Ta kosmiczna skała zawiera wskazówki, skąd Ziemia czerpie wodę

Chlorek sodu, lepiej znany jako sól kuchenna, nie jest minerałem, który pobudza wyobraźnię naukowców. Jednak kilka maleńkich kryształków soli wykrytych w próbce asteroidy zaniepokoiło naukowców z Laboratorium Księżycowego i Planetarnego Uniwersytetu Arizony, ponieważ kryształy te mogą powstawać tylko w obecności wody w stanie ciekłym.

Według zespołu badawczego jeszcze bardziej interesujący jest fakt, że próbka pochodzi z asteroidy typu S, klasy, o której wiadomo, że w większości brakuje metali (wodonośnych). Odkrycie wyraźnie sugeruje, że duża liczba asteroid pędzących przez Układ Słoneczny może nie być tak sucha, jak wcześniej sądzono. Odkrycie zostało opublikowane w astronomia naturalnadaje nowy impuls hipotezie, że większość, jeśli nie całość, wody na Ziemi mogła przybyć przez asteroidy podczas burzliwego dzieciństwa planety.

Zyga i główny autor badań Shufan Chi, doktor habilitowany w Lunar and Planetary Laboratory, przeprowadzili szczegółową analizę próbek pobranych z asteroidy Itokawa w 2005 roku przez japońską misję Hayabusa i sprowadzonych na Ziemię w 2010 roku.

Badanie jest pierwszym, które dowodzi, że kryształy soli powstały w macierzystym ciele asteroidy i wyklucza jakąkolwiek możliwość, że mogły one powstać w wyniku zanieczyszczenia po przybyciu próbki na Ziemię, pytanie, które dotyczyło poprzednich badań, w których znaleziono chlorek sodu w meteoryty. o podobnym pochodzeniu.

„Ziarna wyglądają dokładnie tak, jak gdybyś wziął sól kuchenną w domu i umieścił ją pod mikroskopem elektronowym” – powiedział Tom Zega, starszy autor badania i profesor nauk planetarnych w UArizona Lunar and Planetary Laboratory. „To te urocze kwadratowe kryształy. Było też zabawnie, ponieważ odbyliśmy o nich tyle serdecznych rozmów grupowych, ponieważ były tak nierealne”.

Zega powiedział, że próbki reprezentują rodzaj pozaziemskiej skały znanej jako zwykły chondryt. Pochodzi z asteroid typu S, takich jak Itokawa, i ten typ stanowi około 87% meteorytów zebranych na Ziemi. Stwierdzono, że bardzo niewiele z nich zawiera minerały wodonośne.

„Zwykłe chondryty od dawna uważano za mało prawdopodobne źródło wody na Ziemi” – powiedział Zyga, dyrektor Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility w Lunar and Planetary Laboratory. „Nasze odkrycie chlorku sodu mówi nam, że ta grupa asteroid może zawierać znacznie więcej wody, niż sądziliśmy”.

Obecnie naukowcy w dużej mierze zgadzają się, że Ziemia wraz z innymi planetami skalistymi, takimi jak Wenus i Mars, powstała w wewnętrznym obszarze wirującego obłoku gazu i pyłu wokół młodego Słońca, znanego jako mgławica słoneczna, gdzie temperatury były niezwykle wysokie. – tak wysoko, że para wodna skrapla się z gazu, według Chi.

„Innymi słowy, woda tutaj na Ziemi musiała być dostarczana z zewnętrznych krańców mgławicy słonecznej, gdzie temperatury były znacznie niższe niż pozwalałyby na istnienie wody, najprawdopodobniej w postaci lodu” – powiedział Chi. Najbardziej prawdopodobnym scenariuszem jest to, że komety lub asteroidy innego typu znane jako asteroidy typu C, które osiedliły się dalej w mgławicy słonecznej, migrowały do ​​wewnątrz i dostarczały swój ładunek wodny, uderzając w młodą Ziemię.

Odkrycie, że woda mogła być obecna w zwykłych chondrytach, a zatem pochodziła ze znacznie bliższych Słońcu niż ich „mokrych” krewnych, ma implikacje dla każdego scenariusza, który próbuje wyjaśnić dostarczanie wody na wczesną Ziemię.

