Учени разкриха мистерията за произхода на водата на земята. Хипотези за образуването на хидросферата

МОСКВА, 12 януари - РИА Новости. Най-старите скали на Земята от канадски остров в Арктика казаха на учените, че водата на нашата планета е съществувала на нейната повърхност първоначално и не е била донесена от комети или астероиди, според статия, публикувана в списание Science.

"Открихме, че водните молекули в пробите от тези скали съдържат няколко атома деутерий, тежък водород. Това предполага, че той е дошъл на Земята не след като се е образувал и охладил, а заедно с праха, от който е образувана нашата планета. По-голямата част от водата в този прах се изпари, но остана достатъчно, за да се образуват океаните на Земята“, каза Лидия Халис от университета в Глазгоу (Шотландия).

Днес планетарните учени смятат, че водите на Земята имат „космически“ произход. Техният източник, според половината от тях, са комети, докато други астрономи смятат, че водните запаси на нашата планета са „донесени“ до нея от астероиди.
Халис и нейните колеги показаха, че океаните на нашата планета всъщност могат да бъдат пълни със собствена вода, като изследваха проби от най-старите базалти на Земята, открити в Бафиновата земя, Канада, през 1985 г.

Тези фрагменти от земната мантия, както обяснява геологът, съдържат така наречените включвания - малки топчета от кристали от огнеупорни скали, които са се образували в зората на Слънчевата система, преди около 4,5-4,4 милиарда години. Поради факта, че те никога не са напускали недрата на Земята и не са се смесвали със скалите на земната кора, те съдържат първичната материя на нашата планета.

Групата на Халис реши да се възползва от този факт, за да проучи изотопния състав на водата, съдържаща се в тези включвания, и да го сравни със стойностите във фракции на водородни изотопи, които са типични за водите на Земята днес и за астероидите и комети.

Както се оказа, първичните скали на Земята съдържаха необичайно малко деутерий, тежък водород, значително по-малко, отколкото се съдържа във водите на съвременните океани и в материята на малките небесни тела. Това предполага, че източникът на вода е първичната материя на газово-праховия диск, от който са родени Земята и всички останали обитатели на Слънчевата система.

защо е така Първоначално, както обяснява Халис, първичната материя на слънчевата система е съдържала много малко деутерий. Деутерият е по-тежък от „обикновения“ водород и следователно неговите атоми се изпаряват в космоса от повърхността на Земята или други небесни тела много по-бавно от обикновените протони. Следователно, колкото повече време водата прекарва в открито пространство, толкова по-малко деутерий ще съдържа. Това обяснява защо малкото количество деутерий във вода в проби от тези скали показва „земния“ произход на водата в океаните на нашата планета.

Днес много малко учени вярват, че водата и повечето от газовете в земната атмосфера биха могли да се появят на нашата планета „независимо“. Това се обяснява с факта, че Земята се намира в така наречената гореща част на протопланетния диск, където водният лед и други замръзнали летливи вещества постепенно се разрушават под въздействието на ултравиолетовите и други лъчи на новороденото Слънце.

От друга страна, през последните години планетарните учени откриха много доказателства и теоретични доказателства в полза на факта, че Земята и някои други земеподобни планети от Слънчевата система може да са се образували в по-отдалечена и студена част на протопланетарния диск, а след това бяха „изгонени“ от мястото си в съвременните орбити на Юпитер и Сатурн. Откритието на Халис и нейните колеги може да е още един аргумент в полза на тази теория за „миграцията“.

Земята често е наричана "Синята планета" не само заради състава на атмосферата, който придава на планетата деликатен синкав оттенък, но и заради океаните, които покриват повече от 70% от земната повърхност. Животът се появи в океаните и затова учените се интересуват от въпроса кога и как се е появила водата на Земята.

Преди това се смяташе, че океаните са се образували на нашата планета, когато тя вече е била доста „възрастна“, но последните изследвания, проведени в Океанографския институт Уудс Хол (САЩ), доказват, че на Земята винаги е имало вода.

