نحو الشمس. وعندما تسخنها الشمس، فإنها تتطور إلى ذيول مذهلة من الغبار والغاز التي يمكن رؤيتها من الأرض. كما اقترحت الكويكبات، الواقعة في حزام الكويكبات بين المريخ والمشتري، باعتبارها مصادر محتملة لمياه الأرض.
وفرت دراسة صخور المذنبات والكويكبات عبر النيازك – شظايا صغيرة من هذه الأجسام التي سقطت على الأرض – رؤى رئيسية.
من خلال تحليل نسبة D/H – نسبة الهيدروجين الثقيل (الديوتيريوم) إلى الهيدروجين القياسي – وجد العلماء أن مياه الأرض تتطابق بشكل أوثق مع مياه الكويكبات “الكربونية”، التي تحمل آثارًا للمياه السابقة. وأدى هذا إلى تحويل تركيز البحث نحو هذه الكويكبات.
يقع حزام الكويكبات بين المريخ والمشتري، في حين يمتد حزام كايبر إلى ما بعد نبتون. (بلاين/ويكيبيديا، CC BY)
ركزت الدراسات الحديثة على تحديد الآليات السماوية التي ربما أوصلت هذه الكويكبات الغنية بالمياه إلى السطح الجاف للأرض في وقت مبكر. وظهرت نظريات عديدة لتفسير “اضطراب” الكواكب الصغيرة – الأجسام الجليدية الكبيرة في حزام الكويكبات وكايبر.
تقترح هذه السيناريوهات تفاعلات جاذبية أزاحت هذه الأجسام، وأرسلتها بسرعة نحو الأرض. كانت مثل هذه الأحداث تتطلب عملية “بلياردو جاذبية” معقدة، ما يشير إلى تاريخ مضطرب للنظام الشمسي.
في حين أنه من الواضح أن تكوين الكواكب ينطوي على اضطرابات وتأثيرات كبيرة، فمن الممكن أن يكون توصيل المياه إلى الأرض قد حدث بطريقة أكثر طبيعية وأقل دراماتيكية.
فرضية جديدة بسيطة
بدأت بافتراض أن الكويكبات تخرج جليدية من شرنقة تكوينها، والمعروفة أيضًا باسم القرص الكوكبي الأولي. هذه الشرنقة عبارة عن قرص ضخم غني بالهيدروجين وبالغبار، حيث تتشكل الكواكب والأحزمة الأولية. وهي تغلف النظام الكوكبي الناشئ بالكامل.
بمجرد تبدد هذه الشرنقة الواقية – بعد بضعة ملايين من السنين – ترتفع درجة حرارة الكويكبات، ما يتسبب في ذوبان الجليد أو، على وجه التحديد، التسامي. في الفضاء، حيث يكون الضغط قريبًا من الصفر، يظل الماء في شكل بخار بعد هذه العملية.
ثم يتشكل قرص من بخار الماء على حزام الكويكبات الذي يدور حول الشمس. ومع تسامي الجليد، يمتلئ القرص بالبخار، الذي ينتشر إلى الداخل نحو الشمس بسبب عمليات ديناميكية معقدة. على طول الطريق، يلتقي قرص البخار هذا بالكواكب الداخلية، ويغمرها في نوع من “الحمام”.
بطريقة ما، يروي القرص الكواكب الأرضية: المريخ والأرض والزهرة وعطارد. وحدث معظم هذا الامتصاص للمياه بعد 20 إلى 30 مليون سنة من تشكل الشمس، خلال فترة زاد فيها سطوع الشمس بشكل كبير خلال فترة وجيزة من الزمن، ما أدى إلى زيادة معدل إزالة الغازات من الكويكبات.
بمجرد التقاط الماء بواسطة جاذبية كوكب ما، يمكن أن يحدث كثير من العمليات.
ومع ذلك، على الأرض، تضمن آلية الحماية أن الكتلة الكلية للمياه ظلت ثابتة نسبيًا من نهاية فترة الالتقاط حتى اليوم. إذا وصل الماء إلى ارتفاع كبير في الغلاف الجوي، فإنه يتكثف في شكل سحب، والتي تعود في النهاية إلى السطح على شكل مطر – وهي العملية المعروفة بدورة المياه.
تم توثيق كميات المياه على الأرض، سواء في الماضي أو الحاضر، بشكل جيد. النوذج الجديد، الذي يبدأ بإزالة الغازات من الجليد من حزام الكويكبات الأصلي، يحسب بنجاح كمية المياه اللازمة لتكوين المحيطات والأنهار والبحيرات، وحتى المياه المدفونة عميقًا داخل عباءة الأرض.
كما تتوافق القياسات الدقيقة لنسبة الماء إلى الماء في المحيطات مع هذا النموذج. كما يوضح النموذج كميات المياه الموجودة في الماضي على الكواكب الأخرى – وحتى على القمر.
قد تتساءل كيف توصل الباحثون إلى هذه النظرية الجديدة. إنها تنبع من الملاحظات الأخيرة، وخاصة تلك التي أجريت مع ALMA، وهي مجموعة تلسكوبات راديوية تضم أكثر من 60 هوائيًا تقع في تشيلي، على هضبة ترتفع 5 كيلومترات فوق مستوى سطح البحر.
تكشف ملاحظات الأنظمة خارج المجموعة الشمسية ذات الأحزمة المشابهة لحزام كايبر أن الكواكب الصغيرة في هذه الأحزمة تتسامى بأول أكسيد الكربون (CO). بالنسبة للأحزمة الأقرب إلى نجمها، مثل حزام الكويكبات، يكون أول أكسيد الكربون متقلبًا للغاية بحيث لا يكون موجودًا، ومن المرجح أن ينطلق الماء.
من هذه النتائج بدأت الفكرة الأولية للنظرية في التبلور. وعلاوة على ذلك، قدمت البيانات الحديثة من بعثتي Hayabusa 2 و OSIRIS-REx، اللتين استكشفتا الكويكبات المشابهة لتلك التي ربما ساهمت في تكوين قرص بخار الماء الأولي، تأكيدًا رئيسيًا.
كشفت هذه البعثات، إلى جانب الملاحظات الطويلة الأمد من التلسكوبات الأرضية، عن كميات كبيرة من المعادن المائية على هذه الكويكبات ــ وهي المعادن التي لا يمكن أن تتشكل إلا من خلال ملامسة الماء. وهذا يدعم فرضية مفادها أن هذه الكويكبات كانت جليدية في البداية، على الرغم من أن معظمها فقدت الجليد منذ ذلك الحين (باستثناء الأجسام الأكبر حجماً مثل سيريس).
وبعد وضع الأساس للنموذج، كانت الخطوة التالية هي تطوير محاكاة رقمية لتتبع إزالة الغازات من الجليد، وتشتت بخار الماء، والتقاطه في نهاية المطاف بواسطة الكواكب.
وخلال هذه المحاكاة، أصبح من الواضح أن النموذج يمكن أن يفسر إمدادات المياه على الأرض. وأكدت الأبحاث الإضافية حول كميات المياه السابقة على المريخ والكواكب الأرضية الأخرى قابلية تطبيق النموذج عليها أيضاً. وكل شيء يناسب، وكانت النتائج جاهزة للنشر!
كوينتين كرال، عالم فيزياء فلكية في مرصد باريس-PSL، CNRS، جامعة السوربون، جامعة باريس سيتي
المصدر: The Conversation
اقرأ أيضا:
