Как солнечный ветер повлиял на появление большого количества воды на земле

Земля была планетой-океаном

Когда 4,5 миллиарда лет назад ряд мощных столкновений между пылью и космическими породами положил начало рождению нашей планеты, совсем еще юная Земля представляла собой пузырящуюся, расплавленную сферу магмы глубиной в тысячи километров. Постепенно охлаждаясь по мере вращения, через несколько миллионов лет после своего рождения, остывающая магма сформировала первые минеральные кристаллы в земной коре. Спустя 4 миллиарда лет именно их удалось обнаружить ученым из Северо-Западной Австралии, которые решили проанализировать породу,найденную в глубине самого маленького континента планеты. В ходе проведенного исследования выяснилось, что кристаллы представляли собой остатки древнего океанического дна, свидетельствующего о том, что когда-то очень давно на Земле не существовало суши в том понимании, к которому мы все привыкли.

Согласно представленной учеными теории, континенты появились гораздо позже: в тот момент, когда тектоника плит толкнула огромные скалистые массы суши вверх, чтобы пробить морскую поверхность. Между тем, первая вода Земли, возможно, была принесена сюда богатыми льдом кометами из-за пределов нашей Солнечной системы. Альтернативная версия же утверждает, что влага могла прибыть в виде пыли из облака частиц, которое породило Солнце и вращающиеся вокруг него объекты.

Кометная бомбардировка могла положить начало жизни на Земле

Когда Земля была горячим океаном магмы, водяной пар и газы выходили с поверхности раскаленного шара в его атмосферу. «Затем из земной газовой оболочки пошел сильный дождь, вызванный резким похолоданием», — подтвердил ведущий автор исследования Бенджамин Джонсон, доцент кафедры геологических и атмосферных наук в Университете штата Айова.

В своем новом исследовании Джонсон и его коллега Босуэлл Уинг, доцент геологических наук в Университете Колорадо, обратились к уникальной находке, сделанной ими в австралийской глубинке. Обнаруженный ими кусок материала представляет собой скалистую структуру, застилавшую океаническое дно 3,2 миллиарда лет назад. В куске породы сохранились изотопы кислорода, способные помочь исследователям расшифровать изменения в температурах древнего океана планеты, а также в ее глобальном климате.

Могла ли возникнуть жизнь на планете-океане?

Проанализировав более 100 образцов осадочных пород, ученые обнаружили, что около 3,2 миллиарда лет назад океаны содержали больше кислорода-18, чем кислорода-16, который в настоящее время является наиболее распространенным в океане. Таким образом, выщелачивая кислород-18 из океанов, материковые массы суши свидетельствуют о том, что в древности континентов попросту не существовало. В этом случае, могла ли возникнуть какая-либо жизнь в условиях, столь отличных от современных?

Бенджамин Джонсон и его коллега склонны придерживаться мнения, что жизнь на Земле могла появиться лишь в двух местах: в гидротермальных источниках и прудах на суше. И те, и другие способны предоставить постепенно эволюционирующим живым существам достаточно органических веществ для роста и развития. Как бы то ни было, если теория ученых подтвердится, нахождение жизни на уже обнаруженных человеком планетах-океанах, таких как GJ 1214b или Kepler-22b, будет возможным лишь в том случае, если вышеупомянутые экзопланеты пойдут путем, который в свое время прошла наша голубая планета. В противном случае, вода может оказаться пусть и важным, но всего лишь ингредиентом для возникновения жизни на органической основе, который без участия дополнительных факторов не сможет обеспечить комфортную среду для зарождения первых микроорганизмов.

Планетологи ранее были уверены в космическом происхождении воды на нашей планете.

Вода на Земле существовала на поверхности изначально, а не была принесена кометами или астероидами, как считалось ранее. Об этом говорится в статье, опубликованной в журнале Science. 

К такому выводу ученые пришли, изучая древнейшие породы Земли с канадского острова в Арктике.

«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», — цитирует РИА Наука Лидию Халлис из университета Глазго.

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.

Центр «переворота» магнитного поля Земли

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.

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.