Според съществуващата преди това теория планетите се образуват сухи, тъй като тяхното образуване е свързано с високоенергийни и ударни процеси. Ако има водни молекули на „млади“ планети, те се изпаряват, докато планетата завърши етапа на формиране. Водата достига до планетарните тела след завършване на образуването им, след падането на комети и „мокри“ астероиди, състоящи се от замръзнала вода и газове. Според тази теория цялата вода, която съществува днес на Земята, е дошла на планетата милиони години след нейното раждане.

В своите изследвания учените от института Woods Hall се обърнаха към въглеродните хондрити, които също са потенциален източник на планетарна вода. Най-простите метеорити от това вещество са се образували в потока от прах, лед и газове, които са родили Слънцето, много преди появата на други теми в нашата звездна система.

Според служителя на Woods Hall Sune Nielsen въглеродно-хондритните метеорити са най-често срещаните обекти в Слънчевата система. Те съдържат доста голям брой водни молекули и преди това се смятаха за основния източник на вода на нашата планета.

За да разберат кога и как водата се е появила на Земята, учените измерват съотношението на стабилните изотопи на водорода, нормален с един неутрон, и деутерий с два. В различните области на нашата звездна система това съотношение е различно. Освен това изследователите заключават, че сравняването на дела на въглеродните хондрити в обект, който се е образувал по същото време като нашата планета, може да помогне да се отговори на въпроса кога и как водата се е появила на Земята.

Астероидите 4-Веста са се образували в същата област като Земята и по същото време като нея. Те са покрити от базалтов слой от втвърдена лава. Тези небесни тела са най-старите резервоари на водород в нашата система, тъй като са се появили 14 милиона години след раждането на Слънчевата система. По това време нашата планета беше в етапа на своето формиране. Благодарение на всички тези характеристики 4-Веста станаха идеални обекти за определяне как водата се е появила на Земята и кога.

След анализ на пробите, събрани от НАСА, учените стигнаха до извода: те съдържат същото съотношение на изотопи на водород и азот, както във въглеродните хондрити и в състава на Земята. Това ги прави най-вероятният източник на водни молекули в Слънчевата система. Следователно водните ресурси се появиха на Земята едновременно с твърдите скали. Нашата планета е родена във водата.

По време на изследването учените не са взели предвид водата, която е навлязла на планетата по-късно, тъй като това не е било необходимо. На Земята в нейните „детски години“ вече имаше достатъчно водни ресурси за раждането на океаните. В комбинация с други условия в зората на формирането на нашата планета това доведе до зараждането на живота на Земята. Възможно е на други планетарни тела да е имало достатъчно влага за появата на живи същества, но изменението на климата по-късно ги е направило необитаеми.

Водата е бинарно неорганично съединение, чиято молекула се състои от два водородни атома и един кислороден атом. При нормални условия е безцветна течност (в малки обеми), вкус и мирис. Водата съществува в условията на Земята в три агрегатни състояния, както и върху хидрофилни повърхности - под формата на течни кристали

От древни времена към водата са се отнасяли с уважение, считайки я за един от елементите на природата - въздух, вода, земя и огън. Древногръцкият философ и математик Талес от Милет (624 - 546 г. пр. н. е.) твърди, че водата е най-важната от тях: "... всичко от вода и във вода се разлага." Органичният живот изисква вода и се смята, че тя е служила като място на неговия произход. Около 71% от земната повърхност е покрита с вода - 361,13 милиона квадратни километра. Океаните съставляват 96,5% от цялата вода, 1,7% са подпочвените води, 1,7% са ледниците и ледените шапки на Антарктика и Гренландия. Малко са представени от реки, езера и блата, 0,001% е в облаците. Повечето от водата на земята е солена. Делът на прясната вода е приблизително 2,5%, като по-голямата част от нея се съдържа в ледниците и подземните води. По-малко от 0,3% от цялата прясна вода в реките, езерата и атмосферата. Има няколко теории за възможната поява на вода на нашата планета. Условно те могат да бъдат разделени на две групи – земен произход на водата и космически произход на водата.

