Откуда взялась вода на Земле
А вы задумывались, откуда вообще на земле вода?
Я не знаю, что меня сподвигло на этот вопрос в субботний день, но все же я нашел на него ответ, мало ли кому-то это тоже интересно.
Существует шесть гипотез появления воды на земном шаре.
Первая: Первая гипотеза исходит из «горячего» происхождения Земли. Считается, что некогда Земля была расплавленным огненным шаром, который, излучая тепло в пространство, постепенно остывал. Появилась первородная кора, возникли химические соединения элементов и среди них соединение водорода с кислородом, или, проще говоря, вода.
Пространство вокруг Земли все более заполнялось газами, которые непрерывно извергались из трещин остывающей коры. По мере охлаждения пары образовывали облачный покров, плотно окутавший нашу планету. Когда температура в газовой оболочке упала настолько, что влага, содержащаяся в облаках, превратилась в воду, пролились первые дожди. Тысячелетие за тысячелетием низвергались дожди. Они-то и стали тем источником воды, которая постепенно заполнила океанические впадины и образовала Мировой океан.
Вторая: Вторая гипотеза исходит из «холодного» происхождения Земли с ее последующим разогревом. Разогрев стал причиной вулканической деятельности. Извергаемая вулканами лава выносила на поверхность планеты пары воды. Часть паров, конденсируясь, заполняла океанические впадины, а часть образовала атмосферу. Как теперь подтверждено, главной ареной вулканической деятельности на первых стадиях эволюции Земли действительно являлось дно современных океанов.
Согласно этой гипотезе вода содержалась уже в той первичной материи, из которой сложилась наша Земля. Подтверждением такой возможности является наличие воды в падающих на Землю метеоритах. В «небесных камнях» ее до 0,5 %. На первый взгляд мизерное количество.
Теперь прикинем: Земля весит 6-1021 т. Если она образовалась из подобных метеоритов, то в ней сейчас должно находиться примерно 30-1018 т воды! Тогда общее количество воды на Земле [(13—15)109 т. ] по крайней мере в 200 раз меньше истинного. Получается, что наша старушка-Земля от самого центра до поверхности, как губка, пропитана водой.
Третья: Третья гипотеза также исходит из «холодного» происхождения Земли с последующим ее разогревом.
На какой-то стадии разогрева в мантии Земли на глубинах 50— 70 км из ионов водорода и кислорода начал возникать водяной пар. Однако высокая температура мантии не позволяла ему вступать в химические соединения с веществом мантии.
Под действием гигантского давления пар выжимался в верхние слои мантии, а затем и в кору Земли. В коре более низкие температуры стимулировали химические реакции между минералами и водой, в результате разрыхления пород, образовались трещины и пустоты, которые немедленно заполнялись свободной водой. Под действием давления воды трещины раздавались, превращались в разломы, и вода через них устремлялась на поверхность. Так возникли первичные океаны.
Однако деятельность воды в коре Земли этим не исчерпывалась. Горячая вода довольно легко растворяла в себе кислоты и щелочи. Эта «адская смесь» разъедала все и вся вокруг, превращаясь в своеобразный рассол, который и придал морской воде присущую ей и поныне соленость.
Тысячелетия сменяли друг друга. Рассол вширь и вглубь неумолимо расползался под гранитными основаниями континентов. Проникнуть же в собственно гранит ему дано не было. Пористая структура гранита, подобно тонкому фильтру, задерживала взвеси. «Фильтр» засорялся, а засорившись, начинал играть роль экрана, преграждавшего путь воде.
Если все это имело место, то под материками на глубине 12— 20 км расстилаются океаны сжатой и насыщенной растворенными солями и металлами воды. Вполне возможно, что такие океаны раскинулись и под многокилометровой толщей базальтового дна наземных океанов.
