Ako vo vesmíre vznikla voda? Bola na Zemi od počiatku? A kde všade sa nachádza dnes? Odpovede nájdete v článku.
Voda vo vesmíre. Grafika: M. Ádám Mašánová. Zdroj: iStockphoto.com
Kedy vo vesmíre vznikla voda a ako sa dostala na Zem? Bola na Zemi od jej počiatku? Týmito otázkami si vedci a výskumníci naprieč celým svetom lámu hlavu, odkedy im technológie umožnili skúmať na Zem spadnuté meteority a odkedy vesmírne sondy prekročili zemskú atmosféru a začali postupne objavovať medziplanetárny priestor.
Špinavé snehové gule a ďalšie tézy
Desiatky rokov sa vedci domnievali, že sa voda na Zem dostala prostredníctvom ľadových telies, ktoré na ňu priebežne padali. Predpokladali, že po vzniku Zeme bol jej povrch suchý a až milióny rokov bombardovania na nej vytvorili vodu. Voda by sa však za takých vysokých teplôt, aké v tom čase na planéte boli, zrejme na jej povrchu neudržala, skrátka by sa vyparila.
Vodu podľa vedcov dopravili na Zem asteroidy a kométy. Zdroj: iStockphoto.com
Ďalšou tézou bolo, že vodu na zemský povrch dopravili asteroidy a kométy až zhruba 800 miliónov rokov po sformovaní Zeme, keď sa zemský povrch dostatočne ochladil. Tú však vyvrátil výskum kometárneho jadra sondou Rosseta, ktorá merala na viacerých kométach izotopické zloženie vody (pomer medzi vodíkom – H a ťažkým vodíkom alebo deutériom – D). Výskumníci zistili, že pomer D a H vo vode na kométach je približne trikrát vyšší ako vo vode na Zemi, takže kométy zdrojom vody na našej planéte byť nemohli.
Predpoklady o kometárnom pôvode vody na Zemi navyše vyvracia aj fakt, že množstvo vody viazanej na kométach je príliš malé na to, aby mohlo zásobiť vodou všetky oceány na Zemi.
Staršia než samotná Zem
Jedna z najnovších štúdií, ktorej výsledky publikovali vo februári tohto roka v Nature Astronomy, zasa uvádza, že voda bola v slnečnej sústave prítomná ešte predtým, než vznikla samotná Zem.
Potvrdil to geochemik Jérome Aléne z Francúzskeho múzea histórie prírody. Jérome Aléne spolu s kolegami analyzoval meteorit Efremovka, ktorý našiel v Kazachstane v roku 1962. Meteorit podľa Aléna obsahuje prvky, ktoré možno zaradiť do obdobia spred 4,57 miliardy rokov, to jest zhruba do éry, keď sa zrodila slnečná sústava.
Na meranie vody v meteorite vedci použili zaostrené zobrazovanie iónovým lúčom, pomocou ktorého identifikovali všetky minerály vo vzorke a porovnali ich s ôsmimi pozemskými referenčnými materiálmi s vysokým obsahom vody. Následne skúmali pomer izotopov vodíka v meteorite, až zistili, že izotopy vody v meteorite sa zhodujú s izotopmi vody, ktoré sa dnes nachádzajú na Zemi.
Voda podľa vedcov pravdepodobne pochádzala z medzihviezdneho materiálu, ktorý sa dostal do vnútornej slnečnej sústavy, teda oblasti zahŕňajúcej terestriálne planéty a pás asteroidov, počas prvých 200-tisíc rokov jej existencie v čase kolapsu protohviezdneho obalu. Teda ešte pred vznikom planetesimál, malých planetárnych telies obvykle kilometrových rozmerov, z ktorých neskôr vznikli protoplanéty a z nich sa vyformovali dnešné planéty.
K tvorbe vody prispeli stavebné prvky Zeme
Aj vedci z Centra pre petrografický a geochemický výskum (CPRG) Lotrinskej univerzity vo francúzskom meste Nancy pred časom potvrdili, že voda na Zemi pochádza z materiálov, ktoré boli prítomné v našej vnútornej slnečnej sústave už v dobe, keď sa Zem formovala. Počas výskumu meteoritu zvaného enstatitový chondrit prišli na to, že obsahuje dostatok vodíka, aby bol schopný dodať najmenej trojnásobné množstvo vody, aké je v zemských oceánoch.
