Андрей Смирнов
Время чтения: ~17 мин.
Просмотров: 0

Гипотезы формирования гидросферы. как появилась вода на земле?

Холодная версия с последующим разогревом

Когда-то холодный земной шар разогревался постепенно. В разогретой мантии стал появляться пар при соединении ионов кислорода и водорода. Под действием внутреннего земного давления, пар вытеснялся в более холодную земную кору, охлаждался там, превращаясь в воду.

Она, в свою очередь, вступая в химические реакции с минералами коры, «разъедала» породы и заполняла образовавшиеся пустоты, трещины. Разрушительное действие позволило ей добраться до поверхности, образуя постепенно мировой океан.Попутно горячая вода растворяя кислоты и щёлочи, становилась всё более солёной, какой является по сих пор.

Под материками находятся запасы «рассола», насыщенного солями и металлами. Глубина залегания слоёв примерно 12 — 20 километров. Это следствие того, что вода «давила» во всех направлениях: вверх, вширь, вглубь. Проникнуть ещё глубже ей не дал гранит.

Подтверждением такого предположения является дрейф материков, пусть и медленно, всего несколько сантиметров в столетие, но материки «плывут». Ещё одно явление говорит в пользу гипотезы: резкое ускорение сейсмических волн на предполагаемой глубине адски солёных слоёв воды.

Возможное существование этих жидких руд и химических элементов даёт человечеству шанс на разработку богатейших месторождений.

Зачем нужна вода человеку?

Ежедневная потребность взрослого человека в воде составляет ~2 л:

  • Жидкость необходима для нормального протекания процессов метаболизма.
  • Частично благодаря воде пополняется кровоток и запасы жидкости в клетках и межклеточном пространстве.
  • Она необходима для регуляции электролитного баланса. Его нарушения могут привести к прекращению проведения нервных импульсов.
  • Без жидкости среднестатистический человек не проживет больше нескольких дней.

Все это заставляет задуматься о том, что на планете не так уж много пригодной для питья воды.

Большую часть составляет морская вода

, наличие в ее составе соли исключает возможность утоления жажды. И это если учесть, чтоживительная жидкость необходима не только людям, но и всем представителям флоры и фауны .

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.

Что на самом деле случилось с динозаврами?

Фото pixabay.com

Ох уж эти бедные динозавры. На протяжении миллионов лет они были бесспорными правителями доисторического мира; увы, сегодня они не что иное, как источник музейного очарования и вдохновения для кинематографистов. Что именно заставило этих массивных существ встретить свой эволюционный конец 65 миллионов лет назад?

Есть несколько широко распространенных теорий: одна предполагает, что гигантский астероид ударил Землю. Другая выдвигает гипотезу, что причиной их гибели была серия извержений вулканов. В любом случае результат был бы примерно одинаковым: пыль и мусор закрыли солнце, помешав таким животворным процессам, как фотосинтез. Температура Земли также опасно поднялась бы из-за парниковых газов в атмосфере. Гипотезы об астероидной и вулканической активности подкрепляются значительными научными открытиями, но по-прежнему остаются только гипотезами.

Гипотеза английского астрофизика Хойла

В 1973-м году английский астроном-исследователь Хойл попытался объяснить появление воды на земле только космическим происхождением. Планеты Солнечной системы, по мере удаления от Солнца, имеют всё более водную природу, образованы они в процессе соединения частиц снега и льда.

Температура вблизи Солнца слишком велика, чтобы там могли конденсироваться пары. А на расстоянии орбиты Урана, при температуре 350 К это было возможно.

Внешние планеты, по причине гравитационного взаимодействия, выталкивали глыбы льда и снега в область внутренних планет. Часть из них успевали долететь до Земли, не испарившись от солнечного тепла. Марсу доставалось больше космической влаги, Венере и Меркурию гораздо меньше.

Гипотеза Хойла — «быстрая»; всего несколько миллионов лет потребовалось на образование Мирового Земного океана.

