Évtizedeken keresztül minden, amit a bolygókeletkezésről tudtunk, a saját Naprendszerünkben látottakon alapult. Az exobolygók kutatásának robbanásszerű fejlődése viszont egészen új megközelítési módokat tárt fel a fiatal Föld modellezésében is. Földünk vízkészlete származhat a hidrogénben gazdag légkör és a fiatal Földet borító magmaóceánok kölcsönhatásaiból is. Az új eredményeket bemutató tanulmányt a napokban publikálták a Nature tudományos folyóiratban.

Habár folynak még aktív viták a gázóriások, mint a Jupiter vagy a Szaturnusz kialakulásáról, de az már széles körben elfogadott elméletnek számít, hogy a Föld és más kőzetbolygók a fiatal Napot körülvevő por és gázfelhőből álltak össze. Ahogyan az egyre nagyobb sziklák összeütköztek, a planetezimálok, vagy más néven bolygómagok egyre nagyobbak és forróbbak lettek; az idővel a Földet is létrehozó bolygókezdemények az ütközések és radioaktív elemek bomláshője miatt magmaóceánokká olvadtak. Ahogyan a bolygónk hűlt, a legsűrűbb anyagok lesüllyedtek, a Földben így három jól elkülönülő réteg jött létre: a fémes mag, a sziklás, szilikátos köpeny és a kéreg.

Az exobolygók kutatásának fejlődésével viszont a fiatal Föld fejlődésének modellezéséhez is rengeteg új információt tudhattunk meg. Az exobolygók felfedezéseiből kiderült, hogy fejlődésük első néhány millió éve alatt gyakran veszi körül molekuláris hidrogénben (H2) gazdag légkör a fiatal bolygókat. Ezek a hidrogénburkok idővel szétoszlanak, de rajta hagyják a lenyomatukat a fiatal bolygó összetételén. Ennek az ismeretnek a felhasználásával készítettek új modellt a Földünk fejlődéstörténetére.

Az új modell segítségével a Carnegie és UCLA kutatói megmutatták, hogy a Föld fejlődésének korai szakaszában a magmaóceán és a molekuláris hidrogénből álló proto-atmoszféra közti kölcsönhatások felelhetnek bolygónk egyes tipikus jellemzőiért, mint például a bőséges vízkészlet és általánosan oxidált állapot. A kutatók matematikai modellekkel tanulmányozták a hidrogén légkör és a magmaóceánok közti anyagkölcsönhatásokat, 25 különböző vegyületet és 18 különböző típusú reakciót vizsgálva – ez elég komplex ahhoz, hogy értékes információkat adjon a Föld lehetséges történetéről, de elég egyszerű is, hogy értelmezhetőek legyenek az eredmények.

Az eredmények szerint a magmaóceán és a légkör közti kölcsönhatások következtében nagy mennyiségű hidrogén került a fémes magba, oxidálódott a köpeny és nagy mennyiségű víz keletkezett.

A fiatal Föld magmaóceánjának és molekuláris hidrogénből álló kezdetleges légkörének kölcsönhatásait bemutató illusztráció. (Forrás: Edward Young / UCLA, Katherine Cain / Carnegie Institution for Science)

Ha az összes sziklás anyag, ami a bolygómag keletkezésének során összeütközött száraz lett volna, a molekuláris hidrogénlégkör és a magmaóceánok akkor is bőséges mennyiségű vizet hoztak volna létre. Ez nem zárja ki, hogy más forrásai is lehettek a víznek, viszont lehetővé teszi, hogy más külső vízforrások nélkül is megmagyarázzuk a Föld jelenlegi állapotát. Az eredmények a Föld fejlődéstörténetének egy lehetséges módját mutatják be, ami viszont fontos kapcsolatot jelent a mi bolygónk képződése és a távoli csillagok körül keringő, leggyakrabb exobolygó típusok, a szuperföldek és szub-neptunuszok között.

A kutatás az interdiszciplináris AEThER projekt részeként készült, aminek keretein belül kísérleti és modellezett adatokkal támogatják az egyre nagyobb felbontású űrteleszkópok kutatásait. Az AEThER projektek hozzájárulásával a kutatók reményei szerint biztos módszereket lehet majd kifejleszteni a más bolygókon található élet nyomainak felfedezésére is.

Forrás: Carnegie Science