Океан вътре в планетата. Земен произход на водата

Една от хипотезите за земен произход разглежда появата на вода, наред с други химични елементи, по време на горещата фаза на формирането на планетата. Водната пара, заедно с други получени газове, изригнаха от пукнатини в изстиващата кора, образувайки облачната покривка на планетата. Когато температурата падна, започна кондензация, започна да вали дъжд, запълвайки естествени депресии и депресии, образувайки резервоари.

Друга хипотеза говори за нагряване на планетата в резултат на интензивна вулканична дейност по време на младостта на Земята. Както сега знаем, дъното на съвременните океани е било място на древни вулкани. В мантията на Земята на дълбочина от 50 км - 70 км започна да възниква водна пара от водородни и кислородни йони. Високата температура на мантията обаче не й позволи да влезе в химически съединения с материята. Под налягане парата се изтласква в горните слоеве на мантията и в кората. В земната кора температурата е по-ниска и започват химични реакции между минералите и водата. Резултатът от този процес беше разхлабването на скалите, образуването на пукнатини и кухини. Напълниха се с вода. Налягането ги превърна в пукнатини и през тях водата изби на повърхността. Горещата вода в кората лесно разтваря алкали и киселини. Тази смес разяждаше всичко около себе си, превръщайки се в нещо като саламура, която придаваше на моретата соленост. Саламурата се разливаше под гранитната основа на континентите. Не можеше да проникне през гранит; порестата структура задържа сместа, блокирайки пътя на водата. Ако това е така, тогава под континентите на дълбочина 12 км - 20 км има океани от компресирана вода, наситена със соли и метали. Възможно е такива океани да се намират и под базалтовото океанско дъно. Тази хипотеза се подкрепя от необяснимото рязко увеличение на скоростта на сеизмичните вълни, което е регистрирано на дълбочина от същите 12 km - 20 km, където предполагаемият интерфейс гранит-солна вода, границата на рязка промяна във физико-химичните свойства на веществото, трябва да бъдат локализирани. Дрейфът на континентите косвено подкрепя тази хипотеза - може би океаните със саламура играят ролята на лубрикант, по който се плъзгат континентите.

Друга хипотеза за земния произход на водата е, че водата се образува в резултат на отделянето на водород в резултат на разпадането на метално-водородните съединения, тоест възстановяването на металните структури в мантията и ядрото на Земята. Този процес предизвиква разширяването на Земята, което всъщност се записва - така че Москва и Санкт Петербург се носят на изток със скорост от 10 см на година, а Хамбург (в центъра на Европа) остава на мястото си, тоест Европа е разширяване. Освободеният водород улавя по пътя си кислородните атоми от дълбините и водните пари излизат на повърхността. Докато водата кондензира, тя запълва пукнатини в кората, образувайки океани.

Водата е доставена от космоса

И следните хипотези предполагат космическия произход на водата. Един твърди, че водата е донесена на планетата от комети, астероиди или метеоритни тела. Наистина метеоритите съдържат до 0,5% вода. Малцина? Само на пръв поглед. Ако обаче Земята се е образувала от подобни космически отломки (удар и последваща връзка), тогава с обща маса от шест на десет на двадесет и първа степен тона, тя трябва да съдържа три на десет на деветнадесета степен вода. Общата маса на водата на планетата, според съвременните данни, е около четиринадесет до десет на деветата мощност тона. Оказва се, че Земята е наситена с вода от центъра към повърхността като гъба.

Друга космическа хипотеза твърди, че не самата вода е била доставена от космоса, а нейните компоненти. Дъжд от заредени частици непрекъснато вали върху Земята. Сред тях значителна част са протоните - ядрата на водородния атом. В горните слоеве на атмосферата, улавяйки електрони, те се превръщат във водород. Който реагира с кислорода в атмосферата и образува водна молекула. Един и половина тона вода годишно. Процесът не е започнал вчера. Може би преди е вървял с различна скорост? Така че водата е наводнила цялата повърхност на планетата, достигайки планинските върхове? И тогава тя отиде в дълбините, напускайки океаните...