Современная теория происхождения солнечной системы

Согласно современным
представлениям, планеты солнечной
системы образовались из холодного
газопылевого облака, окружавшего Солнце
миллиарды лет назад. Такая точка зрения
наиболее последовательно отражена в
гипотезе российского ученого, академика
О.Ю. Шмидта (1891—1956), который показал, что
проблемы космологии можно решить
согласованными усилиями астрономии и
наук о Земле, прежде всего географии,
геологии, геохимии. В основе гипотезы
О.Ю. Шмидта лежит мысль об образовании
планет путем объединения твердых тел
и пылевых частиц. Возникшее около Солнца
газопылевое облако сначала состояло
на 98% из водорода и гелия. Остальные
элементы конденсировались в пылевые
частицы. Беспорядочное движение газа
в облаке быстро прекратилось: оно
сменилось спокойным движением облака
вокруг Солнца.

Пылевые частицы
сконцентрировались в центральной
плоскости, образовав слой повышенной
плотности. Когда плотность слоя достигла
некоторого критического значения, его
собственное тяготение стало «соперничать»
с тяготением Солнца. Слой пыли оказался
неустойчивым и распался на отдельные
пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с
другом, они образовали множество сплошных
плотных тел. Наиболее крупные из них
приобретали почти круговые орбиты и в
своем росте начали обгонять другие
тела, став потенциальными зародышами
будущих планет. Как более массивные
тела, новообразования присоединяли к
себе оставшееся вещество газопылевого
облака. В конце концов сформировалось
девять больших планет, движение которых
по орбитам остается устойчивым на
протяжение миллиардов лет.

С учетом физических
характеристик все планеты делятся на
две группы. Одна из них состоит из
сравнительно небольших планет земной
группы — Меркурия, Венеры, Земли и Марса.
Их вещество отличается относительно
высокой плотностью: в среднем около 5,5
г/см3,
что в 5,5 раза превосходит плотность
воды. Другую группу составляют планеты
-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Эти планеты обладают огромными массами.
Так, масса Урана равна 15 земным массам,
а Юпитера— 318. Состоят планеты-гиганты
главным образом из водорода и гелия, а
средняя плотность их вещества близка
к плотности воды. Судя по всему, у этих
планет нет твердой поверхности, подобной
поверхности планет земной группы. Особое
место занимает девятая планета — Плутон,
открытая в марте 1930 г. По своим размерам
она ближе к планетам земной группы. Не
так давно обнаружено, что Плутон —
двойная планета: она состоит из
центрального тела и очень большого
спутника. Оба небесных тела обращаются
вокруг общего центра масс.

В процессе
образования планет их деление на две
группы обусловливается тем, что в далеких
от Солнца частях облака температура
была низкой и все вещества, кроме водорода
и гелия, образовали твердые частицы.
Среди них преобладал метан, аммиак и
вода, определившие состав Урана и
Нептуна. В составе самых массивных
планет — Юпитера и Сатурна, кроме того,
оказалось значительное количество
газов. В области планет земной группы
температура была значительно выше, и
все летучие вещества (в том числе метан
и аммиак) остались в газообразном
состоянии, и, следовательно, в состав
планет не вошли. Планеты этой группы
сформировались в основном из силикатов
и металлов.2

Горячее происхождение Земли

Наша планета когда-то была раскаленным телом. В результате остывания появилась литосфера.

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.


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. Credit: историиземли.рф/in-space.

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.

Запасы воды на Земле

Наземные и подземные водоемы объединяет гидросфера.
Примерное распределение воды на земле:

  • львиная доля 90,4% принадлежит мировому океану;
  • ледники, снег составляют 1,87% запасов воды на
    Земле;
  • доля подземных источников – 1,7%, земля под
    водой объединяет грунтовые воды и подземные водяные пласты;
  • реки, озера, другие водоемы на суше составляют
    0,02% запасов водных ресурсов;
  • в живых клетках, атмосфере содержится остальные
    0,02% водных запасов.

Средняя толщина гидросферы планеты не более 4 км. Если бы
структура почвы была песчаной, влага не задерживалась бы на поверхности. Какой
же слой земли задерживает воду на поверхности? Это глинистый грунт. Глина при
набухании обладает способностью образовывать водяной замок, не пропускает
влагу. По подсчетам ученых, в почвенном слое содержится в 10-12 раз больше
воды, чем в мировом океане. Но в основном она не пригодна для питья.

Ответ на вопрос, какой воды на Земле больше, однозначный,
пресной воды не более 3% мировых запасов, причем большая ее часть содержится в
ледниках. Существует много методов получения воды путем опреснения. Технологии
очистки водных ресурсов актуальны в районах, где нет запасов пресной воды, нет
питьевых наземных и подземных источников.

