Откуда берется вода? Основные источники возникновения и пополнения запасов воды на Земле. Наполнили колодец Откуда в природе появляются горячие воды
Существует несколько принципиально отличающихся друг от друга предположений, которые разделили ученые умы на два лагеря, одни являются сторонниками метеоритного или «холодного» происхождения земли, другие же напротив доказывают «горячее» происхождение планеты. Первые полагают, что Земля первоначально была большим твердым холодным метеоритом, вторые же утверждают, что планета была горячей и крайне сухой. Неоспоримым является лишь тот факт, что такой жизненно важный элемент, как вода, появился на Земле на этапе формирования голубой планеты, то есть задолго до .
Гипотеза «холодного» происхождения планеты
Согласно гипотезе «холодного» происхождения земной шар в начале существования был холодным. В дальнейшем благодаря распаду недра планеты начали разогреваться, что и стало причиной вулканической деятельности. Извергаемая лава выносила на поверхность различные газы и пары воды. В дальнейшем при постепенном охлаждении атмосферы произошла конденсация части водяных паров, что привело к огромному количеству осадков. Непрерывные дожди на протяжении тысячелетий на начальном этапе формирования планеты стали источником воды, заполнившей океанические впадины и образовавшей Мировой океан.
Гипотеза «горячего» происхождения планеты
Большинство ученых, выдвигающих гипотезу «горячего» происхождения Земли, никак не связывают появление воды на планете с . Ученые предположили, что в структуре планеты Земля изначально присутствовали водородные пласты, которые в дальнейшем вступили в химическую реакцию с кислородом, находившимся в земельной мантии на начальном этапе формирования. Результатом данного взаимодействия явилось появление огромного количества воды на планете.
Тем не менее, часть ученых не исключают участие астероидов и комет в создании водного пространства на огромной территории земли. Они предполагают, что именно благодаря непрерывным атакам со стороны больших комет и астероидов, которые несли в себе резервы воды в виде жидкости, льда и пара, появились огромные водные пространства, заполняющие большую часть планеты Земля.
Во все времена люди хотели знать, каким образом образовалась планета Земля. Несмотря на то, что существует масса гипотез, вопрос о происхождении воды на нашей планете по-прежнему остается открытым.
Землю часто называют «Голубой планетой» и не только из-за состава атмосферы, который придает планете нежный голубоватый оттенок, но и благодаря океанам, покрывающим более 70% земной поверхности. Именно в океанах появилась жизнь и поэтому ученых занимает вопрос, когда и как появилась вода на Земле.
Ранее считалось, что океаны сформировались на нашей планете, когда та уже была достаточно «взрослой», но последние исследования, проведенные в Океанографическом институте Вудс-Холл (США) доказывают, вода на Земле были всегда.
Согласно существовавшей ранее теории планеты формируются сухими, так как их образование связано с высокоэнергичными и ударными процессами. Если на «юных» планетах и есть водные молекулы, то они испаряются, пока планета не завершит стадию образования. Вода на планетарные тела попадает уже после окончания их формирования, после падения комет и «мокрых» астероидов, состоящих их замороженной воды и газов. По этой теории, вся вода, существующая на Земле сегодня, попала на планету спустя миллионы лет после ее рождения.
В своих исследованиях ученые из института Вудс-Холл, обратились к углистым хондритам, которые также являются потенциальным источником планетарной воды. Самые простые метеориты из этого вещества были образованы в потоке пыли, льда и газов, породивших Солнце, задолго до появления других тем нашей звездной системы.
По словам сотрудника Вудс-Холл Суне Нильсена, именно углисто-хондритовые метеориты являются самыми распространенными объектами в Солнечной системе. В них содержится достаточно большое количество водных молекул и ранее они считались главным источником появления воды на нашей планете.
