Гіпотези формування гідросфери. Як з'явилася вода Землі? Океан всередині планети. Зараз де утворюється вода на землі

Землю часто називають «Блакитною планетою» і не тільки через склад атмосфери, який надає планеті ніжного блакитного відтінку, але й завдяки океанам, що покривають понад 70% земної поверхні. Саме в океанах з'явилося життя і тому вчених посідає питання, коли і як з'явилася вода на Землі.

Раніше вважалося, що океани сформувалися на нашій планеті, коли вже була досить «дорослою», але останні дослідження, проведені в Океанографічному інституті Вудс-Холл (США) доводять, вода на Землі були завжди.

Відповідно до існуючої раніше теорії планети формуються сухими, тому що їх освіта пов'язана з високоенергійними та ударними процесами. Якщо на «юних» планетах і є водні молекули, то вони випаровуються, доки планета не завершить стадію освіти. Вода на планетарні тіла потрапляє вже після закінчення їх формування, після падіння комет і «мокрих» астероїдів, які перебувають замороженої води і газів. За цією теорією, вся вода, яка існує на Землі сьогодні, потрапила на планету через мільйони років після її народження.

У своїх дослідженнях вчені з інституту Вудс-Холл звернулися до кутистих хондритів, які також є потенційним джерелом планетарної води. Найпростіші метеорити з цієї речовини були утворені в потоці пилу, льоду та газів, що породили Сонце, задовго до появи інших тем нашої зіркової системи.

За словами співробітника Вудс-Холл Суне Нільсена, саме куто-хондритові метеорити є найпоширенішими об'єктами в Сонячній системі. Вони міститься досить багато водних молекул і вони вважалися головним джерелом появи води на планеті.

Щоб з'ясувати, коли та як з'явилася вода на Землі, вчені виміряли співвідношення стабільних ізотопів водню, звичайного з одним нейтроном та дейтерію з двома. У різних галузях нашої зіркової системи вони співвідношення різняться. Далі дослідники дійшли висновку, що порівняння співвідношення кутистих хондритів в об'єкті, що сформувався одночасно з нашою планетою, може допомогти відповісти на питання коли і як з'явилася вода на Землі.

Астероїди 4-Веста було сформовано у тому районі, як і Земля і водночас із нею. Їх покриває базальтовий шар застиглої лави. Ці небесні тіла є найдавнішими резервуарами водню в системі, оскільки з'явилися через 14 мільйонів років після народження Сонячної системи. У цей час наша планета була на стадії формування. Завдяки всім цим характеристикам 4-Веста стали ідеальними об'єктами визначення того, як з'явилася вода на Землі і коли.

Проаналізувавши зібрані НАСА зразки, вчені дійшли висновку: у них таке ж співвідношення ізотопів водню та азоту, що й у кутистих хондритах, і у складі Землі. Це робить їх найімовірнішим джерелом водних молекул у Сонячній системі. Отже, водні ресурси з'явилися Землі одночасно з твердими породами. Наша планета була народжена у воді.

У ході досліджень вчені не враховували воду, яка потрапила на планету пізніше, оскільки це не було необхідною. На Землі в її «дитячі роки» вже було достатньо водних ресурсів для народження океанів. У поєднанні з рештою умов на зорі формування нашої планети це призвело до народження життя на Землі. Можливо, що й на інших планетних тілах існувало достатньо вологи для появи живих істот, проте зміна клімату пізніше зробила їх непридатними для життя.

На землі досить багато води. За різними оцінками на поверхні нашої планети її є близько 1,38 мільярда кубічних кілометрів. Звідки взялася ця вода? Нове дослідження стверджує, що вода могла з'явитися на Землі разом із космічним пилом, з якого виникла наша планета близько 4,5 мільярда років тому.