Има много хипотези, трудно е да ги потвърдим. Входящите данни от последните проучвания често са противоречиви и все още е много трудно да се стигне до консенсус. Ето някои изводи на съвременните експерти. Професор Василий Иванович Феронски, главен научен сътрудник в Института по водни проблеми на Руската академия на науките, изследва съдържанието на изотопи на кислород в океанските води и в древните скали на Земята - гранити и базалти. Експериментът показа, че скалите съдържат значително повече от този изотоп. Това ни позволява да твърдим, че водата не може да се е образувала поради изпускането й от недрата на Земята.

Водата на кометата Хартли 2 е идентична с тази на Земята

Данните от космическия модул Rosetta, който изучава ядрото на кометата Чурюмов-Герасименко (67P), показват, че съдържанието на деутерий в кометните пари значително надвишава параметрите на земната вода. Това означава, че водата на земята не е от комети. Тук обаче не всичко е ясно. Да, при кометите от облака на Оорт (на границата на Слънчевата система) водата не съвпада по състав с тази на Земята, но има и семейство от пояса на Кайпер (между Нептун и Уран). А наблюденията с помощта на орбиталния телескоп Herschel показват, че водата, съдържаща се в кометата Hartley-2 (пояса на Кайпер), е напълно идентична с тази на Земята по изотопен състав. Това означава, че водата на Земята може да бъде кометна...

Астрономите съобщават, че са открили вода в протопланетни дискове. Най-интересната част от диска е средната част, където водата може да бъде топла. Такова снабдяване с топла течна вода в бъдеще може да се превърне в началото на океаните и да помогне да се обясни появата на вода на Земята без участието на астероиди и комети. Между другото, за астероидите. Единият от тях, разположен в главния пояс, 24 Термида, е покрит с дебел слой скреж. Астероидите от този тип биха могли да го доставят на Земята. Оказва се, че е твърде рано да се отхвърлят астероидите.

Най-старата вода във Вселената е открита на разстояние 11 милиарда светлинни години от Земята. Астрономите смятат, че това е често срещано съединение не само в настоящето, но и в ранната Вселена, на не повече от 2 милиарда години.

Учените от Япония смятат, че ранната Земя е имала плътна водородна атмосфера, която е взаимодействала с кислорода в структурата на планетата, за да образува вода. От друга страна, японските геолози говорят за цели слоеве водород в структурата на земята, които са взаимодействали с кислорода от мантията... Да... С една дума, "... тъмна е водата в облаците въздух" (Стар Завет, Псалтир, пс. 17, чл. 12).

Приятели!Вложихме много усилия в създаването на проекта. При копиране на материал, моля, посочете линк към оригинала!

МОСКВА, 12 януари - РИА Новости. Най-старите скали на Земята от канадски остров в Арктика казаха на учените, че водата на нашата планета е съществувала на нейната повърхност първоначално и не е била донесена от комети или астероиди, според статия, публикувана в списание Science.

"Открихме, че водните молекули в пробите от тези скали съдържат няколко атома деутерий, тежък водород. Това предполага, че той е дошъл на Земята не след като се е образувал и охладил, а заедно с праха, от който е образувана нашата планета. По-голямата част от водата в този прах се изпари, но остана достатъчно, за да се образуват океаните на Земята“, каза Лидия Халис от университета в Глазгоу (Шотландия).

Днес планетарните учени смятат, че водите на Земята имат „космически“ произход. Техният източник, според половината от тях, са комети, докато други астрономи смятат, че водните запаси на нашата планета са „донесени“ до нея от астероиди.
Халис и нейните колеги показаха, че океаните на нашата планета всъщност могат да бъдат пълни със собствена вода, като изследваха проби от най-старите базалти на Земята, открити в Бафиновата земя, Канада, през 1985 г.

Тези фрагменти от земната мантия, както обяснява геологът, съдържат така наречените включвания - малки топчета от кристали от огнеупорни скали, които са се образували в зората на Слънчевата система, преди около 4,5-4,4 милиарда години. Поради факта, че те никога не са напускали недрата на Земята и не са се смесвали със скалите на земната кора, те съдържат първичната материя на нашата планета.

