Как зародилась вода на земле
Раскрыто происхождение воды на Земле
Огромные запасы воды на Земле появились из космоса. Об этом говорится в исследовании группы палеонтологов, опубликованном в научном журнале Science.
Специалисты сравнили изотопный состав Земли с составом так называемых энстатитовых хондритов — небесных тел, сформировавшихся в «сухой» внутренней части Солнечной системы. При ударе астероидов и комет о Землю на планету попадали молекулы водорода и органика. При этом ранее считалось, что энстатитовые хондриты не могли передавать молекулы воды, так как их поверхность высушивалась ультрафиолетовым излучением.
Ранние предположения ученых были опровергнуты после того, как специалисты сравнили изотопный состав небесных тел, участвовавших в бомбардировке Земли на раннем этапе ее развития, и земной коры. Сходство взятых образцов позволило достоверно утверждать, что водород мог попасть на нашу планету из космоса. Согласно раскрытым экспертами выводам, астероиды и кометы могли доставить на Землю в три раза больше водорода, чем есть в молекулах воды в океанах нашей планеты.
Палеонтологи пришли к выводу, что на начальном этапе развития Земли на ней не было большого количества воды. Это связано с тем, что молекулы водорода либо высушивало ультрафиолетовое излучение, либо их уносило в открытый космос.
Весной ученые Университета Аризоны заявили, что огромные резервуары воды на Марсе появились в результате падения небесных тел. Специалисты предположили, что на планете находились два крупных резервуара воды с разным химическим составом. Жидкость могла попасть на Марс в результате метеоритной бомбардировки.
Вода на Земле появилась не из тучи: как на нашу планету попала самая важная жидкость
Почти 70% Земли покрыто водой — эта жидкость играет огромную роль в развитии и поддержании жизни. Но не до конца понятно, как именно она появилась на планете. За время изучения этой темы исследователи приходили к совершенно разным теориям о происхождении воды, поэтому «Хайтек» сделал подборку самых популярных теорий.
Читайте «Хайтек» в
Прилетела на метеорите, появилась после Большого взрыва или была с нами всегда — вода теоретически добиралась до Земли разными путями. Разбираемся, каким способом она могла попасть на нашу планету много лет назад.
Вода была на Земле изначально
В 2015 году исследователи из Университета Глазго изучили древнейшие породы Земли с канадского острова в Арктике и выяснили, что вода существовала на поверхности нашей планеты всегда.
Исследователи изучали фрагменты земли с инклюзиями — это маленькие кристаллические образования из тугоплавких пород, сформировавшиеся на заре жизни Солнечной системы, примерно 4,5-4,4 млрд лет назад. Это значит, что они никогда не покидали недр Земли и не перемешивались с другими породами и, соответственно, содержат в себе первичную материю нашей планеты.
Во время анализа исследователи нашли в молекулах воды мало атомов дейтерия, тяжелого водорода. Это значит, что жидкость попала на Землю не после того, как она сформировалась и охладилась, а вместе с пылью, из которой была образована наша планета. Большая часть воды в этой пыли испарилась, но ее остатков хватило для формирования океанов.
Попала на Землю на метеорите, упавшем на Землю
Теория состоит в том, что воду на Землю занесли метеориты, существовала давно, но была проблема в недостатке доказательств. Ее суть — изначально наша планета была сухой, а потом на нее начали падать кометы и астероиды, содержащие воду. Эти тела называют углеродистыми хондритами — они богаты водными минералами.
Но была проблема — химический состав хондритов не совпадает с составом горных комплексов Земли. Также хондриты, образованные во внешней части Солнечной системы, с небольшой вероятностью могли попасть на нашу планету.
Есть другая группа метеоритов — энстатитовые хондриты — она гораздо ближе по химическому составу к земным породам, а также включает в себя аналогичные изотопы (типы) кислорода, титана и кальция. Именно они могли составлять внешнюю часть Земли и других планет. Но и тут есть проблема — эти небесные тела образовались недалеко от Солнца, поэтому не могли быть богаты водой.
Чтобы выяснить внеземные механизмы образования воды, исследователи из Center de Recherches Petrographiques et Geochimiques применили масс-спектрометрию и изучили количественное содержание водорода в 13 энстатитовых хондритах. Они выяснили, что в этом материале содержится достаточное количество водорода, которое в общей сложности в три раза больше объема всех земных океанов. Кроме этого, их изотопный состав совпадает с 95% воды на Земле.
