מחקר חדש מחזק את האפשרות שהמים הרבים של כדור הארץ לא הגיעו מאסטרואידים ושביטים, אלא נוצרו בכדור הארץ הקדום
מים הם מרכיב חיוני לקיום חיים כפי שאנו מכירים אותם. הם נפוצים מאד על פני כדור הארץ, אבל עדיין לא ברור מאיפה הגיעו לכוכב הלכת שלנו אחרי שהוא נוצר. התיאוריות המובילות כיום גורסות כי המים היו נדירים מאד כשכדור הארץ נוצר, בגלל הקירבה שלו לשמש, ורק בשלב מאוחר יותר אסטרואידים או שביטים שהגיעו ממרחק רב יותר מהשמש הצליחו להעשיר את כוכב הלכת שלנו במים שיש לו כיום. מחקר חדש מערער על מודל זה, ומציע שחלק גדול מהמים של כדור הארץ היו כאן מההתחלה.
המים על כדור הארץ הם מרכיב חיוני בקיום החיים וקשה לתאר חיים שאינם מבוססים על הנוזל הרב-תכליתי הזה. הם נפוצים גם ברחבי מערכת השמש שלנו ובמערכות דומות בגלקסיה, דבר שמעיד שחלק מהתנאים ההכרחיים לקיום חיים כפי שאנחנו מכירים אותם תקפים גם בעולמות רחוקים. במקומות שבהם אין מים זמינים, אנו לרוב לא מצפים למצוא יצורים חיים. מדענים מבינים כיום היטב את מקור היסודות שמרכיבים את המים: המימן נוצר במפץ הגדול מפרוטונים ואלקטרונים חופשיים, בעוד החמצן נוצר ברובו בתוך ליבות של כוכבים שלאחר מכן פיזרו את תוכנם בפיצוצי סופרנובה אדירים.
השאלה כיצד הגיעו המים להצטבר באוקיינוסים ובאטמוספרה של כדור הארץ היא שאלה מורכבת יותר. כאשר השמש נוצרה, היא הייתה מוקפת בדיסקה של גז עודף, שלימים יהפוך ברובו לכוכבי הלכת שלה. לאט לאט חלקיקי גז נדבקו זה לזה והפכו לגרגרי אבק. מקבצים של גרגרי אבק נצמדו זה לזה ויצרו גושי סלע ולבסוף הסלעים התנגשו והתחברו והפכו לפרוטו-פלנטות, או "קדם כוכבי לכת". כוכבי הלכת הקטנים הללו הפעילו מספיק כח כבידה על החלקיקים סביבם כדי לאסוף את רוב החומר שנותר במרחב של המסלול שלהם. בזמן שכוכבי הלכת נוצרו, האזור הקרוב יותר לשמש הכיל בעיקר יסודות כבדים כגון סיליקון וברזל, בעוד שחומרים קלים יותר כגון מימן והליום התאדו ונדחקו החוצה בגלל החום, הקרינה ורוח השמש. במרחק רב מהשמש נוצרו כוכבי לכת גזיים ענקיים כמו צדק ושבתאי, שיכלו לאסוף סביבם כמויות גדולות של גזים קלים ונדיפים, בעוד שבקירבת השמש נוצרו כוכבי לכת סלעיים כמו כדור הארץ ומאדים, שהכילו בעיקר מוצקים כגון סלעים מבוססי צורן (סיליקון) ומתכות.
הגז מתגבש לאבק, האבק יוצר סלעים שהופכים לכוכבי לכת צעירים. תהליך היווצרות של כוכב לכת | איור: TAKE 27 LTD / SCIENCE PHOTO LIBRARY
משני צידי קו השלג
מדענים מתייחסים לקו המפריד בין שני האזורים הללו, שעובר בין המסלול של מאדים לצדק, בתור "קו השלג", שמפריד בין האזורים החיצוניים הקרים שבהם יכולים להצטבר מים וקרח, לבין האזורים הפנימיים החמים שבהם המים מתנדפים ואינם מצטברים על פני כוכבי הלכת. במשך שנים מנסים המדענים להסביר כיצד הגיעו המים הנפוצים יחסית על פני כדור הארץ מהאזור שמחוץ לקו השלג לתוך החלק הפנימי של מערכת השמש. מדובר לא רק ברצון להבין את ההיסטוריה של כדור הארץ. החיפוש אחר חיים על כוכבי לכת רחוקים קשור באופן הדוק ליכולת שלנו למצוא עולמות המכילים מים. אם נבין טוב יותר כיצד מים חוצים את קו השלג, אצלנו ובמערכות שמש אחרות, נוכל לצמצם את החיפושים לעולמות שבסבירות גבוהה יותר יש בהם מים, כמו כדור הארץ.