Чтобы выяснить, когда и как появилась вода на Земле, ученые измерили соотношение стабильных изотопов водорода, обычного с одним нейтроном и дейтерия с двумя. В различных областях нашей звездной системы они это соотношение различается. Далее исследователи пришли к выводу, что сравнение соотношения углистых хондритов в объекте, сформировавшемся одновременно с нашей планетой, может помочь ответить на вопрос когда и как появилась вода на Земле.
Астероиды 4-Веста был сформированы в том же районе, что и Земля и одновременно с ней. Их покрывает базальтовый слой застывшей лавы. Эти небесные тела являются древнейшими резервуарами водорода в нашей системе, так как появились спустя 14 миллионов лет после рождения Солнечной системы. В это время наша планета была на стадии своего формирования. Благодаря, всем этим характеристикам 4-Веста, стали идеальными объектами определения того, как появилась вода на Земле и когда.
Проанализировав собранные НАСА образцы, ученые пришли к выводу:в них такое же соотношение изотопов водорода и азота, что и в углистых хондритах, и в составе Земли. Это делает их самым вероятным источником водных молекул в Солнечной системе. Следовательно, водные ресурсы появились на Земле одновременно с твердыми породами. Наша планета была рождена в воде.
В ходе исследований ученые не учитывали воду, попавшую на планету позднее, так как это не являлось необходимым. На Земле в ее «детские годы» уже было достаточно водных ресурсов для рождения океанов. В сочетании с остальными условиями на заре формирования нашей планеты это привело к рождению жизни на Земле. Возможно, что и на других планетных телах существовало достаточно влаги для появления живых существ, однако изменение климата позднее сделало их непригодными для жизни.
На тему того, каким образом на нашей планете появилась вода ученые спорят давно, большинство специалистов придерживаются той точки зрения, что вода на Землю была занесена около 4 - 3,6 млрд лет назад, еще на этапе активного формирования планеты, когда ее беспрерывно атаковали тысячи больших и малых астероидов и комет.
Некоторые из таких астероидов, полагают ученые, были довольно крупными и содержали в себе приличные запасы воды в виде пара, жидкости или льда.
Теперь же появилась и новая теория. Японские специалисты предполагают, что почти вся вода на Земле появилась здесь же, а не была занесена из космоса. Геологи из токийского Института технологий говорят, что на этапе начального формирования планеты в структуре Земли присутствовали целые пласты, состоящие из водорода, они вступали в химическую реакцию с кислородом, присутствующим в земной мантии, в результате чего на планете образовывалась вода в больших количествах. “Вода крайне необходима для возникновения и развития жизни на Земле, однако откуда она появилась на планете и почему она существует?", - говорит ученый из Института технологий в Токио Хиденори Генда.
Геологи предполагают, что сразу же после того, как планета была сформирована, она была крайне горячей и сухой. В теории, около 3,8 млрд лет назад миллионы комет и астероидов, богатых водой, атаковали Землю, это же объясняет почему океаны появились уже после того, как закончилось формирование планеты.
Однако исследования показывают, что в структуре естественной природной воды , особенно в океанах и морях, содержится много дейтерия, элемента называемого также "тяжелый водород". Дейтерий возникает тогда, когда происходят некоторые реакции с водородом, в результате чего небольшой процента атомов водорода получает дополнительный электрон и фактически становится дейтерием. По мнению ученых, этот фактор указывает на земное происхождение воды.
Японские ученые предполагают, что ранняя Земля имела толстую водородную атмосферу, которая взаимодействовала с кислородом в структуре планеты, в результате чего и образовывалась вода. Идею того, что планета обладала толстой водородной атмосферой специалисты строят на основании анализа орбиты Земли. На сегодня орбита Земли, также как и Марса с Венерой, довольно круглая, но раньше он была более вытянутой, так как притяжение Солнца действовало не так сильно, а молодые планеты Солнечной системы вращались в огромном водородом протопланетарном облаке. Кроме того, специалисты говорят, что часть дейтерия образовалась и в результате реакций с космическими элементами в верхних слоях атмосферы.