Вода могла появиться после Большого взрыва
Возраст водорода можно сравнить с возрастом Вселенной: его атомы появились, как только окружающая температура впервые упала настолько, что смогли существовать протоны и электроны. С тех пор водород уже 14,5 млрд лет остается самым распространенным элементом Вселенной и по массе, и по числу атомов. Облака газа, состоящие в основном из водорода, заполняют весь космос.
В 2011 году астрономы нашли зарождающуюся звезду, которая выбрасывает из себя гигантские объемы воды на огромной скорости. Они полагают, что этот процесс может происходить со многими аналогичными телами. Объект нашли в созвездии Персея, его название — L1448-MM. Вода выбрасывается порциями со скоростью 50 км/сек. Этот процесс порождает ударную волну, которую регистрируют телескопы.
Звезды содержат огромное количество воды
В 2015 году примерно в 12 млрд световых лет от нашей планеты исследователи обнаружили квазар APM 08279+5255 с черной дырой, окруженный крупнейшим запасом воды, который когда-либо находили астрономы. Объем жидкости в 140 трлн раз больше, чем тот, что содержится на Земле.
Это открытие — еще одно доказательство наличия огромных запасов воды во Вселенной, причем не только на планетах. Эти запасы появились на самой заре существования — возраст найденного образования оценивается в 1,6 млрд лет.
Вода есть и вокруг звезд
Еще есть вода, которая находилась в порождающем звезду облаке газа. Она переходит в вещество протопланетного диска и объектов, которые формируются из него, — планет и астероидов. На исходе жизни звезды взрываются и на их месте остаются туманности, в которых появляются новые звезды.
Где еще есть вода?
Однозначного ответа на то, откуда на Земле появилась вода, нет. Пока астрономы изучают все теории ее массового появления на нашей планете, так как путей распространения огромное множество. Но уже известно наверняка, что это не уникальная жидкость, она встречается на совершенно разных небесных телах, поэтому, вероятно, это был многоступенчатый процесс.
Ученые раскрыли тайну происхождения воды на Земле
МОСКВА, 12 янв – РИА Новости. Древнейшие породы Земли с канадского острова в Арктике рассказали ученым о том, что вода нашей планеты существовала на ее поверхности изначально, а не была принесена кометами или астероидами, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
«Мы обнаружили, что молекулы воды в образцах этих пород содержали в себе мало атомов дейтерия, тяжелого водорода. Это говорит о том, что она попала на Землю не после того, как она сформировалась и охладилась, а вместе с пылью, из которой была слеплена наша планета. Большая часть воды в этой пыли испарилась, но ее остатков хватило для формирования океанов Земли», — заявила Лидия Халлис (Lydia Hallis) из университета Глазго (Шотландия).
Сегодня планетологи считают, что воды Земли носят «космическое» происхождение. Их источником, по мнению половины из них, являются кометы, тогда как другие астрономы считают, что водные запасы нашей планеты были «завезены» на нее астероидами.
Халлис и ее коллеги показали, что на самом деле океаны нашей планеты могут быть заполнены ее собственной водой, изучив образцы древнейших базальтов Земли, найденные на территории канадской земли Баффина в 1985 году.
Эти фрагменты мантии Земли, как объясняет геолог, содержат в себе так называемые инклюзии — небольшие шарики из кристаллов тугоплавких пород, сформировавшиеся на заре жизни Солнечной системы, около 4,5-4,4 миллиарда лет назад. Благодаря тому, что они никогда не покидали недр Земли и не смешивались с породами земной коры, они содержат в себе первичную материю нашей планеты.
Группа Халлис решила воспользоваться этим фактом для того, чтобы изучить изотопный состав воды, содержащейся в этих включениях, и сравнить его с теми значениями в долях изотопов водорода, которые характерны для вод Земли сегодня и для астероидов и комет.
Откуда взялась вода на Земле
Ученые до сих пор спорят о появлении воды на Земле. Один товарищ занялся поисками гипотез. Нашел аж шесть штук. Нет согласия в этом мире! Откуда вода на Земле — варианты ответа.
Гипотезы о происхождении воды на Земле
Первая гипотеза. Горячее происхождение 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 гипотеза. Холодное происхождение Земли
Была Земля холодная, а потом начала разогреваться. 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. Как то не убедительно!
Третья гипотеза
Третья гипотеза опять же 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 английского астрофизика Хойла
Она была опубликована сравнительно недавно, в 1972 г. Гипотеза 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
Она, 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. более 4 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 подвергались центральные области образовавшейся планеты, то там стремительнее росла и температура.
И вот на какой-то стадии разогрева, когда температура в ядре Земли достигла определенного критического значения (переход количественного роста в новое качественное состояние!), начался обратный процесс — выделение водорода из металлов.