Групата на Халис реши да се възползва от този факт, за да проучи изотопния състав на водата, съдържаща се в тези включвания, и да го сравни със стойностите във фракции на водородни изотопи, които са типични за водите на Земята днес и за астероидите и комети.

Както се оказа, първичните скали на Земята съдържаха необичайно малко деутерий, тежък водород, значително по-малко, отколкото се съдържа във водите на съвременните океани и в материята на малките небесни тела. Това предполага, че източникът на вода е първичната материя на газово-праховия диск, от който са родени Земята и всички останали обитатели на Слънчевата система.

защо е така Първоначално, както обяснява Халис, първичната материя на слънчевата система е съдържала много малко деутерий. Деутерият е по-тежък от „обикновения“ водород и следователно неговите атоми се изпаряват в космоса от повърхността на Земята или други небесни тела много по-бавно от обикновените протони. Следователно, колкото повече време водата прекарва в открито пространство, толкова по-малко деутерий ще съдържа. Това обяснява защо малкото количество деутерий във вода в проби от тези скали показва „земния“ произход на водата в океаните на нашата планета.

Днес много малко учени вярват, че водата и повечето от газовете в земната атмосфера биха могли да се появят на нашата планета „независимо“. Това се обяснява с факта, че Земята се намира в така наречената гореща част на протопланетния диск, където водният лед и други замръзнали летливи вещества постепенно се разрушават под въздействието на ултравиолетовите и други лъчи на новороденото Слънце.

От друга страна, през последните години планетарните учени откриха много доказателства и теоретични доказателства в полза на факта, че Земята и някои други земеподобни планети от Слънчевата система може да са се образували в по-отдалечена и студена част на протопланетарния диск, а след това бяха „изгонени“ от мястото си в съвременните орбити на Юпитер и Сатурн. Откритието на Халис и нейните колеги може да е още един аргумент в полза на тази теория за „миграцията“.

Има шест хипотези за появата на водата на земното кълбо.

Първа хипотезаидва от „горещия“ произход на Земята. Смята се, че Земята някога е била разтопена огнена топка, която, излъчвайки топлина в космоса, постепенно се е охладила. Появи се първичната кора, възникнаха химични съединения на елементите и сред тях съединението на водорода и кислорода, или по-просто казано, водата.

Пространството около Земята все повече се изпълваше с газове, които непрекъснато изригваха от пукнатини в изстиващата кора. Докато парите се охлаждаха, те образуваха облачна покривка, която плътно обгърна нашата планета. Когато температурата в газовата обвивка падна толкова много, че влагата, съдържаща се в облаците, се превърна във вода, паднаха първите дъждове. Хилядолетие след хилядолетие валяха дъждове. Те станаха източник на вода, която постепенно запълни океанските падини и образува Световния океан.

Втора хипотезаидва от „студения” произход на Земята с последващото й нагряване. Нагряването предизвика вулканична дейност. Лавата, изригнала от вулкани, носела водни пари към повърхността на планетата. Част от парата, кондензирайки, изпълва океанските падини, а част образува атмосферата. Както вече беше потвърдено, основната арена на вулканична дейност в ранните етапи от еволюцията на Земята наистина е било дъното на съвременните океани.

Според тази хипотеза водата вече се е съдържала в първичната материя, от която е образувана нашата Земя. Потвърждение за тази възможност е наличието на вода в падащите на Земята метеорити.

Трета хипотезаидва и от „студения” произход на Земята с последващото й нагряване. В мантията на Земята на дълбочина от 50–70 km водните пари започнаха да възникват от водородни и кислородни йони. Високата температура на мантията обаче не й позволи да влезе в химически съединения с материята на мантията.

Под въздействието на налягане парата се изтласква в горните слоеве на мантията, а след това в земната кора. В земната кора по-ниските температури стимулират химичните реакции между минералите и водата, в резултат на разхлабването на скалите се образуват пукнатини и празнини, които веднага се запълват със свободна вода. Под въздействието на водното налягане пукнатините се разцепиха, превърнаха се в разломи и водата се втурна през тях към повърхността. Така възникват първичните океани.

