Как вода попадает на землю. Гипотезы формирования гидросферы

Ученые-астрономы из французского Университета Бордо – Шон Раймонд – и бразильского Университета штата Сан-Паулу Жулиу ди Мескита Филью – Андре Изидоро – описали вероятный механизм появления воды на нашей планете. Свое исследование ученые опубликовали в издании Icarus. Кроме того, об исследовании рассказал Раймонд в своем блоге.

Как полагают ученые, вода на нашей планете и небесные тела пояса астероидов между орбитами Юпитера и Марса имеют общее происхождение, которое в первую очередь связано с образованием в Солнечной системе газовых гигантов.

Три четверти земной поверхности покрыта океанами, но в то же время, вода, которая находится на поверхности, занимает всего лишь одну четырехтысячную общей массы Земли. Вода присутствует и в ядре, и в мантии планеты. Ученым неизвестно, сколько ее там, однако они предполагают, что примерно в десять раз больше, нежели на поверхности.

Таким образом, утверждают эксперты, на Земле воды мало, также немного ее на Меркурии, Луне, Марсе и Венере. Вероятно, на Марсе и Венере раньше воды было больше. Основным резервуаром воды в пределах орбиты Юпитера является пояс астероидов.

Основу внутренней части пояса (примерно 2-2,3 астрономические единицы от Солнца) составляют каменистые астероиды класса S, а во внешней части преобладают углеродистые астероиды класса С. В углеродистых астероидах количество воды больше, чем в каменистых астероидах (вода в астероидах класса С составляет порядка 10 процентов).

По словам ученых, происхождение воды можно определить путем проведения изотопного анализа водорода, который содержится в воде разного рода небесных объектов. Помимо водорода с ядром из одного протона (протия), в природе иногда встречается водород с ядром с нейтроном и протоном (дейтерий), и очень редко водород с ядром с двумя нейтронами и протоном (тритий).

Изотопный анализ может выявить некоторые особенности. Для Солнца и газовых гигантов характерно соотношение трития и дейтерия, которое на несколько порядков ниже, нежели у нашей планеты. В то же время астероиды класса С имеют практически такой же показатель, как и Земля. Таким образом, это может указывать на общее происхождение воды.

Соотношение протия и дейтерия у комет в облаке Оорта приблизительно в два раза выше, чем у нашей планеты. В пределах орбиты Юпитера существует три кометы, которые имеют аналогичные параметры, но также есть еще и комета, у которой этой показатель выше в 3,5 раза. Это может свидетельствовать о том, что вода на этих кометах может иметь различное происхождение и лишь часть этой воды образовалась так же, как и на нашей планете.

Образование планет происходит в гигантских газопылевых дисках вокруг молодых звезд. Поскольку чем ближе к Солнцу, тем жарче, то там формируются планеты, которые богаты железом и кремнием. Чем дальше от светила – тем холоднее, поэтому небесные тела там могут возникать и из водяного пара. Наша планета сформировалась в той части газопылевого диска, где возникали каменистые небесные тела, лишенные воды. Таким образом, вероятно, вода попала на Землю извне.

В то же время, между астероидами класса S и C очень много различий, поэтому они не могли формироваться близко друг к другу. Помимо этого, граница, за которой происходило формирование ледяных небесных тел, в процессе эволюции Солнечной системы периодически перемещалась, и в этом процессе основную роль сыграла планета Юпитер.

Согласно предположениям ученых, процесс формирования Сатурна и Юпитера происходил в несколько этапов. Изначально это были твердые небесные объекты, вес которых в несколько раз превышал массу современной Земли. Позже они начала захватывать с протопланетного диска газ. Это привело к резкому увеличению размеров и масс планет, и гиганты начали расчищать себе место в протопланетном диске.

Сатурн и Юпитер окружали небольшие планетезимали – предшественники протопланет. В процессе роста Сатурна и Юпитера их орбиты вытягивались, пересекали внутреннюю зону Солнечной системы и удалялись от Солнца. При этом гиганты притягивали из протопланетного диска газ, вследствие чего, согласно проведенному моделированию, орбиты планетезималей были скорректированы Юпитеров и передвинулись туда, где в настоящее время находится пояс астероидов.

Образование Сатурна произошло позже Юпитера, и его возникновение спровоцировало новую миграцию планетезималей, но незначительную. На основании этого исследователи предположили, что в поясе пределов орбит гигантов астероиды класса С появились уже после окончания формирования Сатурна и Юпитера. При этом часть планетезималей могла переместиться к орбите Нептуна.

Согласно предположениям исследователей, на Землю вода попала во время образования пояса астероидов за счет планетезималей определенного типа (если точнее – астероидов класса С) с нестабильными и очень вытянутыми орбитами, которые пересекали земную траекторию. И главным тому подтверждением является изотопные анализ водорода.

С образованием Сатурна и Юпитера и исчезновением протопланетного диска доставка воды на нашу планету почти завершилась. Таким образом, гипотеза, которая объясняет небольшие размеры Красной планеты перемещением вглубь Солнечной системы Юпитера, связана с механизмом обогащения Земли водой. Появление воды во внутренней Солнечной системе (как в поясе астероидов, так и на каменистых планетах), как оказалось, является всего лишь побочным эффектом роста газовых гигантов Сатурна и Юпитера.

