Naukowcy wciąż nie wiedzą, w jaki sposób woda po raz pierwszy pojawiła się na naszej planecie. Przedmiotem ożywionej debaty naukowej jest pytanie jak doszło do tego, że Ziemia, która zaczęła się jako kula składająca się w większości ze stopionej skały, stała się błękitną planetą.
Przez lata dominowała teoria, zgodnie z którą woda dotarła na naszą planetę wraz z kometami. Najprawdopodobniej te lodowe pozostałości, powstałe u zarania Układu Słonecznego, rzeczywiście dostarczyły pewną ilość wody, gdy spadały na młodą Ziemię. Jednak w ostatnich latach wyniki badań ich składu pokazały, że woda w kometach różni się pod względem sygnatur chemicznych od wody ziemskiej.
Komety często przebywają daleko od Ziemi — w pasie lodowych obiektów za orbitą Neptuna, zwanym Pasem Kuipera, albo w jeszcze bardziej odległym i rozproszonym Obłoku Oorta. Kiedy jednak zbliżą się wystarczająco do Słońca, ich lód i zamarznięte gazy przechodzą w stan gazowy, tworząc ogon, który może rozciągać się na setki milionów kilometrów, a nawet ponad miliard kilometrów.
Naukowcy przypuszczali więc, że komety mogły zderzać się z Ziemią i dostarczyć jej wodę. Dopiero jednak w latach 80. XX wieku, Europejska Agencja Kosmiczna postanowiła sprawdzić jej skład i podobieństwo do wody na Ziemi.
W 1986 roku misja Giotto dotarła do komety Halleya i sonda przesłała na Ziemię pomiary obłoku otaczającej ją materii. Okazało się, że stosunek deuteru do wodoru (D/H) na komecie Halleya był dwukrotnie wyższy niż w większości ziemskiej wody, a więc była to tzw. woda ciężka, w której jeden atom tlenu połączony jest z dwoma atomami cięższej odmiany wodoru — deuteru. Tymczasem niemal cała woda na Ziemi składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Jeżeli za ziemskie oceany miałyby odpowiadać komety, można by oczekiwać, że woda znajdująca się na komecie Halleya będzie miała podobny stosunek deuteru do wodoru (D/H) jak woda na Ziemi. A tak nie było.
Kolejne obserwacje spektroskopowe innych komet (przeprowadzone w latach 90. i 2000), między innymi komety Hale-Boppa, również wykazały obecność na nich wody ciężkiej.
2014 rok wydawał się utwierdzić badaczy w powyższym przekonaniu, gdy europejska sonda Rosetta wykonała najbardziej precyzyjne jak dotąd pomiary składu komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko wykazując, że zawierała ona najwyższe stężenie deuteru spośród wszystkich dotychczas zmierzonych komet.
Jednak równolegle prowadzone badanie z 2011 roku, prowadzone przez obserwatorium kosmiczne ESA Herschel, odkryło, że woda na komecie Hartley 2 miała sygnaturę znacznie bardziej zbliżoną do ziemskiej. Obserwacja ta wydawała się anomalią, jednak w pracy opublikowanej w 2024 roku naukowcy ponownie przeanalizowali dane zebrane przez Rosettę dotyczące komety 67P i odkryli, że przestrzeń kosmiczna mogła wpłynąć na wynik pomiaru. W momencie pobierania danych Rosetta przelatywała bowiem przez pył zawierający wodę ciężką. Samo lodowe jądro komety, otoczone tym pyłem, mogło więc w rzeczywistości być znacznie bardziej podobne do Ziemi, niż wcześniej sądzono. W badaniu opublikowanym w 2025 roku, obserwacje komety 12P/Pons-Brooks także wykazały stosunek D/H bardzo podobny do tego występującego w ziemskich oceanach.
Pomimo to, w kolejnych latach większą popularność zyskały asteroidy, które znacznie częściej niż komety zderzają się z Ziemią. Naukowcy zebrali dziesiątki tysięcy meteorytów i odkryli, że cząsteczki wody zawarte w pewnej ich grupie bardzo przypominają te występujące na Ziemi.
Jeden z meteorytów, który spadł w 2021 roku miał stosunek D/H niemal idealnie odpowiadający stosunkowi występującemu w ziemskich oceanach. A w niektórych przypadkach odkryto, że asteroidy nadal znajdujące się w przestrzeni kosmicznej również mają wodę podobną do ziemskiej.
Jak twierdzi A. King (meteorytyk z Natural History Museum w Londynie) jeśli chodzi o pochodzenie ziemskiej wody, „środowisko naukowe prawdopodobnie obecnie bardziej skłania się ku asteroidom niż kometom”.
