Hidrológiai Közlöny 2011 (91. évfolyam)

4. szám - Szesztay Károly: Víz a Naprendszerben és az Élővilágban

26 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2011. 91. ÉVF. 4. SZ. sége közelítőleg egyezik a Vénusz légkörében felhalmozódott széndioxiddal (Jasztrov és Thompson 1975). A széndioxiddal együtt a Vénusz belsejéből a Földéhez hasonló mennyiségű (mintegy 2800 méternyi vízborításnak megfelelő) vízmennyiség jutott a felszínre. A folyamatosan emelkedő és a víz forráspontját is meghaladó felszíni hőmérséklet miatt azonban a Vénusz légköre ennek a vízmennyiségnek csak egészen kicsiny töredékét tudta megtartani és jelenleg a Vénusznak csak mintegy 30 cm-nyi vízborításnak megfelelő vízkészlete van. Bolygóközi összehasonlításban a Föld mai bőséges vízkészletét annak köszönheti, hogy felszíni hőmérséklete a több tényezős önszabályozás folytán igen szük és a víz megtartása szempontjából rendkívül kedvező tartományon belül maradt (Szesztay 2011). 3. A Mars hajdani vízbősége A víz jelenléte és múltbeli tevékenységének nyomai teszik a bolygókat és holdakat a Naprendszert alakító folyamatok egységének és sokféleségének kifejezőjévé. A rendszer egységét a közös kezdeti feltételek, a sokféleségét a planetáris sorsok különbözősége képviseli. Az esetenkénti sorsok formálódásának legfőbb tényezője az elkülönülő anyagi tömeg nagysága, ami a planetáris történelem időbeliségének ütemét jelöli ki. A sorsformálódási folyamatok mozgatója pedig az anyagi tömegek radioaktív elemei (mint a rádium, tórium, kálium és uránium), amelyek fűtik az elkülönülő planéták (bolygók és holdak) belsejét, és a kéregképződés járulékaként táplálják a vulkanikus tevékenységet. Az ilyen módon kibontakozó geokémiai folyamatok széndioxidot, vízpárát és más légnemű anyagokat juttatva a feszinre, létrehozzák és formálják a planéták légkörét. A planéta tömegének meghatározó szerepét jól szemlélteti a Hold, a Mars és a Föld tejtonikai történetének összehasonlítása. A belső hő által kezdeményezett tektonika mindhárom planétán egyibőben, a Naprendszer mintegy 4,5 milliárd évvel ezelőtti kialakulásakor indult meg. A Marsnál mintegy 10-szeresen kisebb tömegű Hold esetében a rádioaktivitás és kőzetképződés mintegy 700 millió évig tartott. A Marsnál mintegy 10-szeresen nagyobb tömegű Föld esetében a vulkanikus tevékenység a 4,5 milliárd évnyi planetáris történelmet végig kísérte és ma is folytatódik. A Mars esetében a kéregképződés időszaka mintegy 2-3 milliárd évre tehető. A folyamat legintenzívebb középső szakaszában olyan hatalmas víztömeg jutott a felszínre, ami a Föld északamerikai Grand Kanyon-jánál többszörösen (kb. háromszorosan) nagyobb méretű Mars-i szurdokot hagyta hátra. 4. Égitestből élettér A Naprendszeren belüli és azon túli bolygók és holdak vizsgálatának legfontosabb célja és végső kérdése a Földéhez hasonló élővilágot hordozó égitestek keresése. Az ilyen célú kutatások módozatainak és eszközeinek megválasztásához egyik célszerű kiindulópont: hogyan vált a Föld égitestből élettérré? Ennek az átalakulásnak fizikai előfeltételei akkor alakulnak ki, amikor a csillagközi térségekben összesodródó hidrogén halmaz a gravitációs erők hatására egyre sűrűsödve és melegedve eléri a 60 millió C° körüli hőmérsékletet. Ezen a hőmérsékleten ugyanis a hidrogén „kigyullad" és a megszülető csillag belső tüze az eddigieknél sokkal gyorsabban