Próbka użyta w badaniu to maleńka cząsteczka pyłu o średnicy około 150 mikrometrów, czyli mniej więcej dwukrotnie większa od średnicy ludzkiego włosa, z której zespół odciął maleńką sekcję o średnicy około 5 mikronów – wystarczająco dużą, aby pokryć pojedynczą komórkę drożdży – dla analiza.

Korzystając z różnych technik, Chi był w stanie wykluczyć, że NaCl był wynikiem zanieczyszczenia ze źródeł takich jak ludzki pot, proces przygotowania próbki lub ekspozycja na wilgoć laboratoryjną.

Ponieważ próbka była przechowywana przez pięć lat, zespół wykonał zdjęcia przed i po i porównał je. Obrazy pokazały, że rozmieszczenie ziaren chlorku sodu w próbce nie uległo zmianie, wykluczając możliwość osadzania się jakichkolwiek ziaren w próbce w tym okresie. Ponadto Chi przeprowadził eksperyment kontrolny, przetwarzając grupę próbek skał naziemnych, takich jak próbka Itokawa, i badając je za pomocą mikroskopii elektronowej.

„Próbki ziemskie nie zawierały chlorku sodu, więc jesteśmy przekonani, że sól w naszej próbce należy do asteroidy Itokawa” – powiedział. „Wykluczyliśmy wszystkie możliwe źródła skażenia”.

Tony materii pozaziemskiej spadają na Ziemię każdego dnia, powiedział Zega, ale większość z nich spala się w atmosferze i nigdy nie dociera na powierzchnię.

„Potrzebujesz wystarczająco dużej skały, aby przetrwać wejście i dostarczenie tej wody” – powiedział.

Poprzednie prace prowadzone w latach 90. przez nieżyjącego już Michaela Drake’a, byłego dyrektora Laboratorium Księżycowego i Planetarnego, proponowały mechanizm, dzięki któremu cząsteczki wody we wczesnym Układzie Słonecznym mogły zostać uwięzione w minerałach asteroid, a nawet przetrwać uderzenie w Ziemię.

„Badania te wskazują, że pewna ilość wody w wielu oceanach może być dostarczana właśnie za pomocą tego mechanizmu” – powiedział Zega. „Jeśli teraz okaże się, że częściej spotykane asteroidy mogą być znacznie bardziej wilgotne niż sądziliśmy, hipoteza dostarczania wody przez asteroidy byłaby bardziej prawdopodobna”.

Itokawa to zbliżona do Ziemi asteroida w kształcie orzeszka ziemnego, mająca około 2000 stóp długości i 750 stóp średnicy, która prawdopodobnie oderwała się od znacznie większego ciała. Według Chi i Zygi mogła się tam gromadzić zamarznięta woda i zamarznięty chlorowodór, a naturalny rozpad pierwiastków radioaktywnych i częste bombardowania przez meteoryty we wczesnych dniach Układu Słonecznego dostarczyłyby wystarczającej ilości ciepła do podtrzymania procesów hydrotermalnych z udziałem ciekłej wody. W końcu ciało rodzica uległoby pobiciu i rozpadło się na mniejsze części, tworząc Itokawę.

„Kiedy te składniki połączą się, tworząc asteroidy, istnieje możliwość powstania wody w stanie ciekłym” – powiedział Zega. „A kiedy ciecze się uformują, można o nich myśleć jako o zajmujących puste przestrzenie w asteroidzie, potencjalnie wykonujących swoją hydrochemię”.

Jednak dowody na to, że kryształy soli w próbce Itokawy były obecne od początku Układu Słonecznego, na tym się nie kończą. Naukowcy odkryli żyłę plagioklazu, bogatego w sód minerału krzemianowego, biegnącego przez próbkę, która jest wzbogacona chlorkiem sodu.

„Kiedy widzimy takie zmienione żyły w próbkach ziemskich, wiemy, że powstały one w wyniku przemian hydrotermalnych, co oznacza, że ​​musiały zawierać wodę” – powiedział Chi. „Fakt, że widzimy, że tekstura jest związana z sodem i chlorem, jest kolejnym mocnym dowodem na to, że stało się to na asteroidzie, gdy woda przepływała przez te zawierające sód krzemiany”.