Вместе с тем, сами японские специалисты говорят, что пока их идея является лишь теорией, которую предстоит детально изучить и проанализировать. "Возможно нам придется пересмотреть теорию внеземного происхождения воды, но скорее всего вода появлялась как на планете, так и заносилась сюда космическими объектами" - полагает Кетрин Алтвегг, астроном из Университета города Берн (Швейцария).
На Земле достаточно много воды. По разным оценкам на поверхности нашей планеты ее присутствует около 1,38 миллиарда кубических километров. Откуда взялась вся эта вода? Новое исследование утверждает, что вода могла появиться на Земле вместе с космической пылью, из которой возникла наша планета около 4,5 миллиардов лет назад.
Исследователи из Германии, Нидерландов и Великобритании выдвинули интересную гипотезу. В ней утверждается, что вода могла попасть на Землю в молекулах. Они находились в пыли протопланетного облака , предшествующего появлению планет Солнечной системы. Ученые основывались на расчетах и симуляциях, которые были частью их нового исследования.
Откуда вода на Земле?
Астрономы уже очень давно пытаются понять, как на Земле появилось столько воды, говорится в докладе. Одно из объяснений этого факта утверждает, что воду на Землю кометы и . Они прилетали в Солнечную систему на ранних этапах ее формирования. Они падали на Землю, давая планете воду. Другое распространенное объяснение состоит в том, что Земля изначально была богата водой, поскольку сразу родилась из содержащих воду камней размерами в десятки километров. Эта гипотеза не имеет перспектив, отмечает отчет, поскольку способность больших камней содержать значительное количество воды довольно ограничена.
В новом исследовании предлагается еще одно реалистичное объяснение появления воды на ранней Земле. Командой исследователей выполнялись интересные расчеты. Они показывают, что в той области пространства, где была рождена Земля, было изобилие мельчайших частиц пыли. Их размеры были около одного миллиметра, и они содержали . Эти пылевидные зерна могли в те времена собираться вместе, даже образуя что-то вроде гальки. А она, в свою очередь, начинала расти в размерах, достигая больших объемов.
Эти каменистые обломки сталкивались между собой и в итоге сформировали Землю. Вода просачивалась сквозь них, как сквозь губку, и затопляла поверхность молодой Земли. Описанные события вполне могут объяснить то количество воды, которое мы наблюдаем на нашей планете.
Ученые, выполнившие расчеты, также показали, что мелким пылевым зерна понадобятся всего около миллиона лет, чтобы собрать то количество воды, которая находится на Земле прямо сейчас. Эта временная шкала в миллион лет также вписывается в тот временной интервал, в течение которого Земля должна была быть сформирована из массивных каменистых обломков.
Вам могут понравиться эти статьи:
Обнаружен простой химический процесс, который мог…
Астрономы Шон Раймонд (Университет Бордо, Франция) и Андре Изидоро (Университет штата Сан-Паулу Жулиу ди Мескита Филью, Бразилия) описали возможный механизм того, как вода попала на Землю. Их исследование опубликовано в журнале Icarus, доступно на сайте arXiv.org, о нем в своем блоге рассказал первый автор.
Ученые полагают, что у воды на Земле и небесных телах из пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера общее происхождение, связанное, в первую очередь, с формированием газовых гигантов в Солнечной системе.
Океаны покрывают три четверти Земли, однако на воду, находящуюся на поверхности, приходится всего одна четырехтысячная общей массы планеты. Вода и в мантии (в виде гидратированных пород), и в ядре Земли. Сколько ее там - неизвестно, вероятно, раз в десять больше, чем на поверхности.
В общем, воды на Земле мало, немного ее и на Луне, Меркурии, Венере и Марсе. Возможно, на Венере и Марсе раньше было больше воды. Основной резервуар воды в рамках орбиты Юпитера - пояс астероидов.