В пользу приведенной гипотезы свидетельствует резкое возрастание скорости сейсмических волн на глубине 15—20 км, т. е. как раз там, где должна пролегать граница предполагаемого раздела между гранитом и поверхностью рассола, граница резкого изменения физико-химических свойств вещества.Приведенную гипотезу подтверждает и так называемый дрейф материков. Гранитные громады материков перемещаются. Они «плывут», хотя скорость их движения составляет всего несколько сантиметров в столетие. Отчего же не предположить, что океаны рассолов выполняют роль своеобразной пленки под «днищами» материков, подобно пленке масла в подшипнике между цапфой и валом.
Если рассолы существуют, то в будущем человечество наверняка использует их как богатейшую жидкую руду, в которой растворены ценнейшие элементы и их соединения.
Четвертая гипотеза принадлежит английскому астрофизику Хойлу и опубликована сравнительно недавно, в 1972 г. Она представляет собой следствие из гипотезы происхождения Солнечной системы. Суть ее такова: конденсация протопланетного облака, окружавшего наше прото-Солнце, протекала неравнозначно на разных расстояниях от Солнца. Чем дальше от него, тем температура облака была ниже. Ближе к Солнцу могли конденсироваться, скажем, металлы как вещества более тугоплавкие. А там, где проходят орбиты Урана, Нептуна и Плутона, по расчетам Хойла, температура составляла примерно 350 К, что уже достаточно для конденсации паров воды. Именно этим обстоятельством можно объяснить «водную» природу Урана, Нептуна и Плутона, образовавшихся в процессе слияния частиц льда и снега. «Водную» природу указанных планет подтверждают новейшие астрономические наблюдения.Однако в процессе формирования внешних планет имело место гравитационное «выталкивание» глыб льда в область внутренних планет. Те из глыб, которые обладали достаточными размерами, не успев полностью испариться от солнечных лучей, достигали Земли и падали на нее в виде своеобразного ледяного «дождя». Очевидно, такие «дожди» были более обильными на Марсе и весьма скудными на Венере.
Расчеты, выполненные Хойлом, подтверждают возможность образования земных океанов из ледяных дождей, для чего потребовалось всего несколько миллионов лет.
Пятая гипотеза, как и четвертая, предполагает чисто космическое происхождение воды, но из других источников. Дело в том что на Землю из глубин космоса непрерывно низвергается ливень электрически заряженных частиц. И среди этих частиц изрядную долю составляют протоны — ядра атомов водорода. Пронизывая верхние слои атмосферы, протоны захватывают электроны и превращаются в атомы водорода, которые тут же вступают в реакцию соединения с кислородом атмосферы. Образуются молекулы воды. Расчет показал, что космический источник такого рода способен дать почти 1,5 т воды в год, и эта вода в виде осадков достигает земной поверхности.
Полторы тонны. По глобальным меркам — ничтожное количество. Но следует иметь в виду, что образование такой космической воды началось одновременно с возникновением планеты, т. е. 5—7 млрд. лет назад.
Шестая гипотеза Как установлено учеными, примерно 250 млн. лет назад на Земле был единый континент. Затем, неизвестно по каким причинам, он треснул, и части его начали расползаться, «уплывать» друг от друга.
Доказательствами существования некогда единого материка является не только подобие береговых линий, но также сходство флоры и фауны, сходство геологических структур побережий. Короче говоря, ныне мало кто сомневается в единстве континентов Земли в прошлом. Недоумение вызывает другое: как могут, подобно гигантским «айсбергам», уплывать друг от друга глыбы материков, если их корни уходят вглубь на десятки километров? И что приводит их в движение?
Исследования последних лет подтвердили: да, материки «плывут», расстояние между ними непрерывно увеличивается. Передвижение материков блестяще объясняет гипотеза расширяющейся Земли. Гипотеза утверждает: первоначально Земля имела радиус вдвое меньший, чем сейчас. Материки, слитые тогда воедино, опоясывали планету.Океанов не существовало. И вот на границе протерозоя и мезозоя (250—300 млн. лет назад) Земля начала расширяться. Единый материк дал трещины, которые, наполнившись водой, превратились в океаны. И с тех пор по наше время радиус Земли увеличился вдвое!
