Vores blå planet er tør: Så lidt fylder Jordens vand

Det er ikke uden grund, vi kalder Jorden for 'den blå planet'. Det meste af Jordens overflade er jo dækket af vand.

De blå have sammen med de hvide skyer gør Jorden enestående i Solsystemet, og alle astronauter fortæller, hvor meget det betyder at kunne se ned på vores planet.

Med alt det hav skulle man tro, at Jorden er en temmelig våd planet, men det er nu ikke tilfældet.

Det vand, vi har i havene og iskapperne, udgør kun 0,02 procent af Jordens masse. Selv om der også findes noget vand i Jordens indre, som er bundet i mineraler, så er Jorden i virkeligheden en ganske tør planet.

I dag, hvor vi kan sammenligne med exoplaneter, kan vi se, at Jorden er helt usædvanlig tør, og at det normale muligvis er planeter, der indeholder omkring 25 procent vand.

Jorden og dens vand

Der er en meget simpel måde at vise Jordens indhold af vand:

Ved siden af en model af Jorden kunne man anbringe en lille blå kugle, der rummer alt det vand, der findes i Jordens have. Denne blå kugle af vand ville ikke fylde meget i forhold til Jorden.

Den ville få en diameter på bare 1.385 km, hvilket viser, at den med lethed kan anbringes midt i Europa. Til sammenligning har Jorden en diameter på 12.742 km.

Jordens høje massefylde på 5,5 gram/cm³ viser, at der ikke kan være meget vand dybt nede i Jorden, da vand jo har en massefylde på bare 1 gram/cm³.

Vi ved, at der findes noget vand i det indre af Jorden bundet i mineraler, og at der selv nede i kernen også kan findes vand.

Det er svært at give et præcist skøn, men man regner med, at den samlede mængde vand i Jordens kappe kun er omkring tre gange større end vandmængden i oceanerne.

Nede i den metalholdige kerne skønnes det, at der måske er bundet vand svarende til fem gange vandmængden i havene.

Hvor kommer vandet fra?

Men selv om Jorden astronomisk set er en tør planet af klippe og metal, så har astronomerne haft meget sjov med at finde ud af, hvor vandet er kommet fra.

Jorden befinder sig i den indre del af Solsystemet, og her var der fra starten for varmt til at vanddamp kunne fortættes til vand. Det stof, som var til rådighed for at opbygge Jorden, må have været ganske tørt – hvilket jo også passer med Jordens massefylde.

På den anden side ved vi, at der har været have næsten lige fra begyndelsen. Den mest nærliggende teori er derfor, at vandet er kommet til Jorden med isholdige kometer eller asteroider.

Der forskes meget aktivt i dette problem, som altså stadig ikke er løst. For at finde en egnet kilde til Jordens vand, må man se på det såkaldte D/H forhold. Det er forholdet mellem mængden af tung brint, eller deuterium, og almindelig brint, hydrogen.

Hvor almindelig brint har en atomkerne, som alene består af en proton, har deuterium en kerne, som består af både en proton og en neutron.

Jordens vand er en blanding af almindeligt vand med formlen H₂O og tungt vand med formlen D₂O. Det giver en værdi for forholdet D/H på 0,000156 for det vand, som findes på vores planet.

Hvad man leder efter, er asteroider eller kometer, som indeholder is eller vand, og hvor forholdet D/H nogenlunde svarer til værdien for Jordens vand. Her råder vi endnu kun over få data, så gåden om, hvorfra Jorden har fået sit vand, er stadig ikke løst.

Vandplaneter?

Hele diskussionen om Jordens indhold af vand har fået en ny drejning, efter det er blevet muligt at sammenligne planeterne i vores solsystem med de mange exoplaneter.

I vores solsystem er de indre planeter i høj grad dehydrerede, men det er ikke tilfældet i mange af de exoplanetsystemer, som nu er undersøgt.

Vi ved nu, at de mest almindelige planeter er af en type, som vi ikke har i vores solsystem. Det drejer sig om planeter, som er noget større end Jorden og med en størrelse, der ligger mellem Jorden og planeten Neptun, som er 4 gange større end Jorden. Mange af disse planeter har en forholdsvis lav massefylde.