שתי התיאוריות המובילות עד כה גורסות ששביטים או אסטרואידים הביאו את רוב המים לכדור הארץ. המועמדים הטבעיים הם השביטים, מכיוון שכידוע הם מגיעים מהחלקים החיצוניים של מערכת השמש, ובקרבתם לשמש הם פולטים זנב מרשים של גזים נדיפים, בהם במקרים רבים גם אדי מים. עם זאת, מחקרים שבחנו את הרכב האיזוטופים במים של שביטים הראה שהם שונים מהמים בכדור הארץ. מאידך גיסא, סוגים מסוימים של אסטרואידים, שרובם נמצא כיום בחגורת האסטרואידים בין מאדים לצדק, מכילים כמויות גדולות של מים בעלי הרכב איזוטופי שיותר דומה למים באוקיינוסים שלנו.
מקור אפשרי למים, אך כנראה פחות סביר. אסטרואידים מתנגשים בכדור הארץ הצעיר | איור: CHRISTIAN JEGOU PUBLIPHOTO DIFFUSION / SCIENCE PHOTO LIBRARY
המים שבפנים
במחקר החדש מציעים החוקרים, מאוניברסיטת לוריין בצרפת, מודל פשוט יותר: המים היו פה מהתחלה. לפי המחקר, סוג מסויים של אסטרואידים, הדומים מאוד בהרכבם לחומרים שמהם עשוי כדור הארץ, מכילים גם כמות לא-זניחה של מימן. חמצן, היסוד השני הדרוש לייצור מים, כבד יותר מהמימן, ויוצר תרכובות פחות נדיפות ביחד עם סיליקון, יסוד נפוץ נוסף. מכאן, אפילו שהגז ממנו נוצר כדור הארץ מכיל הרבה יותר מימן מחמצן, בסוף התהליך כדור הארץ מכיל הרבה יותר חמצן מאשר מימן, בעיקר בצורה של סלעים סיליקטיים. אם כדור הארץ נוצר מאוסף של סלעים מסוג דומה לאסטרואידים המסויימים האלה, אפשר להניח שגם בין המרכיבים של כדור הארץ היו מספיק מימן וחמצן לייצור כל המים שעל פני כדור הארץ. בשנים האחרונות מדענים שוקלים את האפשרות כי המים היו כלואים מתחת לפני השטח ונפלטו בהתפרצויות גדולות של הרי געש מעט אחרי שכדור הארץ נוצר.
המחקר מתבסס על מטאוריטים שנמצאו על פני כדור הארץ בתנאים שונים של שחיקה ובליה, תהליכים שמקשים מאוד לקבוע מה היה ההרכב המקורי של האסטרואיד שנפל לארץ (והפך למטאוריט, כלומר סלע שנפל מהחלל). בדיקה של מגוון מטאוריטים מאפשרת לחוקרים לפענח את ההרכב המקורי של הסלעים כשעוד היו בחלל.
אמנם תגלית זאת אינה פוסלת את האפשרות שחלק מהמים של כדור הארץ הגיעו מאסטרואידים או שביטים, אבל היא מחזירה לשולחן הדיונים את המודל הפשוט ביותר, שאינו מצריך תנועה של סלעים מהחלק החיצוני של מערכת השמש לחלקה הפנימי, ומסביר בקלות רבה את נוכחות המים על פני כוכב הלכת הכחול שלנו. אולי גם נגלה כי מים מופיעים באופן טבעי גם בחלקן הפנימי של מערכות שמש אחרות בגלקסיה, דבר שמגדיל את הסיכויים למצוא עולמות המכילים חיים גם סביב כוכבים אחרים.