Распад металловодородистых соединений, т. е. восстановление металлических структур, вызвал резкое увеличение объема вещества ядра Земли. Расширение металлического ядра проявилось с такой силой, что мантия и кора планеты, не выдержав, дали трещины.
Таким образом, дегазация водорода сопровождалась расширением Земли. Между тем водород, пронизывая огромную толщу планеты, захватывал по пути атомы кислорода, и на поверхность ее вырывались уже пары воды. Конденсируясь, вода заполняла разломы в коре. Постепенно образовались океаны.
Итак, шесть гипотез происхождения земной воды. Со временем выяснится, в какой из них истина. Возможно, окажутся верными все шесть, в какой-то степени каждая. Пока же вопрос «Откуда взялась вода на Земле?» остается открытым.
Откуда на Земле вода? Три теории возникновения воды на Земле.
Три теории возникновения воды на Земле. Вы же не думали, что она была здесь всегда?
71% поверхности Земного шара покрыт водой и это факт. Если считать ледники, болота и сильно увлажнённые территории, то и вовсе доля воды составляет 75%, а это уже ¾ всей поверхности. Только оставшиеся 29-25% занимает суша и вот мы, люди, живём на ней и в один момент жизни спрашиваем: «А откуда появилась вся эта вода?»
Если вам интересно узнать ответ на этот вопрос так же, как и мне, и вы уже нажали на этот пост, то читайте дальше и не забывайте нажать и на рекламу, которую видите в этой статье (эксперимент продолжается).
А вот к тому, что вода была здесь не всегда, да и Земли в какой-то момент не было. Она образовалась около 4,5 млрд лет назад из протопланетного диска и первый миллиард своей жизни сильнее всего напоминала огромный астероид. Ни океанов, ни морей, ни лесов, ничего. И вот здесь и начинаются три основные теории о появлении воды:
1. Вода на Землю была занесена из космоса. В период большой бомбардировки около 3,6 млрд лет назад, на Землю падало много метеоров и астероидов. Не все, но многие из них содержали воду в форме льда. Те космические тела, что попали на Землю из Пояса Астероидов (расположен между марсом и Юпитером), эффекта водного насыщения для нашей планеты не имели. Ведь они состояли из каменистых пород, тяжелых металлов и силикатов. А вот те объекты, что добрались до Земли из пояса Койпера (расположен за орбитой Нептуна) или даже из облака Оорта (окружает пузырём Солнечную Систему) могли содержать в себе воду в твёрдом виде. И если она не испарялась на подлёте, то достигала поверхности планеты.
Вы только представьте, какое количество астероидов должно было бомбардировать Землю, чтобы получилось полтора миллиарда кубических километров воды. Какой апокалипсис происходил на формирующейся планете. Ведь атмосферы пока ещё не было, а значит любой космический объект, чья траектория совпадала с траекторией Земли, достигал её поверхности. Это тот случай, когда невероятных масштабов катастрофа привела к чему-то столь прекрасному, как мировые океаны.
2. Земное происхождение воды. Планета с первых пор существования ставит учёных в тупик: только-только образовавшаяся Земля была ледяной и безжизненной глыбой или же она была разогретым каменно-лавовым шаром? Мнения представителей научного движения разделились. В любом из этих двух случаев предполагается, что во внутреннем составе Земли были элементы, которые при взаимодействии породили воду. Высокая температура в центре планеты (ядро тогда только формировалось и не имело чётких границ), в 20 тысяч раз большее давление, чем на поверхности, приводили к тому, что диоксид кремния вступал в реакцию с водородом. А это привело к образованию воды и гидрида кремния. После чего вода просачивалась на поверхность в форме жидкости или пара и постепенно заполняла низменные области, которые сейчас мы считаем морским и океанским дном.
3. Протопланетный материал уже содержал воду в замёрзшем состоянии.Как говорят приверженцы данной теории, умирающие звёзды в силах создать Н2О. Солнце – звезда второго поколения, поэтому в Солнечной Системе масса материала для создания как планет Земной группы, так и газовых гигантов. А для насыщения и разнообразия состава этих планет элементов предостаточно. И формирующейся планете остаётся только собрать парящие в пространстве молекулы. Да и что уж там, мы знаем, что каменные глыбы не занимаются этим самостоятельно. За них это делает гравитация и центробежная сила.
Так или иначе, вода на Земле появилась. А за ней атмосфера, кислород и остальные прелести жизни. Быть может, все три теории имели своё место в богатой истории нашей планеты, сложили свои силы и voilà – Земля носит имя «Голубая планета».