گاز و غبار باقیمانده در یک دیسک پیشسیارهای مستقر شد که بهآهستگی مواد را گردآوری کرد و سیارات، از جمله زمین، را تشکیل داد. حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش، زمین با جرمی به اندازه مریخ (تئیا) برخورد کرد که به تشکیل ماه انجامید. بر اساس نظریههای کنونی، آب از طریق سیارکها و دنبالهدارهایی که در منظومه شمسی اولیه پراکنده بودند، به زمین و سایر سیارات درونی وارد شد.
زمان این رویداد اهمیت بسیاری دارد، زیرا ورود آب به زمین یکی از عوامل کلیدی در پیدایش حیات بوده است. اینکه دقیقاً این اتفاق چه زمانی رخ داده، مدتی طولانی یک معما بوده، اما ستارهشناسان عموماً بر این باور بودند که آب در اوایل دوران شکلگیری زمین وارد آن شده است. بااینحال، بر اساس مطالعهای که به رهبری دانشمندان دانشگاه راتگرز نیو برانزویک انجام شد، ممکن است آب در مراحل پایانی تشکیل زمین، موسوم به «افزایش دیرهنگام»، به زمین رسیده باشد. این یافتهها میتوانند درک ما از زمان ظهور نخستین نشانههای حیات بر روی زمین را تغییر دهند.
این پژوهش به سرپرستی کاترین برمینگام، استاد دانشگاه راتگرز نیو برانزویک و دانشگاه مریلند، انجام شده است. او به همراه پژوهشگرانی از دانشگاه کلمسون، مرکز تحقیقات نجوم و علوم زمین، بخش تحقیقات لیتوسفر، مرکز زیستپذیری سیارهای (PHAB) و مؤسسه علوم زمین این تحقیق را به انجام رسانده است. یافتههای آنها در مقالهای با عنوان «ماهیت غیرکربنی افزایش دیرهنگام زمین» در مجله Geochimica et Cosmochimica Acta منتشر شده است.
منبع: ناسا/جیپیال-کلتک.
بر اساس یافتههای علمی از حیات روی زمین، سه عنصر اصلی برای آغاز این فرآیند ضروریاند: آب، انرژی و عناصر سازنده ترکیبات آلی، که شامل کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن، فسفر و گوگرد (مجموعاً CHNOPS) میشود. برمینگام و همکارانش که در زمینه کاسموجئوشیمی (زمینشیمی کیهانی) فعالیت دارند، ترکیب شیمیایی مواد در منظومه شمسی را بررسی میکنند. این مطالعات عمدتاً شامل تجزیهوتحلیل سنگهای زمین و موادی است که از طریق شهابسنگها و منابع فرازمینی دیگر به زمین رسیدهاند.
هدف آنها از این مطالعات، درک بهتر منشأ و تکامل منظومه شمسی و سیارات سنگی آن است. یکی از بخشهای کلیدی این پژوهش، مشخص کردن زمان و مکان پیدایش عناصر ضروری برای حیات و چگونگی رسیدن آنها به زمین است. برمینگام و تیمش برای انجام این تحقیق، شهابسنگهایی از موزه ملی تاریخ طبیعی اسمیتسونیان را بررسی کردند که متعلق به گروهی موسوم به NC بودند. ترکیب این شهابسنگها نشان میدهد که آنها در بخش داخلی منظومه شمسی، جایی که شرایط خشکتر بوده، شکل گرفتهاند.
این یافتهها آنها را از گروه CC متمایز میکند، زیرا تصور میشود که گروه CC در بخش بیرونی منظومه شمسی، جایی که آب و دیگر مواد فرّار فراوانتر بودند، تشکیل شده است. تیم تحقیقاتی ایزوتوپهای مولیبدن را که یک عنصر کمیاب ضروری برای سلامت انسان است، از این شهابسنگها استخراج و با استفاده از طیفسنجی یونیزاسیون و یک روش تحلیلی جدید تجزیهوتحلیل کردند. گمان میرود که این عنصر همزمان با تشکیل ماه به زمین رسیده باشد، رویدادی که پیشتر تصور میشد مقدار زیادی از آب زمین را نیز تأمین کرده است.
برمینگام در یک بیانیه خبری دانشگاه راتگرز گفت:
«زمان ورود آب به زمین یکی از پرسشهای بیپاسخ در علوم سیارهای است. اگر بتوانیم پاسخ آن را بیابیم، میتوانیم بهتر تعیین کنیم که حیات چه زمانی و چگونه شکل گرفته است. ترکیب ایزوتوپی سنگهای زمین به ما یک پنجره ویژه برای مشاهده رویدادهای همزمان با آخرین مراحل تشکیل هسته زمین میدهد، یعنی زمانی که آخرین ۱۰ تا ۲۰ درصد از مواد، توسط سیاره جذب میشد. این دوره با زمان شکلگیری ماه همزمان در نظر گرفته میشود.»
سپس، تیم پژوهشی ترکیب ایزوتوپی این شهابسنگها را با سنگهای زمینی که زمینشناسان از گرینلند، آفریقای جنوبی، کانادا، ایالات متحده و ژاپن جمعآوری کرده بودند، مقایسه کرد. تحلیل آنها نشان داد که ترکیب سنگهای زمینی بیشتر شبیه به شهابسنگهایی است که از بخش داخلی منظومه شمسی (NC) سرچشمه گرفتهاند. برمینگام دراینباره گفت:
«پس از گردآوری نمونههای مختلف و اندازهگیری ترکیب ایزوتوپی آنها، امضاهای شهابسنگها را با امضاهای سنگهای زمین مقایسه کردیم تا ببینیم آیا تشابهی وجود دارد یا خیر. از این دادهها نتیجهگیری کردیم. ما باید بفهمیم که عناصر سازنده زمین – یعنی گردوغبار و گازها – از کجای منظومه شمسی آمدهاند و این رویداد دقیقاً چه زمانی رخ داده است. این اطلاعات برای درک زمانی که شرایط برای آغاز حیات مهیا شد، ضروری است.»
این یافته اهمیت زیادی دارد، زیرا نشان میدهد که زمین برخلاف نظریههای پیشین، مقدار زیادی آب را از رویداد برخوردی تشکیل ماه دریافت نکرده است. درعوض، دادهها از این فرضیه پشتیبانی میکنند که آب در مراحل پایانی شکلگیری زمین و پس از تشکیل ماه، در مقادیر کمتری به آن اضافه شده است. برمینگام دراینباره گفت:
«نتایج ما نشان میدهد که رویداد برخوردی تشکیل ماه، برخلاف تصورات قبلی، تأمینکننده اصلی آب زمین نبوده است. بااینحال، این یافتهها اجازه میدهند که مقدار کمی آب پس از تشکیل نهایی هسته زمین، طی دورهای که “افزایش دیرهنگام” نامیده میشود، به آن اضافه شده باشد.»