Вода в жизни всего живого имеет первостепенное значение.
Водные ресурсы на планете возобновляемые, но их необходимо оберегать,
рационально использовать, не загрязнять. Гидросфера – основа жизни биосферы, от
ее состояния зависит судьба всего живого на Земле. Тайны воды еще не разгаданы,
ученые продолжают ее исследование.

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.

Почему это так?

Внешняя земная оболочка (литосфера), будучи твердой и простираясь вглубь земного шара до ста километров, состоит из тектонических плит. Перемещаться эти плиты могут, потому что в глубине литосферы мантия Земли представляет собой гораздо более жидкую субстанцию высокой температуры, поставляющую энергию для движения тектонических плит.

Сейчас число крупных и средних литосферных плит — около 10. К ним относятся Евразийская, Африканская, Тихоокеанская и прочие. Перемещаются они со скоростью несколько сантиметров ежегодно. Именно так начинался процесс разделения Америки, Европы и Африки около 180 млн лет назад. При этом между ними образовался океан, названный ныне Атлантическим.

Взглянув на современную карту мира, можно увидеть, что береговые контуры континентов, разделенных Атлантическим океаном, достаточно точно совпадают. Конечно, подобное совпадение не является единственным аргументом в пользу теории расхождения материков. Учеными были собраны доказательства с помощью новейших научных исследований в области геологии и океанографии.

Откуда берётся вода в реках

«Начинается река с голубого ручейка». Слова из этой известной детской песенки абсолютно правдивы. Они на самом деле образуются из маленького ручья. К нему присоединяются другие ручьи. Появляются речные потоки.

Самый мощный поток становится крупной рекой, другие остаются притоками. Однако не у всех они появляются. В засушливой местности речки обычно не имеют притоков.

Как пример – Нил в Египте (Африка).

У Нила нет притоков, а запасы воды она пополняет из атмосферных осадков.

Больше всего дождей выпадает в экваториальной зоне. В таких местностях обычно речки имеют большое количество притоков.

Вместе со своими притоками образует речную систему. А местность, в котором она пополняет запасы воды, называется бассейном.

Кометы и астероиды

Астероид Веста

Если вода не появилась на Земле изначально (на ее поверхности в обширных количествах), то благодарить стоит космических посланников (внешний фактор). Ученые указывают в сторону комет и астероидов.

Наверняка вы знаете, что в прошлом эти космические скалы и ледяные глыбы врезались в наш мир намного чаще. Модели астероидов и комет показывают, что они располагают достаточным количеством льда, чтобы создать все существующие земные океаны.

Итак, ответ найден? Не совсем. Это был астероид или комета (кто принес больше воды)? Речь идет об одном крупном событии удара или же череде небольших падений? Насколько давно это произошло?

Чтобы понять, кого стоит благодарить (комету или астероид), нужно проанализировать химических состав этих объектов и сравнить его с земным составом. Например, молекула воды всегда имеет 10 протонов и обычно 8 нейтронов. Но разные изотопы воды могут располагать дополнительными нейтронами.

Например, тяжелая вода (из кислорода и дейтерия) представляет собою изотоп водорода или водород с добавленным нейтроном.

В исследовании от 2014 года изучали относительное количество разных изотопов воды (молекулы воды с различным количеством нейтронов) на метеоритах, которые упали на Землю от древнего астероида Веста.

Важно понимать, что Веста стоит на втором месте по величине среди объектов в астероидном поясе и располагает сильно кратерной поверхностью, что намекает на бурное прошлое. Образцы пород Весты имели такое же распределение изотопов, что и на Земле

Это не значит, что Веста является главным источником нашей воды, однако подобный объект мог нести ответственность.

Комета 46P/Виртанена

Но споры продолжаются. Мы рассмотрели теорию с астероидами, но ведь удар мог прийти от крупной кометы. Например, несколько лет назад космический корабль Розетта первым облетел комету и спустил на ее поверхность посадочный аппарат. Это позволило узнать, что отношение тяжелой воды к обычной в кометах отличается от земной ситуации. Некоторые считают, что лишь 10% земной воды могло поступить от комет.

Но в 2018 году мимо нас пролетала комета 46P/Виртанена, что позволило изучить ее изотопный состав с помощью прибора SOFIA. Так вот у этой кометы соотношение дейтерия и водорода напоминало земное. Что же отличает эту комету от той, что изучала миссия Розетта?