Дослідники з Німеччини, Нідерландів та Великобританії висунули цікаву гіпотезу. У ній стверджується, що вода могла потрапити на Землю у молекулах. Вони знаходилися в пилу протопланетної хмари, що передує появі планет Сонячної системи. Вчені ґрунтувалися на розрахунках та симуляціях, які були частиною їхнього нового дослідження.

Звідки вода Землі?

Астрономи вже давно намагаються зрозуміти, як на Землі з'явилося стільки води, йдеться в доповіді. Одне з пояснень цього факту стверджує, що на Землю воду комети і . Вони прилітали до Сонячної системи на ранніх етапах її формування. Вони падали на землю, даючи планеті воду. Інше поширене пояснення полягає в тому, що Земля спочатку була багата водою, оскільки відразу народилася з каменів, що містять воду, розмірами в десятки кілометрів. Ця гіпотеза не має перспектив, зазначає звіт, оскільки здатність Великі камені містять значну кількість води досить обмежена.

У новому дослідженні пропонується ще одне реалістичне пояснення появи води ранній Землі. Командою дослідників виконувались цікаві розрахунки. Вони показують, що в тій області простору, де була народжена Земля, було багато найдрібніших частинок пилу. Їхні розміри були близько одного міліметра, і вони містили . Ці пилоподібні зерна могли в ті часи збиратися разом, навіть утворюючи щось на кшталт гальки. А вона, у свою чергу, починала зростати у розмірах, досягаючи більших обсягів.

Ці кам'янисті уламки стикалися між собою й у результаті сформували Землю. Вода просочувалась крізь них, як крізь губку, і затоплювала поверхню молодої Землі. Описані події цілком можуть пояснити кількість води, яку ми спостерігаємо на нашій планеті.
Вчені, які виконали розрахунки, також показали, що дрібним пиловим зернам знадобиться лише близько мільйона років, щоб зібрати ту кількість води, яка знаходиться на Землі прямо зараз. Ця тимчасова шкала в мільйон років також вписується в той часовий інтервал, протягом якого Земля мала бути сформована з масивних кам'янистих уламків.

Вам можуть сподобатися ці статті:

• 
• 
• 
• 
• 
• 
  Виявлено простий хімічний процес, який…
• 
• 
• 
• 
• 

На тему того, яким чином на нашій планеті з'явилася вода, вчені сперечаються давно, більшість фахівців дотримуються тієї точки зору, що вода на Землю була занесена близько 4 - 3,6 млрд років тому, ще на етапі активного формування планети, коли її безперервно атакували тисячі. великих і малих астероїдів та комет.

Деякі з таких астероїдів, вважають учені, були досить великими і містили пристойні запаси води у вигляді пари, рідини або льоду.

Тепер з'явилася і нова теорія. Японські фахівці припускають, що майже вся вода на Землі з'явилася відразу, а не була занесена з космосу. Геологи з токійського Інституту технологій говорять, що на етапі початкового формування планети в структурі Землі були присутні цілі пласти, що складаються з водню, вони вступали в хімічну реакцію з киснем, що є присутнім у земній мантії, внаслідок чого на планеті утворювалася вода у великих кількостях. "Вода вкрай необхідна для виникнення та розвитку життя на Землі, проте звідки воно з'явилося на планеті і чому воно існує?", - говорить учений з Інституту технологій у Токіо Хіденорі Генда.

Геологи припускають, що відразу після того, як планета була сформована, вона була вкрай гарячою і сухою. Теоретично, близько 3,8 млрд років тому мільйони комет і астероїдів, багатих водою, атакували Землю, це пояснює чому океани з'явилися вже по тому, як закінчилося формування планети.

Однак дослідження показують, що в структурі природної води, особливо в океанах і морях, міститься багато дейтерію, елемента званого також "важкий водень". Дейтерій виникає тоді, коли відбуваються деякі реакції з воднем, внаслідок чого невеликий відсоток атомів водню отримує додатковий електрон та фактично стає дейтерієм. На думку вчених, цей чинник свідчить про земне походження води.