Enstatitové chondrity sa skladajú z rovnakého materiálu, aký pôvodne tvoril Zem. Hoci sú z nich tvorené len asi dve percentá známych meteoritov, ich izotopová podobnosť so Zemou je nesmierne zaujímavý úkaz. Enstatitové chondrity majú podobné izotopy kyslíka, titánu aj vápnika ako Zem, čo ukazuje, že k tvorbe zemskej vody mohli významne prispieť aj samotné stavebné prvky Zeme.
Jeden zo študovaných enstatitových chondritov meteorit Sahara 97096, Zdroj: Wikipédia
Zistenie vedcov prekvapilo, pretože predpokladali, že stavebné prvky Zeme sú suché. Pochádzajú totiž z vnútorných zón našej slnečnej sústavy, kde boli príliš vysoké teploty na to, aby voda kondenzovala a pri formovaní planéty sa spájala s ďalšími pevnými látkami, ako je ľad.
Enstatitové chondrity, o ktorých boli vedci presvedčení, že sú takmer suché, však napokon obsahujú neočakávane vysoké množstvo vody, čo naznačuje, že Zem mohla byť od svojho počiatku mokrá. Ako uviedol fyzik Lionel Vacher z Washingtonovej univerzity v St. Louis: „Keby enstatitové chondrity boli skutočne stavebnými kameňmi našej planéty, čo silne naznačuje ich podobné izotopové zloženie, potom by z tohto vyplývalo, že dodávali Zemi dosť vody na to, aby vysvetlili pôvod zemskej vody.“
Je jej viac, ako sa vedci domnievali
Vody je vo vesmíre viac, než si vedci pôvodne mysleli. Nachádza sa v kvapalnej i tuhej forme na mnohých vesmírnych telesách. Ako sú na tom s vodou jednotlivé planéty v slnečnej sústave a ich mesiace?
Ľad na Merkúre
Pozorovania rádioteleskopom v Arecibo v roku 1992 naznačili, že v polárnych kráteroch, kde nikdy nesvieti Slnko, by sa i napriek extrémne vysokej teplote, ktorá na Merkúre je, mohol nachádzať ľad. Merkúr totiž nemá prakticky žiadnu atmosféru, a aj keď cez deň jeho teplota stúpne až na žeravých 430 stupňov Celzia, v noci predsa extrémne klesne, dokonca až na mínus 180 stupňov Celzia.
Horúca Venuša
Pred miliardami rokov mohla byť klíma Venuše podobná ako na Zemi, vedci sa dokonca domnievajú, že mala kedysi veľa vody a oceánov, ktoré sa však v dôsledku vysokých teplôt a skleníkového efektu vyvarili.
Venuša má až príliš hustú atmosféru, čo spôsobuje, že z planéty nemôže unikať infračervené žiarenie. To má potom za následok zohrievanie jej povrchu vysoko nad bod varu vody. Existencia vody v pevnom ani kvapalnom skupenstve teda momentálne na Venuši nie je možná, aj keď asi 0,002 percenta atmosféry planéty tvorí vodná para.
Zem, jediná planéta s konzistentnými útvarmi tekutej vody
Na Zemi sa nachádza voda vo všetkých skupenstvách. Zdroj: iStockphoto.com
Zem je jediná známa planéta s konzistentnými stabilnými útvarmi tekutej vody. Voda sa na nej nachádza vo všetkých troch skupenstvách a pokrýva dokopy 71 percent jej povrchu. Menej vody je na severnej pologuli, viac na južnej. Celkovo máme na Zemi asi 1 385 miliónov kubických kilometrov vody.
Prítomnosť tekutej vody je kľúčová pre vznik a vývoj života na Zemi. Orbita našej planéty je síce za hranicou existencie vody v kvapalnom skupenstve, no vďaka skleníkovému efektu sa dokáže voda v tejto forme na povrchu Zeme udržať.
