دراسة جديدة تجيب عن سؤال: كيف امتلأت الأرض بالماء؟ (مسار غير متوقع)

كشف بحث جديد أن الأرض ربما قد تكون أنتجت جزءً كبيرًا من مياهها ذاتيًا أثناء تشكّلها، بدلًا من الاعتماد كليًا على المذنبات أو النيازك أو أجرام أخرى لجلبها من الفضاء، وذلك خلال «الولادة النارية» لكوكب الأرض.

و«الولادة النارية» للكوكب، تُشير إلى الفترة الأولى من نشأة كوكب «الأرض» قبل نحو 4.5 مليار سنة خلال عصر يُعرف باسم «الهادين»، إذ لم تكن الأرض في بداياتها مكانًا صالحًا للحياة، بل كانت عبارة عن كرة ملتهبة تعجّ بالحمم البركانية.

وأشار بحث نُشر في دورية «نيتشر جيوساينس» (Nature Geoscience)، إلى أن تفاعلات كيميائية بين حصى صخرية والغلاف الجوي للأرض في مراحل نشأتها الأولى -والذي كان غنيًا بالهيدروجين- ربما أدت إلى تكوّن كميات هائلة من المياه، بحسب ما ذكر موقع «ScienceDaily».

ويقدم هذا الاكتشاف تفسيرًا جديدًا لكيفية حصول كوكب الأرض على أحد أهم مقومات الحياة، كما يطرح احتمالية أن تكون الكواكب الصخرية الأخرى في أرجاء الكون قادرة على توليد المياه من خلال عمليات مشابهة، مما يعني أن العوالم الصالحة للحياة قد تكون أكثر شيوعًا مما كان يُعتقد سابقًا.

بحث عددًا من الباحثين في جامعة نيو مكسيكو هذه الاحتمالية من خلال محاكاة بعض الظروف القاسية التي سادت أثناء تشكّل كوكب الأرض، إذ قادت هذه الدراسة طالبة الدراسات العليا «سوسميتا جاراي»، بالتعاون مع «زكاري شارب» -الأستاذ ومدير قسم علوم الأرض والكواكب- و«بيتر أولسون»، وتناولت تجاربهم ما يحدث عندما تتفاعل الصخور المحتوية على الحديد مع الهيدروجين في درجات حرارة عالية للغاية.

ويوضح شارب: «اعتمدت التصورات السابقة حول مصدر المياه على الأرض على مصادر خارجية، مثل المذنبات أو النيازك، أما هنا، فنحن نُبيّن أن أي كوكب -بحجم الأرض تقريبًا- ينبغي أن يحتوي على المياه بفضل هذه الآلية المكتشفة حديثًا»، مُضيفًا: «لتقييم احتمالية أن يكون هطول الحصى مصدرًا للمياه، كان علينا تصميم وإجراء تجارب بالغة الصعوبة في درجات حرارة مرتفعة للغاية، وقد أثمرت جهود الدكتورة جاراي بشكلٍ كبير؛ إذ توصلت إلى أن المياه تتكون في غضون دقائق فقط ضمن البيئة ذات درجات الحرارة العالية التي اتسم بها غلاف الأرض الجوي في مراحل نشأتها الأولى».

تفسير جديد لأصل مياه الأرض

على مدى عقود، ناقش العلماء المصدر الأصلي لمياه كوكب الأرض، ولفتت إحدى النظريات البارزة إلى أن جزءً كبيرًا من هذه المياه قد وصل إلى الكوكب في طور نشأته عبر مواد جليدية جاءت من مناطق أكثر برودة وبعيدة في النظام الشمسي المبكر، ووفقًا لهذا التفسير، انتقلت أجرام غنية بالمياه -بما في ذلك حصى جليدية صغيرة- نحو الداخل، لتسهم في النهاية في تكوين مخزون المياه على الأرض. ومع ذلك، واجه الباحثون صعوبة في تقديم تفسير وافٍ لكيفية وصول كميات كافية من هذه المواد إلى كوكبنا من مسافات شاسعة كهذه، كما تظل هناك تساؤلات عالقة حول ما إذا كانت عملية النقل هذه تتوافق مع التركيب الكيميائي للأرض.

وتستكشف الدراسة الجديدة مسارًا مختلفًا محتملًا لنشوء المياه؛ فبدلًا من وصولها محتواةً داخل جليد أو مواد أخرى، ربما تكون المياه قد تكونت مباشرةً من خلال تفاعلات بين المكونات الصخرية التي شُكّلت منها الأرض والغازات المحيطة بها، ففي المراحل الأولى من عمر الكوكب، تجمعت أعداد لا حصر لها من القطع الصخرية الصغيرة تدريجيًا لتشكل جرمًا أكبر حجمًا؛ وهي عملية نمو يُطلق عليها العلماء اسم «تراكم الحصى» (pebble accretion)، ومع ازدياد كتلة الأرض، ربما تكون قد اكتسبت غلافًا جويًا كثيفًا يحتوي على كميات كبيرة من الهيدروجين، في ظل درجات حرارة وضغوط تفوق بكثير تلك التي يشهدها الكوكب اليوم.

وفي ظل تلك الظروف، ربما أدت الحصى الصخرية المتساقطة عبر الغلاف الجوي إلى تحفيز تفاعل كيميائي لافت؛ إذ يتفاعل الهيدروجين الموجود في الغاز المحيط مع أكسيد الحديد داخل الصخور السيليكاتية، مما يحوّل أكسيد الحديد إلى حديد معدني، مع انطلاق بخار الماء في الوقت ذاته.

وللتأكد من إمكانية حدوث هذه العملية فعليًا، عرّض الباحثون عينات من الصخور السيليكاتية لدرجات حرارة تراوحت بين 1200 و1400 درجة مئوية، إذ أجرى الباحثون تجارب باستخدام غاز الهيدروجين المتدفق، وكرروا الاختبارات باستخدام غاز الهيليوم لأغراض المقارنة، وقدّمت النتائج أدلة قوية على أن التفاعل المقترح يحدث بالفعل في ظل هذه الظروف القاسية، فعند تسخين الصخور في وجود الهيدروجين، تحوّل ما يقرب من 80% من أكسيد الحديد الموجود فيها إلى حديد معدني، مع انطلاق بخار الماء كناتج لهذا التفاعل.

وفي المقابل، لم يلاحظ الباحثون التفاعل ذاته عند استخدام الهيليوم بدلًا من الهيدروجين؛ مما أكد الدور المحوري الذي يلعبه الهيدروجين في توليد الماء.

وكانت سرعة التفاعل وحجمه لافتَين للنظر بشكل خاص، فبينما توقع العلماء تشكّل كمية من الماء، أشارت النتائج إلى أن العملية قد تكون أكثر إنتاجية بكثير مما كان متوقعًا، وعند تطبيق نتائجهم التجريبية على الظروف التي سادت الأرض في مراحلها الأولى، أشارت حساباتهم إلى أن هذه الآلية ربما أنتجت كميات من الماء تعادل مئات المحيطات.