Японські вчені припускають, що рання Земля мала товсту водневу атмосферу, яка взаємодіяла з киснем у структурі планети, у результаті і утворювалася вода. Ідею того, що планета мала товсту водневу атмосферу, фахівці будують на підставі аналізу орбіти Землі. На сьогодні орбіта Землі, так само як і Марса з Венерою, досить кругла, але раніше вона була більш витягнутою, оскільки тяжіння Сонця діяло не так сильно, а молоді планети Сонячної системи оберталися у величезній водневій протопланетарній хмарі. Крім того, фахівці кажуть, що частина дейтерію утворилася і в результаті реакцій із космічними елементами у верхніх шарах атмосфери.

Разом з тим, самі японські фахівці кажуть, що поки що їхня ідея є лише теорією, яку потрібно детально вивчити та проаналізувати. "Можливо нам доведеться переглянути теорію позаземного походження води, але, швидше за все, вода з'являлася як на планеті, так і заносилася сюди космічними об'єктами" - вважає Кетрін Алтвегг, астроном з Університету міста Берн (Швейцарія).

Як і коли з'явилася вода Землі? Вчені досі дискутують на цю тему, проте точної та логічно доведеної відповіді поки що ніхто не дав. На сьогоднішній день існує кілька припущень, як рідина могла утворитися на планеті. Серед них є як абсолютно абсурдні, так і досить логічні гіпотези, однак поки що жодна з них не є цілком достовірною.

Як з'явилася вода Землі? Коротко про основні гіпотези

Вода відіграє велику роль у підтримці життя на планеті, тому що вона є основним внутрішнім середовищем будь-якого організму. Без води людина може загалом протриматися трохи більше трьох днів, а втрата 15-20% рідини найчастіше призводить до смерті.

Як з'явилася вода Землі? Гіпотези утворення цієї речовини нечисленні, а також жодна з них не отримала правдивих доказів. Тим не менше, тільки вони можуть хоч якось пояснити формування гідросфери нашої планети.

Гіпотеза космічного походження води

Група дослідників висунула припущення, що вода з'явилася разом з численними метеоритами. Це відбувалося близько 4,4 мільярда років тому, коли планета ще зароджувалася, а її поверхня являла собою суху спустошену землю, над якою ще не сформувалася атмосфера.

На питання, як з'явилася вода на Землі, прихильники цієї гіпотези відповідають, що перші молекули цієї рідини приносили метеорити. Спочатку ці молекули існували у формі газу і накопичувалися, а пізніше, коли планета почала остигати, вода перейшла в рідкий стан і утворила гідросферу Землі.

Можливо, хімічне утворення води походить з первинних протонів водню та аніонів кисню, проте ймовірність протікання такої реакції в товщі небесних тіл, які надалі падали на Землю, катастрофічно мала.

Ще одна гіпотеза, як з'явилася вода на Землі

Її запропонувала група дослідників на чолі із відомим ученим В.С. Сафроновим. Суть його припущення полягає у земному походженні води, що утворилася у надрах планети.

Під впливом численних падінь метеоритів наша на той час розпечена планета почала формувати велику кількість вулканів, з яких виривалася магма. Разом з нею на поверхню виділялася «водяна пара», яка і стала причиною утворення гідросфери Землі.

Незважаючи на те, що теорія поклала в основу земне походження води, вона не може відповісти на багато питань. Наприклад, яким чином породи в літосфері настільки сильно розплавилися, щоб спричинити утворення багатьох вулканів? І яким чином водяна пара утворилася? Спочатку вчені припустили, що на той момент існувала ґрунтова вода, яка через жерла вулканів разом із магмою вирвалася назовні у газоподібному стані.

Цю теорію утворення пари спростував П.Перро, натураліст 17-го століття. Він довів, що ґрунтові води утворилися через випадання опадів, а для цього потрібна наявність атмосфери. 4,4 мільярда років тому атмосфери не існувало.