Инвентаризация воды Земли [ править ]

Хотя большая часть поверхности Земли покрыта океанами, эти океаны составляют лишь небольшую часть массы планеты. Масса океанов Земли оценивается в 1,37 × 10 21 кг, что составляет 0,023% от общей массы Земли, 6,0 × 10 24 кг. Еще 0,5 × 10 21 кг воды, по оценкам, присутствует во льду, озерах, реках, грунтовых водах и водяном паре атмосферы. Значительное количество воды также хранится в коре , мантии и ядре Земли . В отличие от молекулярной H ₂ O, которая находится на поверхности, вода внутри существует в основном в гидратированных минералах или в виде следовых количеств водорода, связанного сатомы кислорода в безводных минералах. Гидратированные силикаты на поверхности переносят воду в мантию на конвергентных границах плит , где океаническая кора субдуцируется под континентальную кору . Хотя трудно оценить общее содержание воды в мантии из-за ограниченного количества образцов, там может храниться масса, примерно в три раза превышающая массу океанов Земли. Точно так же ядро ​​Земли может содержать от четырех до пяти океанов водорода.

Виды рек

Все реки в мире можно классифицировать по видам — по величине, возрасту, условиям питания и по рельефу местности.

По величине

В России принята следующая классификация рек по величине:

Большими реками называются равнинные реки, имеющие бассейн площадью более 50 000 км², а также реки преимущественно горные с площадью водосбора более 30 000 км². Как правило, их бассейны располагаются в нескольких географических зонах, а гидрологический режим не свойственен для рек каждой географической зоны в отдельности.

Средними реками называются равнинные реки, бассейны которых располагаются в одной гидрографической зоне, имеющие площадь от 2000 до 50 000 км², гидрологический режим которых свойственен для рек этой зоны.

Малыми реками называются реки, бассейны которых располагаются в одной гидрографической зоне, имеют площадь не более 2000 км² и гидрологический режим которых под влиянием местных факторов может быть не свойственен для рек этой зоны. Небольшой водоток также может называться ручьём, чёткой границы в определении ручья и малой реки нет.

Топографические виды рек

В зависимости от рельефа местности, в пределах которой текут реки, они разделяются на горные и равнинные. На многих реках перемежаются участки горного и равнинного характера.

Горные реки, как правило, отличаются большими уклонами, бурным течением, текут в узких долинах; преобладают процессы размыва.

Для равнинных рек характерно наличие извилин русла или меандров, образующихся в результате русловых процессов. На равнинных реках чередуются участки размыва русла и аккумуляции на нём наносов, в результате которой образуются осерёдки и перекаты, а в устьях — дельты. Иногда ответвлённые от реки рукава сливаются с другой рекой.

Виды рек по возрасту

По возрасту реки делятся на молодые (например, Нева — её возраст 4 тыс. лет, Волга в верхнем течении — 20 тыс. лет), зрелые и старые (Нил, Миссисипи, Хуанхэ, Амударья, Ангара — 60—70 млн лет).

Виды рек по условиям питания

По условиям питания принята следующая классификация:

• Почти полностью снеговое питание.
• Смешанное с преобладанием снегового.
•  Преобладает дождевое + смешанное.
• Смешанное с преобладанием ледникового.
• Смешанное с преобладанием подземного.

История воды на Земле [ править ]

Одним из факторов при оценке того, когда вода появилась на Земле, является то, что вода постоянно теряется в космосе. Молекулы H ₂ O в атмосфере расщепляются фотолизом , и образующиеся свободные атомы водорода иногда могут ускользать от гравитационного воздействия Земли (см .: Ускользание из атмосферы ). Когда Земля была моложе и менее массивной , воду было бы легче потерять в космосе. Ожидается, что более легкие элементы, такие как водород и гелий , будут постоянно вытекать из атмосферы, но изотопные отношения более тяжелых благородных газов в современной атмосфере предполагают, что даже более тяжелые элементы в ранней атмосфере подвергались значительным потерям. В частности, ксенон полезен для расчета потери воды с течением времени. Это не только благородный газ (и, следовательно, не удаляется из атмосферы в результате химических реакций с другими элементами), но и сравнение содержания его девяти стабильных изотопов в современной атмосфере показывает, что Земля потеряла по крайней мере один океан воды на раннем этапе. его история между Хадейской и Архейской эпохами.