Изобретение атомных часов позволило с абсолютной точностью определить долготу и широту земных объектов по звездному небу. Измерения показали, что наша планета. продолжает расширяться! Расширяется, например, Европа. Москва и Ленинград «плывут» на восток со скоростью 1 см в год. А Гамбург, расположенный в центре Европы, остается на месте.
Скорость расширения европейского континента огромна. Ведь за каких-нибудь 20 млн. лет (ничтожнейший срок для геологической эпохи) в результате такого перемещения может образоваться чаша будущего океана шириной в 4000 км.
Однако до сих пор у сторонников гипотезы расширяющейся Земли не было доводов, с помощью которых они могли бы объяснить, почему Земля расширяется.
Теперь такие доводы есть.
Напомним прежде всего (и мы к этому еще вернемся), что Вселенная на 98 % состоит из водорода, т. е. из элемента, рождающего воду. На 98 % из водорода состоит и наша Земля. Он пришел к нам вместе с теми частицами холодной космической пыли, из которой образовались все планеты Солнечной системы. А среди этих частиц находились и атомы металлов.
Вот тут-то мы и сталкиваемся с интереснейшим явлением. Оказывается, металлы способны поглощать огромное количество водорода — десятки, сотни и даже тысячи объемов на один свой объем. Далее: чем больше водорода поглощает (или присоединяет) металл, тем плотнее он становится, т. е. все более уменьшается в объеме. Да, мы не оговорились — уменьшается.Так, щелочные металлы, присоединяя водород, уменьшаются в объеме в 1,5 раза уже при атмосферном давлении. Что же касается других металлов (например, железа и никеля, из которых, по мнению ученых, сложено ядро Земли), то при нормальном атмосферном давлении (105 Па) уменьшение объема у них весьма незначительно.
Однако по мере уплотнения пылевого облака происходило его гравитационное сжатие, и давление внутри прото-Земли возрастало. Соответственно росла и степень поглощения водорода металлами группы железа. Сжатие порождало антипод давления — разогрев. А так как наибольшему сжатию подвер
Откуда взялась вода на планете Земля
Вода — это химическое соединение водорода и кислорода. С наличием на нашей планете первого все ясно — из водородного облака родилась вся Солнечная система.
Но откуда взялся кислород и как появилась вода на Земле, до сих пор достоверно неизвестно.
Горячее происхождение Земли
Наша планета когда-то была раскаленным телом. В результате остывания появилась литосфера.
Водород среди земных химических соединений был изначально, появившись из протооблака, а кислород «прислали» в нашу систему звезды, существовавшие и погибшие задолго до возникновения Солнца.
Каждая из них выплеснула в космос большое количество сырья для новых миров.
В результате реакции двух химических элементов появилась парообразная вода. Она выходила из трещин в планете и заполняла собой пространство. Охлаждаясь, пар образовывал облака. Когда температура во вновь рожденной атмосфере снизилась, содержащийся в облаках пар превратился в жидкую воду, пошли дожди.
Ливни шли несколько тысячелетий, заполнив все выемки на земной тверди и образовав протоокеан.
Холодное происхождение Земли
Приверженцы этой теории утверждают, что планета родилась уже холодной.
Однако наличие в центре Земли раскаленного ядра доказывает, что в силу каких-то причин, например из-за распада радиоактивных элементов, в недрах планеты начала подниматься температура.
Холодная версия с последующим разогревом
Сначала наша планета была холодной, затем стала раскаляться, что вызвало вулканизм. Магма выносила из недр на поверхность водяной пар, который уже содержался в протоматерии, образовывавшей Землю.
Часть пара остывала, становилась жидкой и заполняла океаническую чашу, а часть стала будущей атмосферой.
Гипотеза английского астрофизика Хойла
Британский ученый утверждал, что конденсация первичного водородного облака проходила по-разному во всех зонах Солнечной системы, в первую очередь из-за разницы температур:
- Непосредственно около светила конденсировались металлы, потому что солнечного тепла хватало, чтобы расплавить даже такие тугоплавкие элементы.
- Далее орбиты Сатурна температура была такова, что конденсировались там преимущественно водяные пары. Это объясняет водную природу транссатурновых объектов.
