물은 푸른 바다로 유명한 지구를 지금의 모습으로 만들었습니다. 물은 침식을 통해 지구를 형성하고 생명을 유지하는 지구의 능력에 필수적입니다. 그러나 우리는 지구를 만든 빌딩 블록이 말라버렸을 가능성이 있고 이러한 빌딩 블록을 행성으로 바꾸는 충돌로 인해 표면의 물이 우주로 밀려나야 했기 때문에 지구가 어떻게 그 많은 물로 끝났는지 이해하기 어렵습니다. .

지구가 형성된 후 지구에 물을 공급하는 다양한 수단이 제안되었습니다. 그러나 새로운 연구는 외계 행성을 조사하여 얻은 정보를 지구에 적용합니다. 결과는 지구가 형성되는 동안 발생했을 화학 반응이 세계의 바다를 채울 만큼 충분한 물을 생산했을 것임을 나타냅니다. 그리고 부가적인 이점으로 이 모델은 지구 핵의 다소 이상한 밀도를 설명합니다.

방수

지구는 주로 내부 태양계의 물질로 만들어진 것으로 보입니다. 그 물질이 올바른 장소에 있었을 뿐만 아니라 그 지역의 소행성에 있는 물질은 원소 및 동위원소 구성 측면에서 잘 일치했습니다. 그러나이 재료는 또한 매우 건조합니다. 이것은 놀라운 일이 아닙니다. 이 지역의 온도는 물이 “빙선”으로 알려진 지점을 넘어 태양계에 존재할 수 있는 고체로 응축되는 것을 방지했을 것입니다.

우주에 있는 모든 물은 손실되었을 것입니다. 행성 건설 과정은 작은 물체 사이의 충돌에 의해 발생했으며 더 작은 물체가 계속 충돌함에 따라 더 큰 물체가 점차 커졌다고 믿어집니다. 이러한 물체에 있는 물의 대부분은 증발하여 우주로 유실될 수 있습니다.

그러나 3명의 연구자(Edward Young, Anat Shahar, Hilke Schlichting)는 태양계 형성 중에 존재할 수 있었던 추가 요인인 수소에 초점을 맞췄습니다. 수소는 행성 형성 초기에 대량으로 존재하는 것으로 생각되지만 중심 별이 점화되면 방출되는 방사선에 의해 밀려납니다. 우리 태양계에서 일부는 소실되기 전에 외부 행성에 의해 포획되었습니다. 그러나 우리의 내부 행성은 역사 초기에 거의 또는 전혀 요소 없이 형성된 것 같습니다.

그러나 외계 행성을 보면 이것이 불가피한 운명이 아님을 알 수 있습니다. 우리는 수소가 풍부한 대기가 부족한 것으로 보이는 몇 개의 초암석 행성을 발견했습니다. 그러나 지구 반지름의 약 두 배에 해당하는 간격이 있습니다. 여기에는 두껍고 아마도 수소가 풍부한 대기를 유지한 것으로 보이는 젊은 해왕성이 많이 보입니다. 이것은 모든 암석 행성이 수소가 풍부한 환경에서 시작하여 그로부터 첫 번째 대기를 형성한다는 제안으로 이어졌습니다. 그러나 특정 크기 이하에서는 이 수소가 나중에 손실됩니다. 이 행성에 존재하는 모든 대기는 2차 형성의 결과일 가능성이 높습니다.

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논리적인 결론에 도달하면 지구도 수소가 풍부한 대기에서 시작했을 수 있습니다. 따라서 새로운 연구에 참여한 연구원들은 이 시나리오의 결과가 무엇인지 살펴보기로 결정했습니다.

행성 화학

이 아이디어를 탐구하기 위해 연구원들은 기본적으로 초기 지구의 대부분의 구성 요소로 채워진 거대한 화학 반응기를 모델링하고 큰 지구 전구체 크기(현재 지구의 절반 크기)로 확장했습니다. 여기에는 철, 나트륨, 다양한 규산염, 이산화탄소, 메탄, 산소 등의 산화물이 포함됩니다. 이 모든 것은 수소가 풍부한 대기 아래에 배치되었고 행성 형성 중에 발생한 반복적인 충돌로 인한 마그마 바다를 반사하기 위해 가열되었습니다.