І остання теорія

Тож як з'явилася вода на Землі? Ще одна гіпотеза змогла підійти з іншого боку до формування гідросфери планети. Як і минуле припущення В.С. Сафронового та його співавторів, ця гіпотеза відштовхується від земного походження води.

Відмінністю і те, що на думку дослідників, молекули води утворилися разом із протопланетним диском Землі, тобто. у момент формування самої планети. Джерелом молекул води послужили дейтерій та кисень.

Дейтерій є звичайним воднем з одним нейтроном в ядрі. Цей важкий ізотоп було знайдено у зразках стародавніх базальтів, виявлених в Арктиці на острові Баффінова Земля (1985). Ці породи утворені з частинок протопланетного пилу, що не зазнали впливу під час формування планети. Як стверджують дослідники, хімічна природа дейтерію не дозволила б ізотопу утворитися поза планетою.

Ось як з'явилася вода на Землі, на думку цих учених. Якщо їх дані правильні, для формування протопланетного диска утворилося близько 20% сучасного світового океану. Сьогодні дослідники шукають спосіб довести, що з "протопланетної" води утворилася більша частина світового океану, а також атмосферні водяні пари та ґрунтові води.

Можливо, колись ви вже ставили собі запитання. Як утворилася вода, коли Землі з'явилася перша крапля цілющої вологи?

Досі вчені не змогли дати точної, підтвердженої незаперечними фактами відповіді на це питання, а вода, як відомо, займає 2/3 нашої планети.

Як утворилася вода

Найбільш ймовірними, на думку вчених, є дві гіпотези народження гідросфери – гіпотеза «холодного» та гіпотеза «гарячого» початку:

• Гіпотеза «холодного» початку передбачає, що вода утворилася на Землі при нагріванні холодної хмари пилу.
• Гіпотеза «гарячого» початку передбачає, що спочатку Земля складалася з гарячої високотемпературної субстанції, яка, охолоджуючись, розділилася на дві фази, газоподібну та рідку. Подальше зниження температури призвело до появи Гідросфери та Атмосфери.

Досі тривають гарячі дискусії щодо правильності тієї чи іншої теорії. В результаті досліджень вчені отримують все нові та нові дані. Вивчаються нові зразки води, зокрема вивчається вода, отримана з космічних об'єктів, вивчається вода, здобута у глибинах Землі… Зі шкільної лави нам добре відома формула води що складається із двох елементів — H 2 O, але у реальних природних умовах, поруч із Звичайними ізотопами цих двох елементів, існують і «важчі їхні родичі». Цей факт вже розглядався у матеріалі. У природній воді на 1 000 000 звичайних молекул H 2 O припадає 320 молекул, в яких один з атомів водню замінений на дейтерій, 420 молекул з киснем 17 і майже 2 000 молекул, що складаються з водню і кисню 18 .

«Холодне» початок

Якщо припустити, що правильною є гіпотеза «холодного» початку, то концентрація ізотопу О 18 у водах світового океану і таких древніх породах Землі як граніт і базальт повинні бути приблизно однаковими. Але як виявилося це не так, у гірських породах ізотопу Про 18 помітно більше. Інтрига стала ще більшою, коли з'ясувалося, що ізотопний склад земних вод, так само не відповідає і ізотопному складу льоду, здобутого з космічних комет, хоча теорія бомбардування Землі крижаними брилами була і залишається дуже популярною. Серед інших гіпотез, можна припустити, що вода утворила внаслідок кількох, не очевидних на даний момент часу, процесів.

Цікавим є той факт, що більшість води у Сонячній системі утворилася раніше самого Сонця. Зазначимо ще один цікавий факт, ізотопний склад води в місячних породах та в земних аналогах приблизно однаковий. Можна з високим ступенем ймовірності припустити, що Місяць та Земля утворилися з однієї речовини, а оскільки