Но процесс происхождения дальних планетарных тел не был гладким. По какой-то причине вырванные из них глыбы льда полетели в направлении ближних планет. Часть объектов таяла по дороге, но крупные экземпляры не успевали растаять под воздействием лучей Солнца, долетали до Земли, оседали в ее атмосфере ледяными каплями, превращаясь в дожди.
Математическими расчетами Хойл доказал, что таких осадков было достаточно, чтобы за несколько миллионов лет образовать океаны.
Вода появилась из космоса
Из глубин космоса на Солнечную систему постоянно направлены потоки ионов — это доказанный факт.
Фото и видео подобных ионных ливней предоставляли космическая обсерватория «Хаббл» и межпланетные исследовательские станции. Большой объем в таких потоках занимают протоны, являющиеся с химической точки зрения ядрами атомов Н+, точнее протия — легкого водородного изотопа, не имеющего электрона.
Проливались ионные дожди и много миллиардов лет назад. Достигая верхних слоев земной атмосферы, они захватывали электроны и превращались в чистый водород, который тут же вступал во взаимодействие с кислородом и образовывал воду. А она изливалась на поверхность Земли в виде осадков.
Расчеты показывают: таким образом может быть образовано всего 1,5 т воды ежегодно. Но за миллионы и миллиарды лет космическая вода на планете могла создать Мировой океан.
Расширение планеты и дрейф материков как причина образования воды
250 млн лет назад существовал 1 сверхконтинент, который впоследствии разделился на части, начавшие двигаться друг от друга так, что между ними образовались широкие проемы, ставшие впоследствии океанами.
Это явление может объяснить гипотеза расширения Земли. Сторонники версии утверждают, что первоначально наша планета была в обхвате в 2 раза меньше, чем сейчас, и материки, вначале слитые воедино, могли полностью ее опоясать. Затем космическое тело начало расширяться, и в едином материке появились трещины — будущие океанические впадины.
С тех пор Земля продолжает расширяться — это доказали последние исследования с применением сверхточных атомных измерительных приборов.
Ученые определили, что:
- средняя полоса России смещается в восточном направлении со скоростью 1 см в год;
- Германия при этом остается неподвижной.
С такой скоростью всего за 20 млн лет (это маленький срок с геологической точки зрения) на месте Европы может появиться новый океанический пролив шириной 4 тыс. км.
Одна из версий, почему расширяется планета, — активное участие в данном процессе водорода. Земля, окружающие ее планеты, кометы и иные небесные тела состоят из этого химического элемента более чем на 95%.
К нам водород пришел в момент рождения Протоземли вместе с первичным облаком, среди атомов которого были и металлы, отличающиеся способностью поглощать водород в большом количестве, в тысячи раз больше, чем свой размер. И чем больше это поглощение, тем металл активнее уплотняется.
По мере того как пылевое облако становилось плотнее, давление внутри будущей Земли росло, небесное тело разогревалось.
Максимальное сжатие было в его центральных областях, и в какой-то момент температурные показатели в земном ядре достигли критических значений, вызвав обратный процесс — водород начал выделяться из металлов. Ядро резко расширилось, и верхние земные слои не выдержали — треснули.
Водород, проходя сквозь недра, захватывал по пути кислород, появляясь на поверхности уже в виде пара. Он конденсировался, превращаясь в воду, и заполнял литосферные впадины, образуя океаны.
Океан внутри планеты — земное происхождение воды
Это вариация версии, что Земля появилась холодной, а после начала разогреваться. В недрах образовался водяной пар, но с окружающим веществом он в реакции не вступал — мешала высокая температура. Пар накапливался и затем под давлением поступал в прохладные верхние слои планеты.
Там он:
- взаимодействовал с минералами;
- остывал, превращаясь в воду;
- разрывал горные породы.
Возникли пустоты, которые заполнила жидкость, вышедшая через увеличивающиеся трещины на поверхность и образовавшая протоокеан.
Процесс продолжался не одно тысячелетие. Оставшаяся в коре влага взаимодействовала с кислотами и щелочами, постепенно превращаясь в соленый раствор.