Любая вода на Земле во время более поздней части ее аккреции была бы разрушена ударом по формированию Луны (~ 4,5 миллиарда лет назад), который, вероятно, испарил большую часть земной коры и верхней мантии и создал атмосферу из каменного пара вокруг молодой планеты. . Пар горных пород должен был конденсироваться в течение двух тысяч лет, оставив после себя горячие летучие вещества, что, вероятно, привело к образованию в атмосфере углекислого газа с водородом и водяным паром . Впоследствии жидкие водные океаны могли существовать, несмотря на температуру поверхности 230 ° C (446 ° F) из-за повышенного атмосферного давления в атмосфере CO ₂ . По мере продолжения охлаждения большая часть CO ₂был удален из атмосферы в результате субдукции и растворения в океанской воде, но уровни сильно колебались по мере появления новых поверхностных и мантийных циклов.

Эта подушечка из базальта на морском дне недалеко от Гавайев образовалась, когда магма вытеснила под водой. Другие, гораздо более древние образования подушечного базальта свидетельствуют о существовании больших водоемов давным-давно в истории Земли.

Есть также геологические данные, которые помогают ограничить временные рамки существования жидкой воды на Земле. Образец подушечного базальта (типа породы, образовавшейся во время подводного извержения) был извлечен из зеленокаменного пояса Исуа и является свидетельством того, что вода существовала на Земле 3,8 миллиарда лет назад. В зеленокаменном поясе Нуввуагиттук , Квебек, Канада, породы, возраст которых в одном исследовании составляет 3,8 миллиарда лет , а в другом — 4,28 миллиарда лет , свидетельствуют о наличии воды в этом возрасте. Если океаны существовали раньше, то какие-либо геологические свидетельства либо еще не были обнаружены, либо с тех пор были уничтожены геологическими процессами, такими какпереработка земной коры . Совсем недавно, в августе 2020 года, исследователи сообщили, что с самого начала формирования планеты на Земле всегда было достаточно воды для заполнения океанов .

В отличие от горных пород, минералы, называемые цирконами, обладают высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям и геологическим процессам и поэтому используются для понимания условий на очень ранней Земле. Минералогические данные по цирконам показали, что жидкая вода и атмосфера должны были существовать 4,404 ± 0,008 миллиарда лет назад, очень скоро после образования Земли. Это представляет собой своего рода парадокс, поскольку гипотеза холодной ранней Земли предполагает, что температуры были достаточно низкими, чтобы заморозить воду примерно от 4,4 до 4,0 млрд лет назад. Другие исследования цирконов, обнаруженных в австралийских гадийских породах, указывают на существование тектоники плит.еще 4 миллиарда лет назад. Если это правда, это означает, что вместо горячей расплавленной поверхности и атмосферы, полной углекислого газа, поверхность Земли на ранних этапах была такой же, как сегодня. Действие тектоники плит улавливает огромное количество CO ₂ , тем самым уменьшая парниковый эффект и приводя к гораздо более низкой температуре поверхности и образованию твердых пород и жидкой воды.

Недооценённый источник

Вода состоит из водорода и кислорода. Но эти химические элементы встречаются в виде разных изотопов, то есть могут иметь разное количество нейтронов в атомном ядре. Исследователи рассмотрели соотношение изотопов водорода в астероидной влаге, и выяснили, что оно очень близко к земному. Это предполагает, что вода на Земле происходит из того же источника. Что поднимает несколько интереснейших вопросов, и первый из них — как такое количество воды могло оказаться внутри номинально безводных минералов? Авторы статьи считают, что во время своего образования материал астероида поглощал водород из протопланетного диска. Тот в условиях высокой температуры и большого давления, свойственных солнечной туманности, соединялся с кислородом, образуя воду внутри минералов. 

Оригинальная морфология двух изученных частиц Итокавы. Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA), под редакцией Z. Jin Original morphology of the two studied Itokawa particles. Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), edited by Z. Jin

Вроде бы логично, но возможно ли, чтобы вода осталась в минералах? Ведь те же астероиды класса S образовались во внутренней, самой горячей части Солнечной системы. У Итокавы, например, сложная, очень насыщенная история термального метаморфизма и столкновений. Астероид иногда разогревался до температуры не менее 900°C. Учёных все эти возражения не смутили — они провели компьютерные симуляции, в ходе которых выяснилось, что общие потери воды при этих процессах не превысят даже 10%.

