Kámen, nůžky, plyn

Dosavadní dominantní teze o původy vody byla poměrně přímočará – za většinu vody na Zemi byly zřejmě odpovědné dopady asteroidů, které vodu, potažmo její komponenty ve formě vodíku a/nebo kyslíku, dopravily na prehistorickou Zemi v průběhu jejího formování. Nejde přitom jenom o poučený odhad. Z měření vědci vědí, že poměr deuteria k vodíku v pozemských oceánech totiž přibližně odpovídá téže cifře v asteroidech. Ačkoliv jsme přímo z asteroidů stále nacházejících se v kosmu mnoho podobných měření neprovedli, jako důkaz mohou meteority stačit.

Problém vystává v okamžiku, kdy se začne pátrat po deuteriu v jiné než povrchové vodě. Vzorky z hloubi zemské kůry obsahují podstatně méně deuteria, což naznačuje, že zdejší voda z asteroidů nepochází. Navíc zde nalezneme více vzácných plynů, jako hélium či neon s izotopy odpovídajícími spíše protoplanetárnímu disku, z něhož se sluneční soustava zrodila. Tím lze zřejmě odtušit, kudy vedly další stopy týmu pod vedením Juna Wu z Americké geofyzické unie.

"Je to trochu slepé místo," uvedl Steven Desch z Arizonské státní univerzity, "Když vědci měří poměr (deuteria k vodíku) v mořské vodě a vidí, že je velmi blízký tomu, co vidíme v asteroidu, je vždy snadné věřit, že to všechno pochází z asteroidů."

Namísto identifikace původu molekul kyslíku se výzkumníci zaměřili na molekuly vodíku. Důvodem je skutečnost, že prakticky veškerý vodík na Zemi je vázán ve vodě, zatímco kyslík se nachází i v jiné podobě - odhalení původu vodíku je tak v cestě na nalezením zdroje vody snazší a jednodušší. 

Z navrženého teoretického modelu vyplývá scénář, podle něhož zhruba před pěti miliardami let začalo docházet k sérii procesů, které následovaly oba dosavadní teoretické modely, avšak v různém poměru.

Samá voda

Velké asteroidy nesoucí vodu na sebe začaly nabalovat více hmoty a měnit se v planetární embrya. Během této etapy ale zároveň obíhaly uvnitř řídnoucího protoplanetárního disku – ten zřejmě existoval kolem Slunce ještě nějaký čas po jeho zažehnutí. Povrch planety tak sbíral i materiál z disku v podobě plynu, co do obsahu vodíku vůči asteroidům v poměru 1:100 až 1:50. Plyn se namísto hornin zpočátku hromadil nad povrchem a napomohl vzniku rané atmosféry.

Jak se povrch planet v důsledku srážek roztavil v oceán magmatu, i atmosférický vodík si našel cestu do nitra planety. Díky svému menšímu poměru deuteria je totiž lehčí, vodík z plynu se tak se rozpustil v magmatu a skrze přimknutí k železu se dostal až do planetárního jádra

Oproti tomu těžší vodík z asteroidů zůstal výše v planetární kůře. V průběhu chladnutí povrchu a dalších geologických procesů se nakonec část z něj spojila s kyslíkem a začala vytvářet povrchovou i podpovrchovou vodu. Díky příhodným podmínkám na povrchu bylo pro vodu snazší setrvat zde, a tak je dnes Země jedinou planetou sluneční soustavy s velkým objemem tekuté vody na povrchu. Světy, které jsou naopak méně příhodné, ale mají stále aktivní jádro, disponují vhodnějšími podmínkami pro vznik podpovrchových těles vody.

Podobný proces, který navrhuje Wuův model, se totiž neděl jenom na Zemi, ale pravděpodobně i na dalších vznikajících (vnitřních) protoplanetách. Těch přitom podle jiné, starší studie ve vnitřní části sluneční soustavy mohlo oproti dnešnímu stavu existovat až dvacetinásobně více. Část z nich se srazilo se Zemí a jinými "přeživšími" planetami, část pak zřejmě pohltil Jupiter či je svou gravitací vymrštil ze sluneční soustavy, anebo naopak do náruče Slunce. Srážky menších těles se Zemí pak celkové množství vody navýšily.

Práce tak umně vysvětluje dosavadní neznámé o původu nejen vody různého složení, ale i vzácných plynů. Navíc demonstruje způsob, kterým by se voda mohla poměrně běžným způsobem dostat i na jiné světy, popřípadě jak by mohla být vázána v horninách i mimo povrch.

Dnes již víme, že voda byla přítomná na povrchu prastarého Marsu a pravděpodobně i na Venuši – k tomu však známe celou řadu podpovrchových moří a jezer i z pevných měsíců jako je Europa, Enceladus nebo Dione. Zároveň teorie nabízí i nové možnosti pro přítomnost vody mimo sluneční soustavu.

"Tento model naznačuje, že formování vody nejspíše nastává uvnitř každé dostatečně velké exoplanety," sdělil Wu s odvoláním na možnost zachycení vodíku z protoplanetárního disku. Ne každý cizí svět může mít štěstí na asteroidy nesoucí vodu – minimálně část vody by však i taková tělesa mohla získat z prostředí, v němž vznikají.

Studii zveřejnil časopis Journal of Geophysical Research: Planets.

EDIT: Původní článek obsahoval mylnou informaci o důvodu zaměření studie na vodík. Na chybu se omlouváme a děkujeme za upozornění.