Približne v čase vzniku života však Zem pokrýval ľad. Spôsobil to kolaps skleníkového efektu, keď sa v moriach na asi 10 až 100 miliónov rokov rozšírili kyanobaktérie. Táto udalosť sa nazýva „zamrznutá Zem“. Dnes si naša planéta udržiava stabilnú teplotu práve vďaka tepelnej kapacite vôd na jej povrchu.
Slané jazerá a voda v kráteri Valles Marineris na Marse
Voda na Marse okrem dnes existuje predovšetkým vo forme ľadu na južnom póle. Ide o zmes námrazy oxidu uhličitého a vodného ľadu.
V roku 2020 však v tejto lokalite vedci s veľkým nadšením objavili systém subglaciálnych hypersalínnych jazier, čiže extrémne slaných jazier skrytých pod ľadovcami, pričom tvrdili, že jeho súčasťou sú aj tri jazerá s vodou v kvapalnom skupenstve.
Systém subglaciálnych hypersalínnych jazier na Marse. Zdroj: NASA
Aditya R. Khuller a Jeffrey J. Plaut z oddelenia pre výskum Zeme a vesmíru univerzity v Arizone však neskôr tieto závery spochybnili, dokonca pripustili, že vôbec nemusí ísť o jazerá a môžno sú to len žiarivé škvrny pozostávajúce z niečoho celkom iného ako z vody. Niektoré z nich sa totiž mali nachádzať až necelý kilometer pod povrchom Marsu, kde sa teplota pohybuje v hodnotách okolo mínus 63 stupňov Celzia a menej. Aby sa podľa dvojice vedcov v jazerách uchovala voda v tekutej forme, musela by na Marse existovať nejaká forma vykurovania.
O Marse je však známe, že sa v jeho pôde nachádza množstvo solí vápnika, horčíka, sodíka a draslíka, čo podľa portálu Phys vysvetľuje, prečo môžu byť subglaciálne jazerá na Marse tekuté aj napriek teplote mínus 68,15 stupňa Celzia na dne ľadovej čiapky.
V kvapalnom skupenstve sa inak voda na Marse zrejme nenachádza, i keď jeho povrchové celky svedčia o tom, že tam pred niekoľko miliónmi rokov prítomná bola a dokonca pochádzala z viacerých zdrojov. Dokazujú to riečne korytá, polárne oblasti, ale aj minerály, ktorých zloženie predpokladá niekdajšiu prítomnosť vody v ich blízkosti.
Obrovským prekvapením však bol objav v údolí Valles Marineris z polovice decembra minulého roka, kde Sonda Trace Gas Orbiter (TGO) patriaca Európskej vesmírnej agentúre objavila obrovský rezervoár vody. Pomocou prístroja FREND dokázali vedci nahliadnuť až meter pod povrch Marsu a odhalili, čo sa deje pod hrubou vrstvou prachu. Podľa hlavného autora štúdie publikovanej v ScienceDirect Igora Mitrofanova z Inštitútu pre výskum vesmíru Ruskej akadémie vied (IKI) dokázal prístroj lokalizovať oázy bohaté na vodu, ktoré predchádzajúce nástroje neboli vôbec schopné detegovať.
Podľa spoluautora štúdie Alexeya Malakhova je centrálna oblasť Valles Marineris doslova plná vody. „Je v nej oveľa viac vody, ako sme očakávali,“ cituje vedca portál Space. „Je to veľmi podobné oblastiam permafrostu na Zemi, kde vodný ľad permanentne pretrváva pod suchou pôdou kvôli neustále nízkym teplotám,“ dodal Malakhov.
Valles Marineris je údolie dlhé vyše 4 000 a hlboké okolo 11 kilometrov, čím môže konkurovať našej Mariánskej priekope. V najväčšom riftovom systéme sa voda v tekutej forme nachádzala veľmi pravdepodobne aj pred miliónmi rokov.
