Věčná záhada (1): Odkud se vzala voda na Zemi?

Voda spolu s atmosférou a v kombinaci s příznivou teplotou vytváří základní podmínky pro existenci pozemského života. Za normální teploty a tlaku jde o bezbarvou čirou kapalinu bez zápachu. V přírodě se vyskytuje ve třech skupenstvích: v pevném jako led a sníh, v kapalném a v plynném v podobě páry.

Největší hustotu přitom nemá led, ale tekutá voda při teplotě 3,95 °C. Dalším snižováním teploty se objem jednotkové hmotnosti vody zvětšuje. Je to způsobeno polymerizací vodních molekul vodíkovými vazbami a úhlem mezi atomy vodíku. Tato zvláštnost má například za následek, že se led tvoří na povrchu vodních ploch a izoluje kapalnou vodu, jež pak tolik nepromrzá do hloubky. Voda o teplotě 3,95 °C se přitom hromadí na dně nádrží, což je velmi důležité pro přežití tamních organismů.

Pozemské zásoby 

Na Zemi se vyskytuje mnohem více vody než na ostatních vnitřních planetách Sluneční soustavy. Při pohledu z vesmíru má náš domov modrobílou barvu: bílou od vodní páry, tedy oblaků, a modrou od kapalné vody. A všechny formy života – tak jak ho známe – jsou na vodě závislé.

Většinu povrchu Země (71 %) pokrývají slaná moře a oceány. Na naší planetě se nachází 1,409 miliardy krychlových kilometrů vody, přičemž celých 97 % z tohoto množství zaplňuje moře a oceány. Asi 2 % jsou uložena v podobě ledu v polárních oblastech, v ledovcích a ve sněhové pokrývce a zbytek se soustředí v jezerech, řekách, horninách a v podobě podzemní vody.

Rozšířením vody na Zemi a jejím pohybem se zabývá hydrologie, pohyb vody v zemské atmosféře zkoumá meteorologie. Životodárná tekutina tvoří na naší planetě součást nepřetržitého cyklu, který označujeme jako koloběh vody v přírodě.

Životodárná tekutina ve vesmíru

Dobrá zpráva pro zastánce mimozemského života zní, že v planetárních soustavách může být voda mnohem rozšířenější, než jsme si dosud mysleli. Skupina výzkumníků studujících její původ ve Sluneční soustavě dospěla k závěru, že více než polovina zdejší vody vznikla dříve, než se zrodila naše hvězda – a to v prachoplynném oblaku, který se stal předchůdcem našeho solárního systému. Pokud však může voda vznikat ve velkém množství v takovýchto oblacích, pak ji lze potenciálně objevit kdekoliv.

Sluneční soustavu voda doslova zaplavuje. Co se týká ostatních planet, v minulosti se kapalná voda vyskytovala na povrchu Marsu. Velká pozornost se upírá k některým měsícům, zejména k Jupiterově Europě. Její povrch pokrývají kry rozlámaného ledu, které spočívají na tekuté vodě o hloubce až 100 km. Znamená to, že těleso obsahuje trojnásobek pozemských zásob. Voda se pravděpodobně nachází i pod ledovou pokrývkou největšího Jupiterova satelitu Ganymedu.

Na povrchu Neptunova měsíce Tritonu se podařilo objevit rozsáhlá „jezera“, z nichž jedno dosahuje průměru 175 km. Tyto zásobárny zřejmě plní zmrzlá voda (nebo směs vody a čpavku), která se dostala na povrch v důsledku slapového ohřevu. Podpovrchové oceány kapalné vody se nacházejí také na Saturnových měsících Titanu a Enceladu.

S rostoucí vzdáleností od Slunce pak roste i množství vody. Značné zásoby se zachovaly v Oortově oblaku, kde se dnes nachází skladiště kometárních jader, obsahujících desítky procent vody. A podle jedné z teorií přinesly právě vlasatice většinu životodárné tekutiny také na Zemi.

Nevyřešená otázka

Země se zformovala z malých kamenných planetesimál, které obíhaly kolem mladého Slunce, spojovaly se, až vytvořily planety – s největší pravděpodobností suché objekty. Ledy v procesu formování planet nefigurovaly až do doby, než teplota v celé soustavě značně poklesla. Na Zemi se tudíž musela voda objevit mnohem později po jejím vzniku.

Jedna z hypotéz předpokládá, že voda pochází ze srážek s kometami. Vlasatice se zrodily ve studených oblastech planetárního systému, a obsahují proto hodně vodního ledu. Po skončení procesu formování planet, jenž trval maximálně několik milionů let, nasměrovalo gravitační urychlení velké množství komet v důsledku migrace plynných obrů do oblasti blíže ke Slunci. Vlasatice se srážely se suchými planetami a jejich led mohl stát u zrodu pozemských oceánů.

Otázku původu vody na Zemi se dosud nepodařilo zcela vyřešit. Existuje však mnoho více či méně vzájemně kompatibilních hypotéz, jak se mohla nepostradatelná tekutina na povrchu naší planety za uplynulých 4,6 miliardy roků akumulovat v množství dostatečném k vytvoření oceánů: 

Země se mohla ochlazovat až na úroveň, kdy došlo k odplynění těkavých složek, jež se následně staly součástí atmosféry, při dostatečném tlaku pro stabilizaci a uchování kapalné vody. Je rovněž možné, že vzácnou tekutinu přinesly do oceánů komety, transneptunická tělesa a na vodu bohaté planetky z vnější oblasti hlavního pásu asteroidů při srážkách se Zemí. Rovněž mohlo dojít k pozvolnému uvolnění vody uložené v minerálech a v neposlední řadě může voda pocházet z vulkanické aktivity – vodní pára ze sopečných erupcí kondenzovala a následně dala vzniknout dešťům, jež zaplnily oceány.

V současné době se vědci nejvíce přiklánějí k možnosti, že vodu dopravily na Zemi z velké části planetky a částečně se na tomto procesu možná podílely některé komety. Ty obsahují kromě vody rovněž elementy jako čpavek, metanol či oxid uhličitý, které mohly po dopadu na mladou Zemi v hojné míře obohatit její prostředí. Dodaly by tak potřebné ingredience a energii pro tvorbu aminokyselin a nastartovaly by vznik života.