Od kod je voda ali odkriti ogromni podzemni rezervoarji vode

V zadnji številki revije Science ameriški znanstveniki dokazujejo, da približno 400-700 kilometrov pod površjem Zemlje ležijo ogromni rezervoarji vode, ki so večji od količine vse površinske vode. Če se bodo njihove navedbe potrdile, bo to predstavljajo nekoliko prepričljivejši odgovor na vprašanje Od kod je voda. Ta je namreč še vedno zavit v tančico skrivnosti.

Kljub njeni prisotnosti v vseh porah življenja in Zemljinega površja še danes ni jasno, od neki se je voda vzela. Molekularno gledano je njena provenienca znana. Vodik je nastal kmalu po velikem poku, ko se je vesolje toliko ohladilo, da so se protoni in elektroni povezali v vodikove atome. Tu in tam je kakšen proton ujel še nevtron, da je nastal devterij, ki namesto vodika tvori težko vodo. Kisik je moral počakati na zvezde, ki so s fuzijo pripravile vse težje od vodika pa vse do železa. Tam se postopek ustavi, ker je fuzija težjih jeder endotermna. Da pa kljub neugodni termodinamiki najdemo težje elemente od železa, se moramo zahvaliti več mehanizmom. Ni res, da so vsi nastali v supernovah, ko je energije v izobilju. Prav enako pomembni mehanizmi so tudi počasno zajetje nevtrona, hitro zajetje protona in potencialno od hitrega zajetja nevtrona, čeprav je ta proces še vedno precej kontroverzen. Vodik in kisik sta lahka in nista tako problematična, zato ju je sorazmerno preprosto izdelati, če imamo na voljo primerno ogreto zvezdo. Teh je bilo na pretek.

Toda to ne pojasni odgovora na vprašanje, zakaj je na Zemlji veliko vode. Več kot tri četrtine Zemlje pokriva voda in čeprav je to zgolj 0,02 odstotka celotne mase Zemlje, je to še vedno precej. Ko se je pred 4,6 milijardami let lokalni oblak snovi toliko zgostil, da je njegovem središču nastalo Sonce in zasvetilo kot zvezda, je bilo v okolici precej različnih delcev, tudi kristalov ledu. Ker je današnja Zemlja znotraj ledene meje (pri fiziki in kemiji resda pravimo, da ima voda visoko tališče, a to je v primerjavi z zemeljskimi razmerami, ne pa vesoljskimi), jih je Sončev veter staljene odpihnil, še preden se je snov mogla zgostiti v planet, da bi jih zadrževal gravitacijski privlak. In Zemlja je bila suha in pusta. Njeno nasprotje pa je Jupiter, ki leži tik za ledeno mejo, kjer se je kondenzirala vodna para, ki jo je odpihnilo iz notranjega dela Sončnega sistema. Zato ni presenetljivo, da je Jupiter planetarni orjak z veliko lahkih elementov.

Trdne teorije, od kod je potem voda ponovno našla pot na Zemljo, nimamo. Ena izmed doslej najverjetnejših teorij so bili padci kometov ali asteroidov, saj so ti prileteli od daleč, kjer je bila kristalna voda še vedno prisotna. Sčasoma so torej na Zemljo prinesli vso vodo, ki jo vidimo. Analiza izotopske sestave vode daje prednost padcem asteroidom in ne kometom.

Alternativni pogled na izvor vode dobiva z novimi raziskavami več teže. Že nekaj časa namreč druga struja geologov trdi, da ima Zemlja že od samega nastanka vodo. Že leta 2010 so namreč s simulacijami pokazali, da se molekule vode vežejo na površino uprašenega minerala olivina tako močno, da ostanejo vezane vse do temperature 630 °C. To bi pomenilo, da vsaj del vode iz praoblaka ni pobegnil, ampak je ostal vezan na olivin in je preživel bombardiranje Sončevega vetra in zgoščevanje v protoplanete in na koncu planete. To skoraj zagotovo ni edini vir vode na Zemlji, saj so ji asteroidi kljub vsemu prinašali, je pa dobra razlaga za dejstvo, da se izotopska sestave vode na Zemlji ne ujema povsem z izotopsko sestavo vode na asteroidih, ji je pa blizu.

Zadnje raziskave ponujajo dokaz, da je tudi ta mehanizem odigral pomembno vlogo. Ekipa ameriških znanstvenikov je pod severnoameriško celino odkrila ogromne zaloge vode. Pri analizi seizmografskih posnetkov več kot 500 potresov so ugotovili, da se hitrost valov v določenih globinah upočasni. Znano je, da so seizmografski valovi v mokri skali počasnejši. V laboratoriju so torej pripravili mineral ringwoodit (vrsta že prej omenjenega olivina!) in ga izpostavili pogojem, ki vladajo na globini 700 kilometrov, kjer je meja med zunanjim in notranjim plaščem Zemlje. (Povsem zunanja plast je skorja, potem sta oba plašča, sledita pa zunanje in notranje jedro.) Ugotovili so, da se pri teh pogojih začne iz minerala izločati ujeta voda.

Vse skupaj s člankom iz Nature marca letos, v katerem so prvikrat dokazali naravni obstoj ringwoodita na Zemlji in potencialne rezervoarje tudi v Braziliji, so prepričljivi dokazi, da je v globinah 410-660 kilometrov ujeta ogromna količina vode v skali. Tega si ne smemo predstavljati kot popolnoma namočeno skalo, ampak je v tej skali 1-3 utežnih odstotkov vode. Zaradi ogromnega volumna pa je to še vedno več, kot je vse vode na površju. To bi pomenilo, da je vsaj del oceanov na Zemlji nastal s počasnim pronicanjem te vode iz notranjosti.