Во внутренней части главного пояса, в пределах 2-2,3 астрономической единицы от Солнца, преобладают астероиды класса S (каменистые), во внешней - класса C (углеродистые). Есть и другие астероиды, однако не столь массивные. В астероидах класса С воды больше, чем в классе S, - около десяти процентов (по массе).
Выяснить происхождение воды можно, проведя изотопный анализ водорода, содержащегося в воде различных небесных тел. Кроме протия, водорода с ядром из одного протона, в природе встречаются дейтерий (с протоном и нейтроном) и совсем редко - тритий (с протоном и двумя нейтронами).
Фото: World History Archive / Globallookpress.com
Изотопный анализ выявляет несколько особенностей. У Солнца и газовых гигантов соотношение содержания дейтерия и трития на один-два порядка меньше, чем у Земли. Зато у астероидов класса C этот показатель практически такой же, как у нашей планеты. Это указывает на общее происхождение воды.
У комет в облаке Оорта соотношение содержания дейтерия и протия примерно в два раза выше, чем у Земли. Есть три кометы в пределах орбиты Юпитера, у которых этот параметр близок к земному, однако там же имеется одна комета, где данный показатель в 3,5 раза больше. Все это может означать, что у воды на кометах разное происхождение и только часть ее образовалась так же, как на Земле.
Планеты формируются вокруг молодых звезд в гигантских газопылевых дисках. Ближе к светилу слишком жарко, поэтому там возникают планеты, богатые кремнием и железом. Дальше от звезды холоднее, там небесные тела могут формироваться и из водяного льда. Земля возникла в той части протопланетного диска, где рождались каменистые небесные тела, без воды. Значит, она попала на планету извне.
С другой стороны, астероиды классов S и C слишком отличаются, чтобы они могли образоваться рядом друг с другом. Кроме того, граница, за которой формировались ледяные небесные тела, в ходе эволюции Солнечной системы постоянно перемещалась, решающую роль в этом сыграл Юпитер.
Юпитер и Сатурн, как полагают ученые, сформировались в два этапа. Сначала они представляли собой твердые небесные тела, в несколько раз тяжелее современной Земли, а затем начали захватывать газ с протопланетного диска. На этом этапе масса и размеры планет резко увеличиваются, гиганты расчищают себе пространство в протопланетном диске.
Крупные Юпитер и Сатурн были окружены тогда небольшими планетезималями - предшественниками протопланет. Когда Юпитер и Сатурн росли, орбиты планетезималей вытягивались, пересекая внутреннюю часть Солнечной системы и удаляясь от светила. Но Юпитер и Сатурн все еще притягивали газ из протопланетного диска, в результате чего, как показало проведенное моделирование, орбиты планетезималей скорректировались Юпитером и переместились в область современного пояса астероидов.
Сатурн возник позже Юпитера, и его формирование привело к новой миграции планетезималей, хотя и не столь значительной. Главный вывод исследователей - астероиды класса C появились в поясе из пределов орбит газовых гигантов после того, как Юпитер и Сатурн завершили свое формирование (хотя некоторые планетезимали могли достичь орбиты Нептуна).
По мнению ученых, вода попала на нашу планету в период формирования пояса астероидов благодаря планетезималям определенного типа (а именно - астероидам класса C) с сильно эксцентричными (вытянутыми) и нестабильными орбитами, пересекающие траекторию Земли. Изотопный анализ водорода - главное тому подтверждение.
Доставка воды на Землю практически завершилась с формированием Юпитера и Сатурна и исчезновением протопланетного диска. Таким образом, популярная гипотеза, объясняющая небольшие размеры Марса миграцией Юпитера вглубь Солнечной системы, коррелирует с механизмом обогащения водой Земли. Появление во внутренней Солнечной системе (как на каменистых планетах, так и в поясе астероидов) воды, важнейшего источника жизни на Земле, - это, оказывается, просто побочный эффект роста Юпитера и Сатурна.
