Ученые раскрыли тайну происхождения воды на земле. Как образовалась вода, или когда пошел процесс Откуда берется вода на земле

Представление художника о древней Земле

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.

Наукой подробно изучены физические и химические свойства воды, объяснён круговорот в природе как грандиозный глобальный процесс. Накоплены большие знания о жизни в Мировом океане, начиная от его поверхностных слоёв и кончая бездонной пучиной, изучены океанские течения, создано стройное учение о гидросфере и её эволюции.

Без этих знаний невозможны мореплавание, рыболовство, предсказание погоды, рациональное использование воды, защита водных бассейнов от загрязнения. Но как появилась на Земле вода, почему её так много? Учёные давно пытаются найти ответы на эти вопросы. Предположений на этот счёт высказано достаточно, от фантастических о первичности воды и библейских о сотворении мира до научных и околонаучных гипотез.

Одна из таких гипотез (авторы В.С. Сафронов и другие учёные) предполагает следующее. Ещё в догеологический период в результате ударов небесных тел, падавших на Землю, а также за счёт распада тяжелых радиоактивных элементов произошел разогрев недр планеты. Породы внутри планеты разогрелись до плавления, в результате чего через жерла вулканов и образовавшиеся на Земле трещины на поверхность стала изливаться магма, а вместе с ней стали выходить газы и... горячая вода с паром. Этот процесс, названный авторами гипотезы дегазацией, положил начало накоплению воды на поверхности Земли (!). началась геологическая история Земли, началось формирование гидросферы. Случилось это четыре миллиарда лет назад.

Совсем не легко уразуметь изложенное. Что это за небесные тела, которые падали на Землю, и почему от их падения разогрелось нутро планеты? Откуда в недрах молодой Земли взялись тяжелые радиоактивные элементы? Откуда внутри планеты появилась вода, которая, как утверждают авторы гипотезы, стала поступать из недр Земли в объёме до 1,3 км3 в год (какая точность подсчёта!) и так поступала миллионы лет, пока не наполнила океаны на Земле? Откуда такая солёность океанской воды и почему природа при этом "отдала предпочтение" химическому соединению NaCl?

Подземные воды существуют, это известно всем. Достаточно вспомнить ключи, бьющие из-под земли, или артезианские воды (Название пошло от латинского названия французской провинции Артезия, где в XII веке впервые была добыта вода, изливавшаяся из скважины). Подземных вод так много, что их даже называют подземной гидросферой, участвующей в круговороте воды. По некоторым оценкам, объём подземных вод может составлять от 60 до 100 миллионов кубических километров. А некоторые гидрогеологи считают, что в земной коре воды примерно столько же, сколько в Мировом океане... вода в земной коре расположена на глубинах, начиная от нескольких метров до пяти километров и даже глубже.

Но произошли подземные воды из атмосферных осадков. Об этом ещё в XI веке писал персидский учёный Карали. Позднее происхождение подземных вод из атмосферных осадков доказал французский естествоиспытатель XVII века П. Перро. А какие могли быть атмосферные осадки, когда не было атмосферы?

Оставим без комментариев гипотезу В.С. Сафронова и его сторонников о происхождении воды на Земле, похожую на фантастический сюжет Не будем комментировать оценки гидрогеологов о возможном количестве подземных вод на нашей планете.

Одно несомненно: история возникновения Земли и её гидросферы остаётся пока тайной природы, и тайна сия велика есть.

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.

Как оказалось, первичные породы Земли содержали в себе необычно мало дейтерия, тяжелого водорода, заметно меньше, чем содержится в водах современных океанов и в материи малых небесных тел. Это говорит о том, что источником воды была первичная материя газопылевого диска, из которого родилась Земля и все остальные обитатели Солнечной системы.

Почему это так? Изначально, как объясняет Халлис, первичная материя Солнечной системы содержала в себе крайне мало дейтерия. Дейтерий тяжелее, чем "обычный" водород, и поэтому его атомы гораздо медленнее испаряются в космос с поверхности Земли или других небесных тел, чем простые протоны. Поэтому чем больше времени вода проводит в открытом пространстве, тем меньше в ней будет дейтерия. Это и объясняет то, почему малое количество дейтерия в воде в образцах этих пород говорит о "земном" происхождении воды в океанах нашей планеты.

Сегодня крайне мало ученых считают, что вода и большая часть газов в атмосфере Земли могла возникнуть на нашей планете "самостоятельно". Это объясняется тем, что Земля находится в так называемой горячей части протопланетного диска, где водяной лед и прочие замороженные летучие вещества постепенно разрушались под действием ультрафиолета и других лучей новорожденного Солнца.