Valles Marineris, najväčší riftový systém v slnečnej sústave na planéte Mars. Zdroj: NASA
V roku 2020 vedci zaznamenali tiež únik vody do atmosféry Marsu. Pozorovaním hornej časti jeho atmosféry zistili, že tamojšie prachové búrky pomáhajú vodnej pare dostať sa až do tých najvyšších častí atmosféry, kde sa rozdelí na vodík a kyslík a následne uniká do vesmíru.
Skrytý oceán na trpasličej planéte Ceres
Ceres je planéta s priemerom len 950 kilometrov obiehajúca medzi dráhami Marsu a Jupitera, ktorá bola dlhý čas považovaná len za pustý kus horniny.
Výsledky analýzy prieskumnej misie NASA Dawn, ktorá obiehala okolo Ceres v období rokov 2015 až 2018, však naznačujú, že táto vôbec prvá objavená trpasličia planéta skrýva pod svojím povrchom oceán, tvorený vodným roztokom solí s hĺbkou 40 kilometrov a šírkou niekoľko stoviek kilometrov.
Tento objav môže byť zdrojom pre budúce štúdie, ktoré by sa mohli zamerať na vývoj či dokonca potenciálnu obývateľnosť planéty. Prítomnosť podpovrchovej nádrže slanej vody na Ceres podporila aj analýza 20 miliónov rokov starého kráteru Occator, ktorý sa na planéte nachádza.
Vedci študovali vyvýšeniny a kopce v kráteri, ktoré sa mohli vytvoriť po tom, ako zamrzli nárazom meteoritu vodné toky. Nebolo by to prvýkrát, čo odborníci pozorovali takýto dej. Podobné udalosti sa už odohrali aj na Zemi a Marse.
Svetelné škvrny kráteru Occator v upravených farbách. Podľa nových zistení vznikli pôsobením solí pochádzajúcich z podpovrchového slaného oceánu. Zdroj: NASA
Voda v atmosfére Jupitera
Zdalo by sa, že na tejto obrej planéte sa voda nenachádza, no nie je to pravda. Voda na nej prítomná je, i keď skutočne len v nepatrnom množstve. Spolu s vodíkom a héliom a menej zastúpeným čpavkom, etánom, propánom a ďalšími zlúčeninami vodíka tvorí atmosféru Jupitera.
Tri mesiace Jupitera s tekutými oceánmi
Európa, Ganymedes a Kalisto sú tri mesiace Jupitera, kde sa podľa odhadov astronómov môžu nachádzať tekuté oceány. I keď je Jupiter pomerne ďaleko od Slnka a jeho mesiace vyzerajú na prvý pohľad ako ľadom pokryté kamenné gule, vnútri sú vďaka slapovému zahrievaniu, spôsobenom deformáciou astronomického telesa v dôsledku vzájomnej gravitačnej interakcie medzi jednotlivými telesami, dostatočne horúce na to, aby si dokázali vodu pod povrchom uchovať v kvapalnom skupenstve.
Mesiac Európa podľa odhadov vedcov dokonca pod svojím povrchom skrýva kvapalný oceán s väčším objemom ako všetky pozemské oceány dohromady.
Hlavná zložka jadra Saturnu
Na Saturne sa síce voda nachádza, ale len pod jeho povrchom, pretože Saturn má najnižšiu hustotu zo všetkých planét slnečnej sústavy. Jeho hustota je ešte menšia ako hustota vody. Podľa astronómov však voda tvorí jednu z hlavných zložiek jeho jadra.
Urán z vody, metánu a ľadov čpavku
Hoci je Urán štyrikrát väčší ako Zem, hmotnosť má iba 14,5-krát vyššiu. Materiál, ktorý ho tvorí, musí mať preto menšiu hustotu ako ten, ktorým je tvorená Zem. Urán je príliš hmotný na to, aby bol jeho hlavnou zložkou vodík. Pozostáva hlavne z vody, metánu a ľadov čpavku. Voda je aj hlavnou zložkou jeho jadra.
Jadro Neptúna z ľadu
Neptún sa stavbou a veľkosťou veľmi podobá Uránu. Rovnako ako Urán, aj Neptún je príliš hmotný na to, aby v pomere k svojej veľkosti pozostával len z vodíka. Jeho hlavnou zložkou je zmes vodného, čpavkového a metánového ľadu. Tak ako jadro Uránu, aj jadro Neptúna tvorí do veľkej miery ľad.