Man har diskuteret meget, om det er planeter, der ligner Neptun med en tæt og dyb atmosfære af brint og helium, der omgiver en kerne af klippe – eller om det er planeter, der har fået den lave massefylde, fordi de indeholder enorme mængder vand eller is.

Vandet må nødvendigvis være varmt

Målinger foretaget af den amerikanske Kepler-satellit og den europæiske Gaia-satellit har givet nye data for denne type ’mini-Neptun planeter’.

Det har her vist sig, at op mod 35 procent af disse planeter ikke ligner Neptun, men derimod er vandkloder med et indhold af vand på 25-50 procent. Det gælder især for de planeter, der har en radius omkring 2,5 gange Jordens radius.

Der er nu udarbejdet modelberegninger, baseret på de data vi har om exoplaneterne, navnligt følgende fire parametre:

• Masse
• Radius
• Massefylde
• Afstanden mellem exoplanet og stjerne

De mange modelberegninger viser, at den model, der passer bedst med observationerne, er planeter, som består af 25-50 procent is eller vand.

Nu skal vi ikke af den grund forvente, at disse vandverdener er blå planeter som Jorden. For mange af dem er så tæt på deres stjerner, at de har en overfladetemperatur på 200-500 grader.

Det kan godt være, at de har dybe have, men at besøge dem må være som at gå i dampbad.

Måske har en supernova været afgørende

Det fører naturligvis til spørgsmålet, at hvis nu vandplaneter er så almindelige, hvorfor findes de så ikke i vores solsystem, der jo kun har stærkt dehydrerede indre planeter?

Ny forskning tyder på, at vores solsystem kan være en sjældenhed, fordi en supernova har været med til at forme Solsystemets begyndelse.

Der er nemlig tegn på, at samtidig med vores solsystems dannelse for 4,6 milliarder år siden, eksploderede en supernova i nærheden af den sky af gas, som senere skulle blive til Solen og dens planeter.

Denne begivenhed har sandsynligvis haft to konsekvenser:

1. Chokbølgen fra supernovaens eksplosion har fået skyen til at kollapse og dermed sat gang i dannelsen af Solen og Solsystemet
2. Analyser af meteorer tyder på, at vi også har modtaget betydelige mængder af den radioaktive isotop Aluminium-26, der har en halveringstid på 720.000 år.

I forhold til Solsystemets alder på 4,6 milliarder år er det en meget kort tid, men i de første millioner år har henfaldet af Al-26 haft betydning.

Det radioaktive henfald af Al-26 har nemlig tilført store mængder energi til den skive af stof, som skulle blive til vores solsystem - eller med andre ord varmet skyen grundigt op. Is og vand i skyen er blevet varmet op og har spredt sig som dampe.

Resultatet har været, at de indre planeter, der blev dannet som Jorden, Venus og Mars stort set er født dehydrerede.

Vi har vist været heldige

For nylig har forskere gennemført ikke mindre end 540.000 computersimulationer af dannelsen af planeter ud fra mindre asteroider og protoplaneter med en diameter på 1-100 km. I disse simulationer ændrede man på forskellige størrelser, og for at gøre en lang historie kort, så viste det sig, at en helt afgørende parameter var mængden af Al-26, som protoplaneterne indeholdt.

Hvis der ikke var meget Al-26 til stede, så blev der dannet planeter, der ligesom Jorden består af klippe og metal, men også med enorme mængder vand. Det er de vandverdener, der er fundet så mange af blandt exoplaneterne.

Hvis der var meget Al-26 til stede, så blev planeterne født næsten dehydrerede, men måske med mulighed for at holde fat på en lille smule vand – i hvert fald nok til de have, vi kender fra Jorden.

Problemet er, at vi ikke ved, hvor almindeligt det er, at en supernova er fødselshjælper ved dannelsen af et nyt planetsystem. Hvis det er en sjælden begivenhed, så er vores solsystem nok ret usædvanligt.

Så selv om det kunne være godt at råde over en masse vand, så ville vores civilisation næppe kunne opstå på en vandverden. Vi har brug for både vand og land, så vi har vist været ganske heldige.