Как появилась вода на планете земля
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.
Мокрое место: откуда в нашей вселенной вода
1. Большой взрыв
Водород почти так же стар, как сама Вселенная: его атомы появились, как только температура новорожденной Вселенной 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 обнаружили в созвездии Персея молодую солнцеподобную звезду, извергавшую целые фонтаны воды. Ускоряясь в мощном магнитном поле звезды, молекулы H20 на скорости, в 80 раз больше скорости пулеметной пули, вырывались из недр звезды и, остывая, превращались в капли воды. Вероятно, такие выбросы молодых звезд – один из источников вещества, в том числе и воды, в межзвездном пространстве.
2. Первые звезды
В результате гравитационного коллапса облаков водорода и гелия появились первые звезды, внутри которых начался термоядерный синтез и образовались новые элементы, в том числе кислород. Кислород и водород дали воду; первые ее молекулы могли сформироваться сразу после появления первых звезд – 12,7 млрд лет назад. В форме очень рассеянного газа она заполняет межзвездное пространство, охлаждая его и таким образом приближая рождение новых звезд.
В 2011 году астрономы нашли самый большой космический резервуар с водой. Он обнаружился в окрестностях огромной и древней черной дыры в 12 млрд световых лет от Земли; воды в нем хватило бы, чтобы заполнить земные океаны 140 трлн раз! Но астрономов больше заинтересовало не количество воды, а ее возраст: ведь расстояние до облака указывает на то, что оно существовало, когда возраст Вселенной составлял одну десятую от нынешнего. А значит, уже тогда вода заполняла часть межзвездного пространства.
3. Вокруг звезд
Вода, присутствовавшая в породившем звезду облаке газа, переходит в вещество протопланетного диска и объектов, которые формируются из него, – планет и астероидов. В конце жизни самые массивные звезды взрываются сверхновыми, оставляя после себя туманности, в которых вспыхивают новые звезды.
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.
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 планете Земля
Вода — это химическое соединение водорода и кислорода. С наличием на нашей планете первого все ясно — из водородного облака родилась вся Солнечная система.
Но откуда взялся кислород и как появилась вода на Земле, до сих пор достоверно неизвестно.
Горячее происхождение Земли
Наша планета когда-то была раскаленным телом. В результате остывания появилась литосфера.
Водород среди земных химических соединений был изначально, появившись из протооблака, а кислород «прислали» в нашу систему звезды, существовавшие и погибшие задолго до возникновения Солнца.
Каждая из них выплеснула в космос большое количество сырья для новых миров.
В результате реакции двух химических элементов появилась парообразная вода. Она выходила из трещин в планете и заполняла собой пространство. Охлаждаясь, пар образовывал облака. Когда температура во вновь рожденной атмосфере снизилась, содержащийся в облаках пар превратился в жидкую воду, пошли дожди.
Ливни шли несколько тысячелетий, заполнив все выемки на земной тверди и образовав протоокеан.
Холодное происхождение Земли
Приверженцы этой теории утверждают, что планета родилась уже холодной.
Однако наличие в центре Земли раскаленного ядра доказывает, что в силу каких-то причин, например из-за распада радиоактивных элементов, в недрах планеты начала подниматься температура.
Холодная версия с последующим разогревом
Сначала наша планета была холодной, затем стала раскаляться, что вызвало вулканизм. Магма выносила из недр на поверхность водяной пар, который уже содержался в протоматерии, образовывавшей Землю.
Часть пара остывала, становилась жидкой и заполняла океаническую чашу, а часть стала будущей атмосферой.
Гипотеза английского астрофизика Хойла
Британский ученый утверждал, что конденсация первичного водородного облака проходила по-разному во всех зонах Солнечной системы, в первую очередь из-за разницы температур:
Но процесс происхождения дальних планетарных тел не был гладким. По какой-то причине вырванные из них глыбы льда полетели в направлении ближних планет. Часть объектов таяла по дороге, но крупные экземпляры не успевали растаять под воздействием лучей Солнца, долетали до Земли, оседали в ее атмосфере ледяными каплями, превращаясь в дожди.
Математическими расчетами Хойл доказал, что таких осадков было достаточно, чтобы за несколько миллионов лет образовать океаны.