Жидкость неумолимо растекалась под основаниями тверди, но в кору проникнуть не могла из-за мелкопористой структуры основной горной породы — гранита. Поры задерживали взвеси, забивались, и тектоническая плита начинала выполнять функцию защитного экрана, который преградил путь воде.
Если эта теория верна, на глубине от 12 до 20 км под континентами и сейчас плещется соленый океан.
Доказательством гипотезы служит резкое увеличение скорости тектонических колебаний на этой глубине, как будто по линии смены химико-физических свойств материи.
В пользу версии говорит и продолжающийся до сих пор дрейф материков. Возможно, под днищами континентальных плит находится нечто, играющее роль масляной пленки, способствующей движению и уменьшающей трение.
Откуда взялось так много воды на Земле?
Наверное, самый ценный ресурс на нашей планете – это вода. Без нее было бы невозможно возникновение жизни на нашей планете, ведь она формирует внутреннюю среду любого живого организма, в том числе и человека. Мы не способны прожить без жидкости более трех дней, а потеря 15-20 процентов воды способна привести к смерти.
Первоначально Земля была безводной
Запасы водных ресурсов на Земле просто колоссальны. Но если вспомнить историю возникновения нашей планеты, то выходит, что наличие здесь такого количества воды противоречит законам физики.
Считается установленным и неоспоримым, что Земля возникла из протопланетного диска, представляющего собой облако раскаленного газа и пыли. Он был раскален первые несколько миллионов лет. Когда образовалась поверхность, она находилась в расплавленном виде из-за постоянных столкновений с космическими телами. Центр Земли до сих пор находится в таком состоянии.
Даже если на Земле и была какая-то вода, под действием высоких температур она должна была выпариться.
Выходит, молодая планета, которую мы сегодня называем Землей, была абсолютно безводной.
Две теории появления воды на Земле
Недавно американский научный журнал Science Advances опубликовал новую гипотезу возникновения воды на Земле. Она гласит, что земная влага имеет космическое происхождение.
Авторы этой версии не подвергают сомнению тот факт, что земная поверхность первоначально была абсолютно сухой. Но они считают, что позже вода попала на нашу планету вместе с астероидами. Эта гипотеза известна уже давно. Параллельно с ней существует версия, согласно которой вода попала на поверхность планеты из ее недр через вулканы.
Но в последнее время появляется все больше доказательств и аргументов в пользу космической теории.
Поиски космической влаги
Большой удачей стала японская космическая миссия Хаябуса в 2010 году. Ей удалось доставить образцы частиц, собранных с поверхности астероида Итокава.
С помощью ионного микрозонда они обнаружили в низкокальциевом пироксене, доставленном из далекого космоса, микроскопические частички влаги. Раньше этот минерал считался безводным. Причем воды в этой породе оказалось гораздо больше, чем ожидалось.
Сравнительный анализ изотопного состава водорода, содержащегося в воде с Итокавы, оказался идентичным водороду в составе земной воды. По мнению исследователей, это указывает на то, что она имеет общий источник происхождения.
Получается, что минералы впитывали в себя воду из протопланетарного диска и удерживали в себе.
Предположение логичное, но остается один вопрос. Как влага смогла удержаться в минерале при сверхвысоких температурах?
Исследования проб с астероида дали ответ и на этот вопрос. Компьютерное моделирование показало, что минерал даже в подобных условиях теряет не более десяти процентов содержащейся в его составе влаги.
Даже если проведенные исследования не способны доказать неоспоримость космической гипотезы возникновения воды на Земле, они в значительной степени меняют наше представление о далеком космосе. Оказывается, что там гораздо «мокрее», чем мы думали раньше.
Источники:
http://pikabu.ru/story/a_vyi_zadumyivalis_otkuda_voobshche_na_zemle_voda_2069961
http://o-kosmose.ru/solnechnaya-sistema/otkuda-vzyalas-voda-na-planete-zemlya
http://topcor.ru/8635-otkuda-vzjalos-tak-mnogo-vody-na-zemle.html