Tekutý oceán na Plute
Na Plute, v minulosti považovanom za 9. planétu slnečnej sústavy, sa voda vyskytuje hojne vo forme ľadu. Ľad s prímesami dusíka, oxidu uhoľnatého a metánu tvorí celý jeho tenký povrch, pričom v plášti sa nachádza okolo 30 percent jeho celkového množstva.
Podľa odborníkov by však na Plute pokojne mohol byť aj tekutý oceán. Pluto totiž na svojom počiatku veľmi pravdepodobne nebolo takou zamrznutou guľou plnou ľadu a skál, akou je dnes.
Štúdia vedcov z Kalifornskej univerzity publikovaná v júni 2020 v Nature Geoscience hovorí dokonca o tom, že kolízie vesmírnych kameňov, z ktorých sa formovalo Pluto, mohli vytvoriť dostatok tepla na to, aby na planéte vznikol tekutý oceán, ktorý by pretrval pod ľadovou kôrou až do súčasnosti, a to aj napriek veľkej vzdialenosti Pluta od Slnka. Fotografie povrchu Pluta americkou sondou New Horizons zároveň ukázali rozsiahle hrebene a priehlbiny zodpovedajúce tomu, ako sa trpasličia planéta rozširovala, keď v jej vnútri kedysi zamŕzal oceán.
Rozsiahle výpočty tiež potvrdzujú, že ak by sa planéta sformovala za menej ako 30 000 rokov, jej počiatok by bol horúci a mohla by tak pokojne ešte dnes skrývať podpovrchový oceán. Túto teóriu podporuje aj skutočnosť, že vedci dnes majú množstvo dôkazov o expanzii povrchu Pluta a len málo o jeho kompresii. Ak by bolo Pluto od počiatku studené, zaznamenali by presný opak.
Údaje zozbierané počas výskumu zároveň naznačujú, že aj ďalšie veľké objekty Kuiperovho pásu, teda nachádzajúce sa v slnečnej sústave za dráhou Neptúna, mali pravdepodobne rovnako horúci počiatok, takže by mohli vykazovať prítomnosť skorých oceánov tiež.
Molekuly vody na Mesiaci
Voda sa napokon nachádza aj na našom Mesiaci, a to dokonca na takých miestach, kde by vôbec byť nemala. Hoci v tomto prípade nejde o tekutú vodu, stále je to prelomový objav. Potvrdzuje totiž prítomnosť vody nielen na chladných a tienistých miestach, ale aj tam, kde dopadá slnečné žiarenie.
Vedci si dosiaľ mysleli, že voda vydrží na lunárnom povrchu iba vtedy, keď sa zachytí do studených pascí, čiže miest nachádzajúcich sa v zatienených oblastiach, kde sa teploty pohybujú okolo mínus 128 stupňov Celzia. Údaje spred dvoch rokov však naznačujú, že sa vyskytuje aj mimo týchto oblastí, a to v podobe molekúl uväznených v sklovitom regolite, ktorý ju chráni pred drsným prostredím.
Voda je na mesiaci aj na miestach, kde dopadá slnečné žiarenie. Zdroj: iStockphoto.com
Ak vám tento súhrn o vode vo vesmíre nestačil a chceli by ste sa niečo dozvedieť ešte niečo viac, prečítajte si aj článok Kde sa v slnečnej sústave nachádza ľad? Okrem Slnka všade, ktorý pre Vedu na dosah napísal astronóm a geofyzik Ján Svoreň.
A na záver ešte malá zaujímavosť
Vedeli ste, že v hustej atmosfére Venuše prší kyselina sírová a sneží kov a na Titáne, najväčšom mesiaci planéty Saturn, padajú metánové dažde, ktoré napĺňajú jazerá, rieky a potoky na jeho povrchu?
Zdroje:
ScienceAlert, Nature 1, Nature 2, Quark, Wikipedia, FonTech Startitup, Voda v slnečnej sústave, Geophysical Research Letters, Futurism, ScienceDirect, Space