Гипотеза расширяющейся планеты

Установлено, что еще 250 миллионов лет назад на нашей планете был один материк, это доказано и неоспоримо. Доказательств много, самые убедительные — это то, что береговые линии разных материков подходят друг другу по форме, как детальки пазла, а также то, что геология структур на побережьях схожа. Это еще не все, флора и фауна тоже похожи. Никто не спорит, что материк был один, но в том же время почему он раскололся, тоже никому не известно. По непонятным причинам целостность материка была нарушена, его части начали расходиться в разные стороны. Ученые не могут дать ответа, что именно было движущей силой, и как может расходиться в стороны материковая глыба, которая уходит вглубь на десятки километров.

Тем не менее, они действительно плывут, про это упоминалось в другой теории. Хоть и не на много, но расстояние становится больше. Все эти факты сливаются воедино в одной из теорий, это гипотеза расширяющейся. Земли.

Авторы этой теории считают, что на какой-то стадии формирования радиус нашей планеты был вдвое меньше, чем сейчас. Вся поверхность была единым опоясывающим материком, океанов не было, как и места для них. На стыке протерозоя и мезозоя, что было от 250 до 300 миллионов лет назад, планета начала расширяться. Материк раскололся на части, между ними образовались пустоты, которые смогли наполниться водой и стать океанами.

Самая шокирующая новость не в том, что радиус планеты стал в два раза больше. После создания атомных часов ученые смогли с точностью определять широту и долготу любого объекта на Земле относительно звездного неба. И эти замеры показали, что расширение до сих пор продолжается.

Очень сильно расширяется европейский континент. Гамбург, расположенный в центре континента, остается на месте. А Москва и Санкт-Петербург, что находятся ближе к окраине уходят на восток со скоростью 1 сантиметр в год. Это очень быстро: если посчитать на 20 миллионов лет, что ничтожно по меркам геологической эпохи, то при перемещении такими же темпами может быть образован океан шириной в 4000 километров.

Но во всей этой теории отсутствует важнейший элемент — причина, по которой планета расширяется.

Как мы знаем, Вселенная состоит из водорода на 98%, представленность данного элемента в составе Земли такая же. Этот водород пришел с частицами звездной пыли, образовавшей планеты. Там был не только водород, но и атомы металлов. С этим было связано интересное взаимодействие: металл может поглощать огромные количества водорода, в тысячи раз больше собственного объема. Чем больше водорода поглотил металла, тем меньше по объему и плотнее он стал.

Таким образом, облако космической пыли уплотняется, давление внутри прото-Земли возрастает, в чем выше оно становится, тем больше водорода могут поглотить металлы. От сжатия повышается температура, происходит разогрев. Так как центральные области сжимались сильнее других, температура там повышалась сильнее. На какой-то стадии температура в земном ядре стала критической, и начался обратный процесс, теперь металлы не поглощали, а выделяли водород. Возможно, это и стало причиной расширения.

Это были шесть теорий, как появилась вода на планете Земля. На данный момент вопрос открыт, так как ни одна из гипотез не может быть доказанной. Но рано или поздно человечество узнает точный ответ.

Откуда взялась Н2О на планете

Вода имеет жизненно важное значение для выживания человечества. Сегодня мы знаем многое об этой субстанции, кроме самого первого вопроса: откуда она взялась на планете

Каждый помнит картинку из средней школы, на которой изображен цикл кругооборота воды в природе. Жидкость испаряется из водоемов, конденсируется, образует облака и в виде дождя возвращается снова на землю. Все это верно, но школьная картинка никоим образом не объясняет, откуда взялась самая первая вода….

Есть мнение, что история появления воды на нашей планете насчитывает около 13,8 миллиарда лет до Большого взрыва. Астрономы считают, что жидкость на Землю перенесли кометы и астероиды, которые атаковали нашу планету на протяжении миллионов лет. Но так ли это все происходило на самом деле, сегодня ответить невозможно – научные споры продолжаются.

