Honnan származik a földi vízkészlet?

Becsapódó égitestek? A napköd? A Nap? Az intersztelláris jég?

Bolygónk felszínének 70 százalékát tengerek és óceánok borítják, s emellett a szárazulatokon, a kéregben, sőt a földköpenyben is jelentős vízmennyiség található. De mi mindennek a forrása?

A Naprendszer mintegy 4,5 milliárd éve alakult ki egy kavargó gáz- és porfelhőből, a napködből. Ezt a gravitáció összetömörítette, s a köd közepe felé húzta. Majd miután az anyag több mint 99 százaléka a legbelső régióba került, a tömörülés által létrehozott hatalmas hő és nyomás beindította a termonukleáris fúziót, s felragyogott az újszülött Nap, míg a fennmaradt anyagból összeálltak a meteoroidák, az üstökösök, az aszteroidák, a holdak, valamint a bolygók, köztük a Föld. De miként jelent meg planétánkon/planétánkban a víz? A kérdés tisztázásához tudnunk kell, hogy a víz egyik alkotóelemének, a hidrogénnek két izotópja van: a „közönséges” hidrogén, melynek atommagja egyetlen protonból áll, illetve a deutérium (nehézhidrogén), melynek atommagjában a proton mellett egy neutron is található. Így a víz „közönséges” vízből és nehézvízből tevődik össze (a „közönséges” vízmolekulát egy oxigénatom és két „közönséges” hidrogénatom, míg a nehézvízmolekulát egy oxigénatom és két deutérium-atom alkotja), a víz-nehézvíz arány pedig fontos fogódzó vízkészletünk forrásának az azonosításához.

Forrásokként különböző, vízjeget tartalmazó becsapódó égitestek is szóba jöttek: vagy az üstökösök, vagy a kisbolygók. Az Oort-felhőből származó hosszú periódusú üstökösök magját elemezve azonban kiderítették, hogy vízjegükben a deutérium/hidrogén (D/H) aránya 2,96, ami kb. kétszer akkora, mint a világóceán vizében lévő arány (mintegy 1,56). Egyes Kuiper-övi, rövid periódusú üstökösök D/H-aránya ellenben közelebb áll a földihez. Például a Max Planck Intézet Paul Hartogh fizikus, légkörkutató által vezetett kutatócsapata a Hartley 2 rövid periódusú üstökös magjának a vizsgálatával kiderítette, hogy vízjegében 1,61 a D/H-arány, ami hasonló a világóceánéhoz. Ugyanakkor az Európai Űrügynökség Rosetta-űrszondája a szintén Kuiper-övi 67P/Csurjumov–Geraszimenko-üstökös magjában lévő vízjég D/H-arányát megmérve kimutatta, hogy abban – arányait tekintve – nagyjából háromszor annyi deutérium van, mint a Földön. Akkor mégsem üstökösökből származik a földi víz, vagy csak kisebb részét szállították hozzánk ezek az objektumok? Vagy a 67P egyedi objektum? Vagy máshol keressük a fő forrást? A belső kisbolygóövezet megannyi aszteroidájának, köztük a japán Hajabusza űrszonda által felkeresett Itokawa kisbolygónak a kutatása során kiderült, hogy ezek az objektumok vízben gazdagok. S milyen a D/H-arányuk? Az övezet külső részén keringőké 1,4, ami közel áll a földihez, mások vize viszont több deutériumot tartalmaz, mint a világóceán. Mindenesetre könnyen elképzelhető, hogy vízkészletünk fő forrásai az aszteroidák. De miként alakulhatott ki a földi arány? Az Itokawa a Nap felől érkezett, amikor a Hajabusza mintát vett belőle, tehát nagyobb mértékben érte a napszél, melynek hidrogénionjai kölcsönhatásba léptek a szilikátos kőzetekbe zárt oxigénnel, és a reakció során víz keletkezett. Az Arizonai Állami Egyetemen az Itokawából vett minták alapján kiderítették, hogy az ásványok hidrogénizotóp-összetétele megegyezik a mi vizünkével. Emellett Phil Bland, az ausztrál Curtin Egyetem bolygókutatója és munkatársai vizsgálataik során arra a következtetésre jutottak, hogy az űrben lebegő finom por felszínén is a földihez hasonló vizet hoz létre a napszél. A Glasgow-i Egyetem Földrajztanszékének Luke Daily planetológus által vezetett kutatócsapata pedig a Hajabusza által begyűjtött kőzeteket vizsgálva kiszámította, hogy a vízben gazdag por és az aszteroidák fele-fele arányú keverékének a hidrogénizotóp-összetétele megegyezik a földi vízével, s arra a következtetésre jutottak, hogy a becsapódó aszteroidák és a bolygónkra hulló por együtt hozták létre a földi vizet, a világóceán izotóparányának a kialakulásában pedig a Nap játszotta a döntő szerepet.

Ám vízkészletünknek más forrásai is lehettek. A köpeny és a mag határán lévő hidrogén kémiai ismertetőjegyei eltérnek a felszíni vizekben, illetve az aszteroidákban lévő hidrogénétől. Peter Buseck, az Arizonai Állami Egyetem kutatója és társai szerint ez a hidrogén még a Naprendszer kialakulásakor, a napköddel körbevett aszteroidáknak a formálódó Földdel való összeolvadásakor került bolygónkba, mielőtt további égitesteknek a planétánkkal való egyesülése a jelenlegi méretére növelte volna a Földet. Modellszámításaik szerint vizünk kis része a napködből származik. A Carnegie Intézet kutatói pedig még korábbi forrásból eredeztetik a Naprendszerben, s benne a Földön található víz (vízjég) egy részét. Ugyanis a csillagközi (intersztelláris) molekulafelhők is – amilyenből a Nap és bolygórendszere is létrejött – szintén tartalmaznak vízjeget. A kutatók pedig modellszámításaik során arra a következtetésre jutottak, hogy a naprendszerbeli víz egy jelentős része az intersztelláris molekulafelhőből maradt vissza, tehát idősebb, mint maga a Naprendszer.

Honnan származik hát planétánk vízkészlete? A római Nemzeti Asztrofizikai Intézet által koordinált és a múlt évben lezárult Poseidon kutatási projekt vezetői végül is arra a következtetésre jutottak, hogy a vizünk valószínűleg több forrásból ered. Több tényező révén született meg a víz, mely nélkül nem lenne élet a Földön.

Lajos Mihály