Reaksi kimia di Bumi purba mungkin telah membentuk lautannya – Ars Technica

Air menjadikan Bumi apa adanya – sebuah planet yang terkenal dengan samudra birunya. Air membentuk Bumi melalui erosi dan sangat penting bagi kemampuan Bumi untuk mendukung kehidupan. Tapi kita kesulitan memahami bagaimana Bumi berakhir dengan semua air itu, karena blok bangunan yang membuatnya kemungkinan besar mengering, dan tabrakan yang mengubah blok bangunan ini menjadi planet seharusnya mendorong air permukaan ke luar angkasa. .

Berbagai cara pengiriman air ke Bumi setelah pembentukannya telah diusulkan. Tetapi sebuah studi baru mengambil informasi yang diperoleh dari pemeriksaan planet ekstrasurya dan menerapkannya ke Bumi. Hasilnya menunjukkan bahwa reaksi kimia yang terjadi selama pembentukan Bumi akan menghasilkan air yang cukup untuk mengisi lautan di dunia. Dan sebagai manfaat sampingan, model tersebut menjelaskan kerapatan inti Bumi yang agak aneh.

tahan air

Bumi tampaknya diciptakan terutama dari bahan-bahan di tata surya bagian dalam. Tidak hanya material itu berada di tempat yang tepat, tetapi material di asteroid di wilayah tersebut memberikan kecocokan yang baik dalam hal komposisi unsur dan isotopnya. Tapi bahan ini juga sangat kering. Ini tidak mengherankan. Temperatur di wilayah ini akan mencegah air mengembun menjadi padat, seperti yang ada di tata surya, di luar titik yang dikenal sebagai “garis es” air.

Setiap air di ruang angkasa akan hilang, karena diyakini bahwa proses pembentukan planet terjadi melalui tabrakan antara benda-benda kecil, dengan benda yang lebih besar secara bertahap tumbuh lebih besar karena benda yang lebih kecil terus bertabrakan dengannya. Sebagian besar air di benda-benda ini akan menguap dan mungkin hilang ke luar angkasa.

Namun tiga peneliti (Edward Young, Anat Shahar, dan Hilke Schlichting) berfokus pada faktor tambahan yang mungkin ada selama pembentukan tata surya: hidrogen. Hidrogen diperkirakan hadir dalam jumlah besar selama periode awal pembentukan planet, namun kemudian terdorong keluar oleh radiasi yang dilepaskan begitu bintang pusatnya menyala. Di tata surya kita, sebagian ditangkap oleh planet luar sebelum hilang. Tapi planet dalam kita tampaknya terbentuk dengan sedikit atau tanpa elemen di awal sejarahnya.

Tetapi melihat planet ekstrasurya menunjukkan bahwa ini bukanlah takdir yang tak terhindarkan. Kami telah menemukan beberapa planet super berbatu yang juga tampaknya kekurangan atmosfer kaya hidrogen. Tapi ada celah sekitar dua kali radius Bumi di mana kita melihat banyak Neptunus muda, yang tampaknya mempertahankan atmosfer tebal, mungkin kaya hidrogen. Ini mengarah pada saran bahwa semua planet berbatu dimulai di lingkungan yang kaya hidrogen dan membentuk atmosfer pertama mereka dari situ. Namun di bawah ukuran tertentu, hidrogen ini kemudian hilang dalam sejarahnya. Atmosfer apa pun yang ada di planet-planet ini kemungkinan besar merupakan hasil dari pembentukan sekunder.

Mengambil kesimpulan logisnya, Bumi mungkin juga dimulai dengan atmosfer yang kaya hidrogen. Oleh karena itu, para peneliti yang terlibat dalam studi baru memutuskan untuk melihat apa konsekuensi dari skenario ini.

kimia planet

Untuk mengeksplorasi ide ini, para peneliti pada dasarnya memodelkan reaktor kimia raksasa yang diisi dengan sebagian besar komponen Bumi purba dan diperluas ke ukuran prekursor Bumi yang besar (setengah ukuran Bumi saat ini). Ini termasuk hal-hal seperti oksida besi, natrium, berbagai silikat, karbon dioksida, metana, oksigen, dan banyak lagi. Semua ini ditempatkan di bawah atmosfer yang kaya hidrogen dan dipanaskan untuk memantulkan lautan magma dari tabrakan berulang yang terjadi selama pembentukan planet.