melegedve eléri a 3 milliárd fokot, és közben legyártja a hidrogénnél magasabb protonszámú elemek sorozatát. Ez a gyártási folyamat a 26-os protonszámú vasig terjedően az egyre magasabb protonszámu elemek sorozatos kigyulladásával folytatódik (vagyis az előző égési szakasz égésterméke válik a következő szakasz fűtőanyagává). A vasnál magasabb protonszámú elemekre ez a magfűziós „tűz-staféta" nem folytatódhat, mert a fúzió energia termelőből energia fogyasztóvá válik, és az ehhez szükséges energiát a csillag tömegének részleges, vagy teljes szétrobbanása tudja csak biztosítani. A csillag-robbanással az eddig keletkezett új kémiai elemek a csillagközi térben szétszóródnak, és az ősrobbanással keletkezett hidrogénnel és héliummal elkeveredve egy ujabb csillagképződés nyersanyagává válnak. A fenti égési és robbanási folyamatokban keletkező újabb és újabb kémiai elemek kozmikus tömege a protonszám emelkedésével meglehetősen gyorsan csökken (2. ábra), de a csökkenő irányzatot amint az ábra furészfogai mutatják a szomszédos elemeket tekintve igen jelentős egyedi sajátosságok tarkítják. Amint a 2. táblázat 7. oszlopa mutatja, a kozmikus anyagkészletnek még ma is 98,4 %-a Big-Bang termelte hidrogén és hélium. A csillagkohókból mintegy 15 milliárd éven át kikerült második csoportbeli (a 3 és 26 protonszám közötti) kémiai elemek a teljes anyagkészletnek 1,4 %-át érik el. A meglehetősen ritka csillagrobbanásokban született harmadik csoportbeli (27 protonszámon túli) nehéz elemek együttes részaránya pedig mindössze 0,2 %! Az anyagi világ élet-centrikus fejlődésének egyik csodálatos vívmánya, hogy ezek az arányok az élet bölcsőjében, bolygónk kőzet kérgében - amint a táblázat 8. oszlopának adatai mutatják - visszájukra fordultak. Itt már az élettér felépítéséhez és az élővilág kibontakozásához elsődlegesen fontos kémiai elemeket magában foglaló második csoportbeli elemek részaránya éri el az előbbinél is valamivel nagyobb csúcs-arányt, a 98,6 %-ot. A kozmikus megfelelőjének, a hidrogénnek és héliumnak a részaránya pedig 98,4ről 0,3 %-ra csökkent. Bár nem ilyen látványosan, de viszonylagos értékekben a kozmikushoz képest több mint ötszörösen (0,2-ről 1,1-re) növekedett bolygónk kőzeteiben a harmadik csoportbeli nehéz kémiai elemek részaránya is. Az élet-centrikus önszervezés felé irányuló egyik fontos kérdés,:milyen eszközei és megoldásai voltak az anyagi világ kozmikus, szoláris és panetáris fejlődésének a részarányok ilyen gyökeres átalakítására? A valószínűsíthető válasz egységes stratégiára és rendkívül sokrétű eszköztárra utal. Bolygónk kőzetképződését segítő adottságok csírái a kémiai elemek kulcskérdéséig, az egy atommagban stabilan vagy időszakosan együtt maradni képes protonok és neutronok arányához nyúlik vissza. Ebből következik ugyanis, hogy a szomszédos, vagy egymáshoz közeli proton számú atommagok keletkezésének esélyei mind a magfűziós (csillag égéses), mind a neutron bombázásos (csillag robbanásos) születés körülményei között igen jelentősen eltérnek egymástól. Ilyen módon a kémiai elemek a Napbeli előfordulási gyakoriságában (ami jó közelítéssel a kozmikus átlagra is jellemző) megmutatkozik ugyan a nagyobb proton számú elemek csökkenő irányzata, de ugyanakkor a szomszédos, vagy közeli elemek viszonylagos előfordulási gyakorisága között óriási (sok ezerszeres) különbségek vannak (2. ábra).