Дело в том, что 46P/Виртанена относится к классу «гиперактиных» комет, которые выпускают больший объем воды при сближении с Солнцем, чем обычные кометы. Как они это делают? Когда обычная комета подлетает к звезде, то частицы льда из ядра превращаются в газ, который затем может стать жидкой водой, если окажется на поверхности планеты.

Но гиперактивная комета теряет не только лед из ядра, но и богатую на частицы атмосферу. Именно эти выброшенные ледяные частицы могут быть причиной того, что изотопные отношения в гиперактивных кометах напоминают земные.

Значит, падение этих комет в сумме с парочкой астероидов могли принести воду на Землю. А расположение в зоне обитаемости обеспечило тот факт, что вода сохранилась в жидком состоянии. Однако мы все еще не знаем, какие именно объекты рухнули, сколько их было и когда это случилось. На эти вопросы еще предстоит найти ответы.

Откуда берется вода в водопроводе?

Но чаще всего нас волнуют более насущные проблемы, чем природа происхождения воды. Гораздо интересней, как она попадает в наши краны и дальше «перекочевывает» в чайники и кастрюли.

Согласно разработанным гигиеническим стандартам существует:

  • Резервуар, из которого под нужды населения забирается вода.
  • Целый ряд водозаборных сооружений, которые осуществляют забор и фильтрацию жидкости.
  • Разветвленная система водоснабжения. Те самые трубы, по которым жидкость течет в наши дома.

За качеством воды регулярно следят, соблюдая ГОСТ и прочие нормы. Вот только качество водопроводных труб оставляет желать лучшего.

Даже если «на входе» в систему вода была идеально чистой, «на выходе» она не всегда пригодная для употребления. Поэтому воду с крана лучше отфильтровать и прокипятить.

Некоторые увлекаются отстаиванием, замораживанием и прочими сложными системами фильтрации

Если бы мы находились где-то в Нигерии, такие меры предосторожности имели бы право на существование. Но на постсоветском пространстве с водой из трубопровода все не так плохо

Происхождение воды на земле

На такую тему как, каким образом появилась на нашей планете вода ученые всего мира давно спорят, многие специалисты считают, что происхождение воды на земле произошло, примерно, 4 – 3,6 млрд лет тому назад, на активном этапе планетного формирования, когда она постоянно атаковалась тысячами малых и больших комет и астероидов.

По мнению учёных, некоторые из подобных астероидов были довольно больших размеров и в себе имели большие запасы воды в парообразном состоянии, льда или жидкости. Сегодня же возникла и новая теория. Специалисты из Японии предполагают, что происхождение воды на земле с занесением из космоса не связано. Так, геологи из японского института технологий говорят, что на начальном этапе формирования планеты в Земельной структуре были целые пласты, которые состояли из водорода, они с кислородом, который присутствовал в земной мантии, вступали в химические реакции, в результате этого на планете появилась вода в огромных количествах. Геологи предположили, что сразу после сформирования планеты, она стала крайне сухой и горячей. Теоретически, около 3,8 млрд лет назад миллионы астероидов и комет, которые богаты водой, массировано атаковали Землю, это является объяснением почему появились океаны уже после окончания формирования планеты.

Каково же происхождение воды на земле? Исследования показали, что в структуре природной естественной воды содержится великое множество дейтерия, другое название элемента “тяжелый водород”. Дейтерий возникает, когда протекают с водородом реакции, в результате этого небольшой процент водородных атомов получает к себе дополнительный электрон и таким образом становится дейтерием. Как считают ученые, такой фактор свидетельствует о земном происхождении воды. Ученые из Японии предположили, что у ранней Земли была плотная водородная атмосфера, которая в структуре планеты взаимодействовала совместно с кислородом, в результате этого и была образована вода. Идею, что планета имела толстую водородную атмосферу, специалисты построили на базе анализа Земляной орбиты. Сегодня орбита Земли, как и Венеры с Марсом, довольно округлая, но раньше орбита была вытянутой, так как Солнечное притяжение не так сильно действовало на вновь образованные планеты в Солнечной системе. Более того, специалисты считают, что некоторая часть дейтерия образовалась как результат реакций с некоторыми космическими элементами в слоях атмосферы.

Рубрика: Вода в природе |
Метки: гипотезы

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации