Fale uderzeniowe powstałe w dysku protoplanetarnym wokół Słońca mogły stanowić mechanizm, który spowodował wzbogacenie meteorytów w wodę. A z wody tej, jak uważają niektórzy naukowcy, powstały później oceany na Ziemi. W najnowszym magazynie „Science” opublikowano pracę dotyczącą zagadnienia, w jaki sposób woda mogła znaleźć się w meteorytach.

Naukowcy od dawna zastanawiają się, w jaki sposób mogły powstać chondrule, sferyczne ziarna budujące meteoryty kamienne, jedne z najstarszych obiektów powstałych w Układzie Słonecznym. O teoriach tych Meteoryty mogą być kluczem do zrozumienia procesu powstawania planet„>wspominajliśmy. W niektórych meteorytach chondrule są otoczone drobnoziarnistym pyłem krzemianowym, który przereagował z wodą.

Pierwsze hipotezy wyjaśniające taką budowę meteorytów mówiły, że meteoryty mogły zostać wzbogacone w wodę w wyniku kolizji cząsteczek wody z cząsteczkami pyłu w dysku protoplanetarnym. Jednak w 1987 roku stwierdzono, że taki sposób formowania się meteorytów zająłby dłużej niż czas istnienia dysku protoplanetarnego.

Naukowcy z University of Arizona i University of Hawaii donoszą, że w oblodzonych regionach dysku, gdzie powstała fala uderzeniowa formująca chondrule, istniały warunki pozwalające na gwałtowne uwodnianie minerałów.

Autorami publikacji są: Fred Ciesla, Dante Lauretta, Lona Hood i Barbara Cohen. Lauretta i Cohen już parę lat temu uważali, że gwałtowne zjawiska, takie jak fala uderzeniowa, dostarczają wystarczająco dużo energii, aby cząsteczki lodu mogły wyparować oraz przejściowo stwarzają warunki, w których możliwa jest gwałtowna reakcja uwodnienia. Teraz Ciesla skonstruował model zachowania się cząsteczek krzemianowych i lodowych podczas działania fali uderzeniowej.

„W procesie parowania cząsteczek lodu wyzwala się bardzo duża energia i para wodna pozostaje pod wysokim ciśnieniem. Podczas tego krótkiego okresu zwiększonego ciśnienia wody reakcja hydratacji zachodzi dużo szybciej niż się wcześniej spodziewano” – mówi Ciesla. – „W tym krótkim okresie topią się chondrule i formuje ich otoczka (z uwodnionego pyłu)„.

Gdy gaz napotyka czoło fali uderzeniowej, zwalnia, zwiększa się jego temperatura i gęstość. Ale ciała stałe zawieszone w gazie przebijają się przez falę i podróżują nadal z dużymi prędkościami. Ogrzewają się, ponieważ pędzą przez wolno poruszający się gaz i zderzają z jego cząsteczkami. Gaz zarówno podgrzewa, jak i zwalnia chondrule, które topią się i stygną. Wtedy para wodna reaguje z pyłem, tworząc uwodniony krzemian, a chondrule zbierają cząsteczki krzemianu, które formują ich otoczkę.

„Interesującą cechą tych fragmentów meteorytów jest fakt, że zawierają dużo wody, a stosunek deuteru do wodoru jest taki sam jak w ziemskiej wodzie” – zauważa Ciesla.

Obecność wody na Ziemi pozostaje tajemnicą, gdyż „szczególnie na początku istnienia dysku protoplanetarnego, w rejonie, gdzie formowała się Ziemia, było zbyt gorąco, aby woda mogła się utrzymać” – mówi Ciesla. Meteoryty mogły dostarczyć przynajmniej część ziemskiej wody, jednak ten fakt jest ciągle dyskutowany.

Model Ciesla’a mówi również, ile organicznej materii pozostało w zawierających węgiel meteorytach. Jeżeli woda rzeczywiście reagowała z drobnoziarnistym pyłem tak, jak to wskazują te badania, temperatura w meteorytach pozostała na tyle niska, że cząsteczki organiczne mogły przetrwać i zostać wraz z wodą dostarczone na Ziemię.

Idea fali uderzeniowej, dzięki której powstałyby chondrule i ich otoczki, pasuje dobrze do analiz ilościowych, jednak naukowcy nadal zastanawiają się, co było jej źródłem. Temat ten Ciesla ma nadzieję rozwinąć w swojej pracy doktorskiej.

Lon Hood, jeden z autorów publikacji, zaproponował, w jaki sposób mogła utworzyć się fala uderzeniowa. Mianowicie, powstawanie Jowisza mogło stworzyć wiele kawałków skalnych, które potem utworzyły pas planetoid. Bryły te mogły podróżować przez dysk z prędkościami większymi od prędkości dźwięku, co mogło być źródłem fali uderzeniowej. Inne teorie uwzględniają udział Jowisza w wygenerowaniu fali. Ciesla zamierza w trakcie dalszych badań sprawdzić te teorie.