Kas vesi saabus Maale koos asteroididega?

Kais Allkivi, 12. mai 2018

Kui Päikesesüsteem umbes 4,6 miljardit aastat tagasi tekkis, oli meie planeedil ülemäära kuum selleks, et siin saanuks leiduda vedelat vett – kui, siis vaid gaasilist. Ent noorel laavaga kaetud Maal polnud atmosfääri ja ta poleks oma väiksuse juures suutnud suurt kogust veeauru gravitatsiooniga enda küljes hoida. Niisiis arvab osa teadlasi, et helesinine planeet pidi saama oma vee mujalt kosmosest.

Maa, millest praegu on suurem osa kaetud ookeanidega, sündis tõelises kosmosekõrbes: kaltsiumi- ja alumiiniumirikaste mineraalide killud moodustasid aina suuremaid rahnusid, kuni tekkisid kiviplaneedid, nende hulgas meie maakera. Vesi, mis andis hiljem siinsele planeedile elu, võinuks Maa ligidale sattuda Päikesesüsteemi äärealalt pärit jäiste komeetide või Marsi ja Jupiteri orbiitide vahel tekkinud asteroidide pinnases.

Komeedid on viimastel aastatel mängust välja arvatud, sest nendel leiduv vesi on enamasti teistsuguse keemilise koostisega. Vahe on selles, kui sageli sisaldavad veemolekulid deuteeriumi ehk rasket vesinikku, mille aatomituumas on lisaks prootonile ka neutron. Kui Maal esineb deuteeriumi 156 veemolekulis miljonist, siis komeetide vees on seda umbes kaks korda rohkem. Paari erandiga.

Herscheli kosmoseteleskoobiga tehti 2010. aastal kindlaks, et komeedil 103P/Hartley 2 on vesi meie omaga väga sarnane. Aastal 2013 avastati, et ka komeedil 45P/Honda-Mrkos-Pajdušáková leidub vees jahmatavalt vähe deuteeriumi. Need on mõlemad niinimetatud Jupiteri rühma komeedid, sest Jupiter mõjutab nende orbiiti. Varem oli deuteeriumisisaldust vees mõõdetud vaid kaugematel, tunduvalt suurematel komeetidel.

Siiski on ka Jupiteri rühma komeetide vesi erinev: 2014. aastal komeedilt 67P/Churyumov–Gerasimenko võetud proov näitas, et veemolekulid sisaldavad rasket vesinikku kolm korda sagedamini kui Maal.

„Iga uus komeet annab meile erineva tulemuse,“ möönab Hawaii ülikooli planeediteadlane Karen Meech ajakirjas Science News. Aga kui ka vee koostis kõrvale jätta, siis on Maa kokkupõrked komeetidega väga ebatõenäolised. „Komeet, mis võiks Maa pihta sadada, peab pääsema mööda hiigelsuurest Jupiterist,“ märgib samas väljaandes Bordeaux’ astrofüüsika laboratooriumi teadlane Sean Raymond. Gaasihiiul on nimelt tavaks liiga lähedale sattuvad komeedid Päiksesüsteemist välja paisata.

Jupiter pildus Maa pihta asteroide

Seesama Jupiter aitas aga mõned miljonid aastad pärast Päiksesüsteemi moodustumist lennutada Maa pihta planeedisarnaseid väikseid taevakehi asteroide. 2011. aastal jõudsid Sean Raymond ja tema kolleegid järeldusele, et Päikest ümbritsev gaas tõmbas Jupiteri ja Saturni Päiksesüsteemi siseplaneetide poole, ent kui Jupiter jõudis umbkaudu Marsi praegusele orbiidile, sikutas Saturni gravitatsioon mõlemad hiidplaneedid endisele kohale tagasi. See planeetide tango paiskas laiali hulga jääd sisaldavaid asteroide, millest lõviosa sadas veel kuju võtvate kiviplaneetide suunas.

Vesi võib moodustada viiendiku asteroidi kaalust (võrdluseks: ehkki enamus Maa pinnast on veega kaetud, annab vesi vaid 0,023 protsenti planeedi massist) ja arvutisimulatsioonid lasevad oletada, et asteroidid võinuks toona Maale tuua piisavalt vett ookeanide tekkeks.

ELU TOOJAD? Vesi kujundab kliimat ja maastikku ning on vajalik eluks. Inimese kehamassist moodustab vesi kaks kolmandikku. Selle eluallika võisid siia kanda meteoriitidena Maa pinnale langenud asteroidid või asteroiditükid. (Vida Press)

Washingtoni Carnegie instituudi füüsikute veetud uurimusest selgus, et Maa vesi on väga sarnane teatud tüüpi meteoriitidel, süsinikkondriitidel, vee ja silikaatide ühendites (näiteks savis) leiduva veega. Analüüsinud 85 asteroiditükki, järeldas teadlaste tiim 2012. aastal ajakirjas Science avaldatud artiklis, et enamus maakera lenduvatest elementidest – sealhulgas vesinik, lämmastik ja süsinik – jõudsid siia varajaste meteoriitidega. Vee madal deuteeriumisisaldus viitab sellele, et nood primitiivsed asteroidid, mille tükid meid tabasid, ei tekkinud Päikesesüsteemi servas nagu komeedid, vaid hoopis lähemal – Marsi ja Jupiteri orbiitide vahel asuvas asteroidide vöös.