И совсем недавно исследователи из Гавайского университета, проанализировав состав скал на острове Баффинова Земля (Канада), пришли к неожиданному выводу. Они выдвинули новую теорию – о так называемой «родной» воде на Земле. Скалы на острове образовались непосредственно из мантии, без каких-либо влияний земной коры. И вот в их составе исследователи обнаружили стеклянные кристаллы, а в них – капельки воды, чей химический состав оказался идентичен формуле остального оксида водорода.

Гавайские ученые не берутся опровергать теорию об астероидах и кометах, но призывают научный мир по-новому взглянуть на возможные источники первой воды на планете. Возможно, когда Земля была еще молодой, ее подпитывала влага из нескольких точек?..

Откуда появилась вода?

По своему химическому составу вода представляет собой соединение кислорода и водорода. Атомов водорода во Вселенной огромное множество, ведь все звезды – его «кузницы». С кислородом уже немного сложнее, но конкретно на нашей планете он был, чуть ли не с первых дней. Остается только дождаться соединения двух элементов в нечто уникальное и абсолютно новое, но когда впереди есть миллиарды лет, можно и подождать немного.

Ученые до сих пор не могут понять природу теплоемкости и теплоотдачи воды. По всем законам химии, у этого вещества должны были быть совершенно другие показатели.

Может дело в уровне наших знаний, а может дело обстоит куда интересней. Но на сегодняшний день мы можем уверенно сказать про воду следующее:

1. Вода есть не только на Земле, но и во множестве других уголков Вселенной.
2. Образовалась она в результате соединения водорода и кислорода в пропорциях 2 к 1.
3. Вода находится как на планетах, так и на астероидах и кометах.
4. Она даже присутствует в открытом космосе. Чаще всего встречается в твердом виде.

Откуда на земном шаре появилась вода?

Что такое вода с химической точки зрения? Это неорганическое соединение, прозрачная жидкость без вкуса, цвета и запаха. Молекулы воды состоят из двух атомов водорода и одного кислорода, которые соединены между собой. При пониженных температурах жидкая вода переходит в твердое состояние (лед), а при повышенных – в газообразное (водяной пар).

Роль воды необычайно важна не только в существовании растений (о чем мы писали выше), но и в жизни всех живых существ на Земле. Вода «участвует» в глобальном кругообороте вещества и энергии, возникновении и поддержании жизни на нашей планете, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды…

Именно вода, а не суша, занимает большую часть поверхности планеты – более 70%. Но откуда она на Земле вообще взялась, да еще и в таких количествах?

А вот это до сих пор предмет многочисленных научных споров – на этот счет существует сразу несколько теорий. Например, три самые популярные:

• Вода на Земле образовалась из протопланетного диска, содержащего пылевые частицы с налипшими на них молекулами воды. По мнению ученых, эта материя образовалась около 4,4 млрд лет назад – то есть уже оказалась на нашей планете в момент ее формирования. В доказательство приводят исследования древнейших ископаемых базальтов Земли, в которых содержание водорода сопоставимо с таковым в древних астероидах.
• Некогда вода была занесена на Землю космическими телами. То есть астероиды, метеориты и прочие объекты из космоса при столкновениях с поверхностью новообразованной планеты привнесли в ее состав и молекулы водорода, и сами молекулы воды, которая задолго до появления Земли сформировалась в газовых облаках межзвездного пространства. В пользу этого говорит тот факт, что и сегодня многие кометы и метероиды содержат большое количество воды, идентичной земной по изотопному составу.
• Вода на Земле возникла в результате химических реакций в ее недрах. В пользу этого говорят эксперименты, в которых ученые смоделировали условия, характерные для недр Земли (температура, давление и т.д.), и при таких параметрах содержащийся в мантии диоксид кремния начал вступать в химическую реакцию с водородом, что, в частности, приводит к образованию воды. Геофизики выяснили, что такого рода реакции могут происходить на глубине от 40 до 400 км от поверхности планеты.

А еще существуют версии о миграции нашей планеты в незапамятные времена по Солнечной системе, о влиянии гиганта-Юпитера и так далее…

Каждая из этих и других гипотез имеет как свои сильные, так и слабые стороны, на которые активно указывают оппоненты. Но интересно также, что многие научные теории происхождения воды совместимы между собой – то есть наличие на Земле воды (да еще в таких огромных количествах) может объясняться комбинацией нескольких существующих гипотез.