Istotny jest fakt, że powyższe teorie, zakładające dostarczenie wody przez komety lub asteroidy, zakładają, że możliwość zasilenia przez nie ziemskich oceanów, zależałoby w dużej mierze od przypadku. Wiele asteroid lub komet musiałoby uderzyć w Ziemię po okresie, w którym planeta była pokryta niezwykle gorącym oceanem magmy, aby doprowadzić do powstania świata zalanego wodą, jaki znamy dzisiaj.
Aktualnie na znaczeniu zyskuje nowa koncepcja pochodzenia wody na planetach.
Dzięki dokładnym obserwacjom planet krążących wokół innych gwiazd, a także dzięki eksperymentom laboratoryjnym przeprowadzanym przy użyciu kowadeł diamentowych i laserów, naukowcy zdali sobie sprawę, że skaliste planety (takie jak Ziemia) mogą mieć zdolność samodzielnego wytwarzania wody.
Obserwacja egzoplanet (planet znajdującuch się poza Układem Słonecznym) pokazuje ogromną różnorodność ich atmosfer. Wiele z nich mogło początkowo zawierać ogromne ilości wodoru. Dawniej sądzono, że młoda Ziemia zawierała niewiele wodoru. Jednak niektóre badania wykazały coś zgoła przeciwnego, Zastanawiano się, co mogłoby się wydarzyć, gdyby wodór znajdujący się w atmosferze naszej planety i tlen obecny w jej magmie w jakiś sposób się połączyły.
Wodór nie wiąże się jednak z tlenem spontanicznie, dlatego badacze (Harrison Horn z Lawrence Livermore National Laboratory, S.H. Dan Shim z Arizona State University i in.) skonstruowali eksperymenty, aby sprawdzić, czy pierwiastki te mogą połączyć się i utworzyć wodę na pewnym typie egzoplanety zwanej sub-Neptunem. Według nich taki proces mógłby pozwolić planecie samodzielnie wytwarzać wodę. Nie wiedzieli jednak, ile tej wody mogłoby powstać.
Aby sprawdzić swój model, zespół musiał odtworzyć ekstremalne — i niezwykle niebezpieczne — warunki panujące na młodych sub-Neptunach. Przygotowania zajęły im aż pięć lat. Umieścili łatwopalny wodór pod ogromnym ciśnieniem, wykorzystując specjalne urządzenia zwane kowadłami diamentowymi, a następnie połączyli go ze skałami stopionymi za pomocą laserów. Reakcja wodoru pod wysokim ciśnieniem ze skałą stopioną za pomocą lasera była tak wydajna, że powstało nawet 1000 razy więcej wody, niż przewidywali naukowcy.
Drugie badanie laboratoryjne, opublikowane mniej więcej w tym samym czasie, przyniosło podobne wyniki.
Naukowcy są jednak ostrożni i nie wysuwają mocnych twierdzeń dotyczących Ziemi.
Część środowiska zgadza się, że pewna ilość wody mogła powstać na Ziemi w ten sposób — ale być może nie wystarczająco duża, aby utworzyć całe oceany. Nie mamy bowiem wiedzy czy wczesna atmosfera Ziemi zawierała wystarczająco dużo wodoru, aby wytworzyć ciśnienie potrzebne do zajścia tej reakcji. Sub-Neptuny są znacznie masywniejsze od Ziemi, a ich silniejsza grawitacja skuteczniej zatrzymuje wodór. „Ziemia znajduje się właśnie na granicy, przy której coś takiego może zacząć zachodzić” — uważa Horn. Niektórzy naukowcy nie są też przekonani, że Ziemia miała wystarczającą masę, aby produkować wodę na tak dużą skalę.
Jest więc możliwe, że przynajmniej część ziemskiej wody powstała wskutek procesów zachodzących na samej planecie.
A zatem to komety, asteroidy czy może Ziemia sama, niezależnie od nich wytworzyła własną wodę? Dziś najbardziej prawdopodobną odpowiedzią wydaje się, że była to kombinacja wszystkich tych czynników.
Być może niezliczone planety spełniają warunek, który może być konieczny do powstania życia, ponieważ — jak powiedział Byrne — „rodzą się bogate w wodę”.
Jedno wydaje się pewne - naukowcy nie przestaną próbować odpowiedzieć na to jedno z najbardziej fundamentalnych pytań dotyczących istnienia życia.
Opracowanie: Zuzanna Wrzeszcz
Więcej informacji:
- Where Did Earth Get Its Oceans? Maybe It Made Them Itself.
Źródło: Quanta Magazine
Na zdjęciu: Ziemia widziana z kosmosu, źródło: NASA Goddart Space Flight Center