Küsimusele, millal vesi Maale saabus, aitavad vastata asteroid Vesta küljest pärit meteoriidid. Massachusettsi Woods Hole 'i okeanograafiainstituudi geoloog Adam Sarafian uuris kolleegidega asteroidide vöö suuruselt teise taevakeha tükke, milles mineraalidesse talletunud vesi osutus Maal leiduvaga sarnaseks. Aastal 2014 Science'is ilmunud teadustöö lükkab meile tuttava vee tekke seniarvatust palju varasemasse aega. Vesta moodustus hinnanguliselt 8–20 miljonit aastat pärast Päikesesüsteemi teket, Maal kulus selleks 30–100 miljonit aastat. Järelikult oli vesi juba olemas, kui meie planeet hakkas alles kuju võtma. „Maa ei pidanud vett ootama,“ vahendab Science News Sarafiani sõnu. Paistab, et vesi ootas hoopis Maad.

Vesi jääb kivimitesse lõksu

Jääb küsimus, kuidas vesi asteroidide küljest noorukese planeedi peale sai ja jäi. Äsja ajakirjas Science Advances avaldatud uurimus näitab, et Maaga kokku põrgates ei oleks kosmosekividega kaasas olnud vesi täielikult ära keenud ehk aurustunud. Saamaks selgust, kas asteroidid võisid noorele maakerale vett tuua, tulistasid Rhode Islandi Browni ülikooli uurijad kiirkahurist väikseid kive. „Me ei saa panna asteroidi Maaga põrkuma, siis juhtuks palju halba,“ selgitab planetaargeoloog R. Terik Daly. „Seega läksime me laboratooriumisse ja püüdsime sündmusi nii hästi taasluua, kui me suutsime.“

Daly, kes viis uurimuse läbi magistritudengina, ja Browni planetaariumi teadur Peter Schultz kasutasid oma katses marmorisuurusi antigoriidist kuulikesi – see Jaapanis leiduv mineraal meenutab nende asteroidide kivist pinda, mis võisid miljardite aastate eest Maale vee transportida. Et simuleerida kuiva planeedipinnast, küpsetas tandem vulkaanilist kivimit pimssi 90 minutit 850 Celsiuse kraadi käes. Siis tulistasid nad kivimikuulid pimsi pihta kiirusel viis kilomeetrit sekundis. Seda võimaldasid NASA Californias asuva Amese uurimiskeskuse kahurid, millega simuleeritakse suurel kiirusel toimuvad taevakehade kokkupõrkeid.

Varasemate simulatsioonide põhjal arvati, et kogu asteroidil leiduv vesi aurustuks kokkupõrke käigus, juhul kui asteroid liiguks kiiremini kui 3,1 kilomeetrit sekundis. Veeaur oleks aga ilma atmosfäärita ja nõrga gravitatsiooniga Maalt kosmosesse haihtunud. Kuid Daly ja Schultz leidsid, et osa veeaurust, mis kivimikuulide ja pimsi kokkupõrkel tekkis, jäi lõksu kivimist moodustunud klaasiklompidesse või kokku tsementeerunud kivitükkidesse ehk bretšadesse. Asteroidid võisid kasvavatele planeetidele ära anda koguni 30 protsenti oma ladustatud veest, järeldavad Daly ja Schultz.

LUKUSTUNUD VESI: Kui laboris jäljendati asteroidi ja kuiva Maa kokkupõrget, sulgus umbes kolmandik veeaurust sulakivimeisse. Tulemuseks olid sellised klaasiklombid (vasakul) või bretšad (ümardumata kivitükkidest ja tsemendist koosnevad kivimid). (R. Terik Daly / Browni ülikool)

Järgmine samm on leida vastus küsimusele, kuidas suutnuks vesi kivimitest „põgeneda", et tekitada ookeane ja muid veekogusid.

„See uurimus näitab, et ka ilma õhuta taevakehadel on võimalik vett enda küljes hoida,“ kommenteerib Kuul leiduvat vett uuriv NASA teadlane Yang Liu Science Newsile. „Võib-olla peaksime ka Kuul otsima asteroidikokkupõrgete käigus moodustunud sulakivimeid, et vett leida.“

Osa veest on pärit maapõuest?

Jaapani, Iiri ja Kanada teadlased on avastanud, et vähemalt osa Maa veevarust võib olla pärit planeedi enda sisemusest. Vahevöö ülaosas, 40–400 kilomeetri sügavusel maakoore all, leiab 1400 Celsiuse kraadi ja normaalsest atmosfäärirõhust 20 000 suurema rõhu juures aset lihtne reaktsioon: kvartsi kujul esinev ränidioksiid reageerib vedela vesinikuga, tekivad vedel vesi ning räni ja vesiniku ühend ränihüdriid.

Iiri ja Kanada uurijad kordasid mullu Jaapani teadlaste 2014. aastal kirjeldatud reaktsiooni arvutisimulatsioonina eri temperatuuridel ja rõhkudel. Simulatsioon näitas, et vesi tekib kvartsi sees, mitte pinnal, ega saa end sealt vabaks murda. Lõksus olev vesi on väga suure, kuni 200 000-kordse atmosfäärirõhu all. Kui vesi viimaks valla pääseb, võib see põhjustada süvamaavärinaid.

Lisaks on uuritud Islandi ja Kanada vulkaanide laavakivides peituvaid veemolekule ja leitud, et need sisaldavad maailmamerega võrreldes vähem rasket vesinikku. Võimalik, et Maa vee koostis on ajapikku muutunud, osalt ehk tänu asteroididele.

Artikli täismahus lugemiseks vajuta:
%
Proovi Digilehte
1€/kuu
Oled juba lugeja?