Periode ini mungkin berlangsung selama puluhan juta tahun, sebagian karena atmosfer hidrogen cenderung menahan panas dengan sangat baik (dapat berperan sebagai gas rumah kaca). Hal ini memberikan reaksi kimia yang terjadi – 18 di antaranya dilacak oleh para peneliti – waktu untuk mencapai kesetimbangan dan waktu yang cukup bagi berbagai bahan di bagian dalam planet untuk berpisah berdasarkan kepadatan.

Salah satu hal yang terjadi adalah banyak unsur yang tergabung ke dalam inti besi, termasuk oksigen, silikon, dan hidrogen. Karena semua ini kurang padat daripada besi, ini memiliki efek membuat inti kurang padat daripada jika besi murni – yang berlaku untuk Bumi yang sebenarnya.

Dalam beberapa reaksi, peleburan hidrogen melibatkan perpindahan oksigen, dan produk sampingan dari reaksi ini adalah air. Di bawah kondisi yang dieksplorasi di sini, reaksi menghasilkan volume yang sama seperti yang ditemukan di lautan Bumi saat ini. “Bahkan jika bebatuan di tata surya bagian dalam benar-benar kering,” tulis para peneliti, reaksi antara H.₂ Atmosfer dan lautan magma akan menghasilkan H₂O. Sumber lain dari H₂O adalah mungkin, tetapi tidak wajib.

batas pemodelan

Di sisi positifnya, simulasi bekerja dengan rentang temperatur yang luas — yang diperlukan hanyalah panas yang cukup untuk menjaga agar planet tetap mencair sementara proses yang dijelaskan di sini mencapai kesetimbangan. Ini juga berfungsi untuk berbagai ukuran prekursor, tetapi gagal jika prekursornya terlalu kecil. Ini sesuai dengan kekeringan ekstrim Mars dan Merkurius. Variabel utama diakhiri dengan jumlah air yang diproduksi; Jika lebih banyak hidrogen berakhir di inti, ia dapat dengan mudah menciptakan dunia air tiga kali ukuran lautan saat ini.

Meskipun model ini kuat terhadap banyak perubahan dalam kondisi awal, model ini dibatasi karena tidak menjadi gambaran lengkap kimiawi Bumi purba. Perlu dicatat bahwa belerang dan nitrogen telah memainkan peran utama dalam kimia bumi.

Tapi celah besar dalam model adalah apa yang terjadi setelah air terbentuk. Karena ada lautan magma, ia akan berakhir di atmosfer, di mana ia dapat dipecah oleh radiasi matahari dan hilang jika hidrogen di tata surya benar-benar menghilang. Hal yang sama berlaku untuk setiap efek lanjutan yang menghangatkan planet ini, seperti tumbukan raksasa yang membentuk bulan. Jika hidrogen masih cukup, hal ini tidak menjadi masalah karena air dapat memperbaikinya. Para peneliti mengutip penelitian yang menunjukkan bahwa atmosfer yang kaya air dapat bertahan bahkan dari dampak besar sekalipun. Akhirnya, Anda dapat membayangkan kondisi di mana kelebihan air awal diproduksi, tetapi cukup banyak yang hilang melalui proses ini untuk meninggalkan Bumi dalam keadaannya saat ini.

Jadi, saat memproduksi air tidak memerlukan penyesuaian kondisi, mempertahankannya mungkin.

Tetapi implikasinya terhadap dunia di luar dunia kita tampak sedikit lebih besar. Hasil ini menunjukkan bahwa berbagai kondisi awal pasti menghasilkan air selama pembentukan planet berbatu. Oleh karena itu, ketika kita berpikir tentang planet dalam eksosistem, mungkin lebih dipertanyakan untuk menanyakan apakah mereka mengalami kondisi yang menyebabkan mereka kehilangan air daripada menanyakan apakah mereka dapat memilikinya sejak awal.

Alam, 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-05823-0 (tentang DOI).