Вода появилась из космоса
Из глубин космоса на Солнечную систему постоянно направлены потоки ионов — это доказанный факт.
Фото и видео подобных ионных ливней предоставляли космическая обсерватория «Хаббл» и межпланетные исследовательские станции. Большой объем в таких потоках занимают протоны, являющиеся с химической точки зрения ядрами атомов Н+, точнее протия — легкого водородного изотопа, не имеющего электрона.
Проливались ионные дожди и много миллиардов лет назад. Достигая верхних слоев земной атмосферы, они захватывали электроны и превращались в чистый водород, который тут же вступал во взаимодействие с кислородом и образовывал воду. А она изливалась на поверхность Земли в виде осадков.
Расчеты показывают: таким образом может быть образовано всего 1,5 т воды ежегодно. Но за миллионы и миллиарды лет космическая вода на планете могла создать Мировой океан.
Расширение планеты и дрейф материков как причина образования воды
250 млн лет назад существовал 1 сверхконтинент, который впоследствии разделился на части, начавшие двигаться друг от друга так, что между ними образовались широкие проемы, ставшие впоследствии океанами.
Это явление может объяснить гипотеза расширения Земли. Сторонники версии утверждают, что первоначально наша планета была в обхвате в 2 раза меньше, чем сейчас, и материки, вначале слитые воедино, могли полностью ее опоясать. Затем космическое тело начало расширяться, и в едином материке появились трещины — будущие океанические впадины.
С тех пор Земля продолжает расширяться — это доказали последние исследования с применением сверхточных атомных измерительных приборов.
Ученые определили, что:
С такой скоростью всего за 20 млн лет (это маленький срок с геологической точки зрения) на месте Европы может появиться новый океанический пролив шириной 4 тыс. км.
Одна из версий, почему расширяется планета, — активное участие в данном процессе водорода. Земля, окружающие ее планеты, кометы и иные небесные тела состоят из этого химического элемента более чем на 95%.
К нам водород пришел в момент рождения Протоземли вместе с первичным облаком, среди атомов которого были и металлы, отличающиеся способностью поглощать водород в большом количестве, в тысячи раз больше, чем свой размер. И чем больше это поглощение, тем металл активнее уплотняется.
По мере того как пылевое облако становилось плотнее, давление внутри будущей Земли росло, небесное тело разогревалось.
Максимальное сжатие было в его центральных областях, и в какой-то момент температурные показатели в земном ядре достигли критических значений, вызвав обратный процесс — водород начал выделяться из металлов. Ядро резко расширилось, и верхние земные слои не выдержали — треснули.
Водород, проходя сквозь недра, захватывал по пути кислород, появляясь на поверхности уже в виде пара. Он конденсировался, превращаясь в воду, и заполнял литосферные впадины, образуя океаны.
Океан внутри планеты — земное происхождение воды
Это вариация версии, что Земля появилась холодной, а после начала разогреваться. В недрах образовался водяной пар, но с окружающим веществом он в реакции не вступал — мешала высокая температура. Пар накапливался и затем под давлением поступал в прохладные верхние слои планеты.
Там он:
Возникли пустоты, которые заполнила жидкость, вышедшая через увеличивающиеся трещины на поверхность и образовавшая протоокеан.
Процесс продолжался не одно тысячелетие. Оставшаяся в коре влага взаимодействовала с кислотами и щелочами, постепенно превращаясь в соленый раствор.
Жидкость неумолимо растекалась под основаниями тверди, но в кору проникнуть не могла из-за мелкопористой структуры основной горной породы — гранита. Поры задерживали взвеси, забивались, и тектоническая плита начинала выполнять функцию защитного экрана, который преградил путь воде.
Если эта теория верна, на глубине от 12 до 20 км под континентами и сейчас плещется соленый океан.
Доказательством гипотезы служит резкое увеличение скорости тектонических колебаний на этой глубине, как будто по линии смены химико-физических свойств материи.
В пользу версии говорит и продолжающийся до сих пор дрейф материков. Возможно, под днищами континентальных плит находится нечто, играющее роль масляной пленки, способствующей движению и уменьшающей трение.