이 기간은 부분적으로 수소 대기가 열을 매우 잘 유지하는 경향이 있기 때문에(온실 가스로 작용할 수 있음) 수천만 년 동안 지속되었을 가능성이 있습니다. 이것은 일어나는 화학 반응들(연구원들이 추적한 18개)이 평형에 도달하는 시간과 행성 내부의 다른 물질들이 밀도에 따라 분리될 수 있는 충분한 시간을 제공합니다.

일어나는 일 중 하나는 산소, 규소 및 수소를 포함하여 많은 원소가 철심에 통합된다는 것입니다. 이 모든 것들은 철보다 밀도가 낮기 때문에 순수한 철일 때보다 코어의 밀도가 낮아지는 효과가 있습니다. 이는 실제 지구에 해당됩니다.

일부 반응에서 수소의 융합은 산소의 치환을 수반하며 이러한 반응의 부산물은 물입니다. 여기에서 탐색된 조건 하에서 반응은 지구의 현재 바다에서 발견되는 것과 동일한 양을 생성합니다. 연구원들은 “내부 태양계의 암석이 완전히 건조되더라도 H.2 대기와 마그마 바다는 풍부한 양의 H를 생성합니다.2O. H의 다른 공급원2O는 가능하지만 필수는 아닙니다.

모델링 한계

긍정적인 측면에서 시뮬레이션은 광범위한 온도에서 작동합니다. 여기에 설명된 프로세스가 평형에 도달하는 동안 행성이 녹는 것을 유지하기에 충분한 열만 있으면 됩니다. 또한 다양한 크기의 전구체에 대해서도 작동하지만 전구체가 너무 작으면 실패합니다. 이것은 화성과 수성의 극심한 건조에 해당합니다. 1차 변수는 생산되는 물의 양으로 끝납니다. 핵에 더 많은 수소가 있으면 오늘날 바다 크기의 3배인 물의 세계를 쉽게 만들 수 있습니다.

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이 모델은 초기 조건의 많은 변화에 대해 견고하지만 초기 지구의 화학에 대한 완전한 그림이 아니라는 제한이 있습니다. 황과 질소가 지구의 화학에서 중요한 역할을 했다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

그러나 모델의 큰 차이는 물이 형성된 후에 발생하는 것입니다. 마그마 바다가 있기 때문에 태양계의 수소가 실제로 소산되면 태양 복사에 의해 분리되어 손실될 수 있는 대기권에 도달하게 됩니다. 달을 형성한 거대한 충돌과 같이 지구를 따뜻하게 한 후유증도 마찬가지입니다. 아직 수소가 충분하다면 물이 고칠 수 있기 때문에 문제가 되지 않습니다. 연구원들은 물이 풍부한 대기가 엄청난 충격에도 살아남을 수 있다는 연구 결과를 인용합니다. 마지막으로 초기에 과잉의 물이 생산되었지만 이러한 과정을 통해 지구를 현재 상태로 남겨두기에는 충분한 양의 물이 손실된 상황을 상상할 수 있습니다.

따라서 물을 생산하는 데 조건을 미세 조정할 필요는 없지만 물을 유지하는 것은 그럴 수 있습니다.

그러나 우리 외부의 세계에 대한 의미는 조금 더 커 보입니다. 이러한 결과는 암석형 행성이 형성되는 동안 광범위한 초기 조건이 물을 생성했음에 틀림없다는 것을 나타냅니다. 따라서 우리가 외계에 있는 행성을 생각할 때, 그들이 처음부터 물을 가질 수 있었는지 묻는 것보다 그들이 물을 잃게 만들었을 조건을 경험했는지 묻는 것이 더 의심스러울 수 있습니다.

자연, 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-05823-0 (DOI에 대해).

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