С другой стороны, в последние годы планетологи нашли множество свидетельств и теоретических доказательств в пользу того, что Земля и некоторые другие землеподобные планеты Солнечной системы могли сформироваться в более далекой и холодной части протопланетного диска, а затем были "согнаны" со своего места на современные орбиты Юпитером и Сатурном. Открытие Халлис и ее коллег может быть еще одним аргументом в пользу этой "миграционной" теории.

Как и когда появилась вода на Земле? Ученые до сих пор дискутируют на эту тему, однако точного и логично доказанного ответа пока никто не дал. На сегодняшний день существует несколько предположений, каким образом жидкость могла образоваться на планете. Среди них есть как полностью абсурдные, так и достаточно логичные гипотезы, однако пока что ни одна из них не является полностью достоверной.

Как появилась вода на Земле? Кратко об основных гипотезах

Вода играет большую роль в поддержании жизни на планете, т. к. она является основной внутренней средой любого организма. Без воды человек может в среднем продержаться не более трех дней, а потеря 15-20% жидкости зачастую приводит к смерти.

Как появилась вода на Земле? Гипотезы образования этого вещества немногочисленны, а также ни одна из них еще не получила правдивых доказательств. Тем не менее только они могут хоть как-то объяснить формирование гидросферы нашей планеты.

Гипотеза космического происхождения воды

Группа исследователей выдвинула предположение, что вода появилась вместе с многочисленными падающими метеоритами. Это происходило около 4,4 миллиарда лет назад, когда планета еще зарождалась, а ее поверхность представляла собой сухую опустошенную землю, над которой еще не сформировалась атмосфера.

На вопрос, как появилась вода на Земле, приверженцы данной гипотезы отвечают, что первые молекулы этой жидкости приносили с собой метеориты. Сначала эти молекулы существовали в форме газа и накапливались, а позже, когда планета начала остывать, вода перешла в жидкое состояние и образовала гидросферу Земли.

Возможно, химическое образование воды произошло из первичных протонов водорода и анионов кислорода, однако вероятность протекания такой реакции в толще небесных тел, которые в последующем падали на Землю, катастрофически мала.

Еще одна гипотеза, как появилась вода на Земле

Ее предложила группа исследователей во главе с известным ученым В.С. Сафроновым. Суть его предположения заключается в земном происхождении воды, которая образовалась в недрах планеты.

Под действием многочисленных падений метеоритов наша на тот момент раскаленная планета стала формировать большое количество вулканов, из которых вырывалась магма. Вместе с ней на поверхность выделялся «водяной пар», который и стал причиной образование гидросферы Земли.

Несмотря на то что теория положила в основу земное происхождение воды, она не может ответить на многие вопросы. Например, каким образом породы в литосфере настолько сильно расплавились, чтобы повлечь образование множества вулканов? И каким образом водяной пар образовался? Сначала ученые предположили, что на тот момент существовала грунтовая вода, которая через жерла вулканов вместе с магмой вырвалась наружу в газообразном состоянии.

Эту теорию образования пара опроверг П.Перро, естествоиспытатель 17-ого века. Он доказал, что грунтовые воды образовались из-за выпадения осадков, а для этого необходимо наличие атмосферы. 4,4 миллиарда лет назад атмосферы не существовало.

И последняя теория

Так как появилась вода на Земле? Еще одна гипотеза смогла подойти с другой стороны к вопросу о формировании гидросферы планеты. Как и прошлое предположение В.С. Сафронового и его соавторов, данная гипотеза отталкивается от земного происхождения воды.

Отличием является то, что по мнению исследователей, молекулы воды образовались вместе с протопланетным диском Земли, т.е. в момент формирования самой планеты. Источником молекул воды послужили дейтерий и кислород.

Дейтерий представляет собой обычный водород с одним нейтроном в ядре. Этот тяжелый изотоп был найден в образцах древних базальтов, обнаруженных в Арктике на острове Баффинова Земля (1985 год). Эти породы образованы из частиц протопланетной пыли, не подвергшихся воздействию в ходе формирования планеты. Как утверждают исследователи, химическая природа дейтерия не позволила бы изотопу образоваться вне планеты.

Вот как появилась вода на Земле по мнению этих ученых. Если их данные верны, при формировании протопланетного диска образовалось около 20% современного мирового океана. Сегодня исследователи ищут способ доказать, что из "протопланетной" воды образовалась большая часть мирового океана, а также атмосферные водяные пары и грунтовые воды.

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

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.