Горната хипотеза се подкрепя от рязко увеличаване на скоростта на сеизмичните вълни на дълбочина 15–20 km, т.е. точно там, където трябва да лежи границата на предполагаемия интерфейс между гранита и повърхността на саламурата, границата на рязка промяна в физичните и химичните свойства на веществото.

Тази хипотеза се потвърждава и от така наречения континентален дрейф. Гранитните маси на континентите се раздвижват. Те „плават“, въпреки че скоростта им на движение е само няколко сантиметра на век.

Четвърта хипотезапринадлежи на английския астрофизик Хойл и е публикуван сравнително наскоро, през 1972 г. Това е следствие от хипотезата за произхода на Слънчевата система. Кондензацията на протопланетния облак, заобикалящ прото-Слънцето, протича неравномерно на различни разстояния от Слънцето. Колкото по-далеч от него, толкова по-ниска е температурата на облака. По-близо до Слънцето, да речем, металите могат да се кондензират като по-огнеупорни вещества. А там, където минават орбитите на Уран, Нептун и Плутон, според изчисленията на Хойл, температурата е била приблизително 350 K, което вече е достатъчно за кондензация на водни пари. Именно това обстоятелство може да обясни „водната“ природа на Уран, Нептун и Плутон, образувана в процеса на сливане на частици лед и сняг. „Водната“ природа на тези планети се потвърждава от последните астрономически наблюдения.

Изчисленията на Хойл потвърждават възможността за образуването на океаните на Земята от леден дъжд, който е отнел само няколко милиона години.

Пета хипотеза, подобно на четвъртото, предполага космическия произход на водата, но от други източници. Факт е, че дъжд от електрически заредени частици непрекъснато пада върху Земята от дълбините на космоса. И сред тези частици справедлив дял са протоните - ядрата на водородните атоми. Прониквайки в горните слоеве на атмосферата, протоните улавят електрони и се превръщат във водородни атоми, които веднага реагират с атмосферния кислород. Образуват се водни молекули. Изчисленията показват, че такъв космически източник е в състояние да произвежда почти 1,5 тона вода годишно, като тази вода достига земната повърхност под формата на валежи.

Шеста хипотеза.Както установиха учените, преди около 250 милиона години на Земята е имало един континент. След това по неизвестни причини се напука и частите му започнаха да се раздалечават, „отплавайки“ една от друга.

Доказателство за съществуването на един някогашен континент е не само сходството на бреговата линия, но и сходството на флората и фауната, сходството на геоложките структури на бреговете.

Изследванията през последните години потвърдиха, че континентите „плават“, разстоянието между тях непрекъснато се увеличава. Движението на континентите е брилянтно обяснено от хипотезата за разширяващата се Земя. Хипотезата гласи: първоначално Земята е имала радиус наполовина по-голям от сегашния. Континентите, след това слети заедно, обграждат планетата.

Нямаше океани. И тогава, на границата на протерозоя и мезозоя (преди 250–300 милиона години), Земята започва да се разширява. Единният континент отстъпи място на пукнатини, които, когато се напълниха с вода, се превърнаха в океани.

Въпреки това, когато облакът прах се уплътни, настъпи гравитационното му компресиране и налягането вътре в прото-Земята се увеличи. Съответно, степента на абсорбция на водород от металите от желязната група също се увеличава. Компресията генерира антипод на налягането - нагряване. И тъй като централните региони на формираната планета са били подложени на най-голямо компресиране, температурата там също се е увеличила по-бързо.

И на някакъв етап от нагряването, когато температурата в ядрото на Земята достигна определена критична стойност (преходът на количествения растеж към ново качествено състояние!), Започна обратният процес - освобождаването на водород от металите.

По този начин дегазирането на водорода беше придружено от разширяването на Земята. Междувременно водородът, прониквайки в огромната дебелина на планетата, улавя кислородни атоми по пътя си и водните пари вече излизат на повърхността й. Кондензирайки, водата запълни пукнатините в кората. Постепенно се образуват океаните.