No related links found

Существует несколько принципиально отличающихся друг от друга предположений, которые разделили ученые умы на два лагеря, одни являются сторонниками метеоритного или «холодного» происхождения земли, другие же напротив доказывают «горячее» происхождение планеты. Первые полагают, что Земля первоначально была большим твердым холодным метеоритом, вторые же утверждают, что планета была горячей и крайне сухой. Неоспоримым является лишь тот факт, что такой жизненно важный элемент, как вода, появился на Земле на этапе формирования голубой планеты, то есть задолго до .

Гипотеза «холодного» происхождения планеты

Согласно гипотезе «холодного» происхождения земной шар в начале существования был холодным. В дальнейшем благодаря распаду недра планеты начали разогреваться, что и стало причиной вулканической деятельности. Извергаемая лава выносила на поверхность различные газы и пары воды. В дальнейшем при постепенном охлаждении атмосферы произошла конденсация части водяных паров, что привело к огромному количеству осадков. Непрерывные дожди на протяжении тысячелетий на начальном этапе формирования планеты стали источником воды, заполнившей океанические впадины и образовавшей Мировой океан.

Гипотеза «горячего» происхождения планеты

Большинство ученых, выдвигающих гипотезу «горячего» происхождения Земли, никак не связывают появление воды на планете с . Ученые предположили, что в структуре планеты Земля изначально присутствовали водородные пласты, которые в дальнейшем вступили в химическую реакцию с кислородом, находившимся в земельной мантии на начальном этапе формирования. Результатом данного взаимодействия явилось появление огромного количества воды на планете.

Тем не менее, часть ученых не исключают участие астероидов и комет в создании водного пространства на огромной территории земли. Они предполагают, что именно благодаря непрерывным атакам со стороны больших комет и астероидов, которые несли в себе резервы воды в виде жидкости, льда и пара, появились огромные водные пространства, заполняющие большую часть планеты Земля.

Во все времена люди хотели знать, каким образом образовалась планета Земля. Несмотря на то, что существует масса гипотез, вопрос о происхождении воды на нашей планете по-прежнему остается открытым.

Жизнь всего живого на Земле зависит от так необходимой прозрачной жидкости, но при этом никто достоверно не знает, откуда берется вода и как она появилась на нашей планете. Некоторую надежду внушают последние находки, подтверждающие наличие воды в том или ином виде на многих других небесных телах. Это дает небольшую надежду на то, что во Вселенной мы не одиноки.

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, что живительная 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 :

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

Откуда на земле вода?

Касательно появления воды на нашей родной планете есть две противоположные теории:

Земное происхождение воды	Внеземное происхождение воды
Появилась за счет контакта водорода и выделяемого магмой кислорода.	Вода занесена в результате бомбардировки миллионами комет и астероидов.
Образовалась в первые несколько сотен миллионов лет формирования планеты.	Возникла за счет притяжения рассеянной в космосе мелкодисперсной пыли, содержащей воду.
Существование и круговорот воды поддерживались за счет изменения орбиты и неравномерной освещенности.	Все это происходило уже после завершения формирования Земли, что может объяснить тектонические особенности.
Подтверждается последними исследованиями.	На данный момент нет никаких подтверждений, только гипотезы.

Окончательную точку в этом споре не может поставить никто, наши представления об окружающем мире еще во многом фрагментированные. Но наиболее перспективно выглядит именно первая теория.

Земное происхождение воды

На сегодняшний день мы достоверно знаем, что Земля не уникальна в плане наличия воды. В тех же самых кометах и метеоритах H2O должна была хоть как-то образоваться. Значит, механизм продукции воды во Вселенной существует, что добавляет бал в копилку сторонников теории земного происхождения воды.

Человечество благополучно исследовало Луну и не нашло там никаких следов воды . И это на ближайшем спутнике, до которого, по астрономическим меркам, «рукой подать». Какие-то избирательные кометы и метеориты, на Землю воду завезли, а на Луну - нет. Можно заявить, что на Луне нет собственной атмосферы , но вот практически полное отсутствие атмосферы на Марсе не помешало существованию на его полюсах целых «ледяных шапок».

Что уже говорить о количестве небесных тел, необходимых для того, чтобы «заправить» Землю всей водой, что сейчас на ней есть. К тому же это никоим образом не объясняет, почему большая часть воды соленая и лишь малая доля - пресная (по статистике 3% пресной и 97% соленой ).

А вот если H2O образовывалась на Земле в результате цепи химических реакций, пару вариантов ответа на этот вопрос можно рассмотреть.

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.

Откуда взялась вода?

Существование воды на нашей планете обеспечивается за счет:

Сложных климатических изменений.
Разному количеству тепла, которое получает поверхность.
Процесса испарения и конденсации жидкости.
Наличия Солнца, которое обеспечило приток водорода.
Выделения магмой кислорода и его слияния с водородом.

Если рассматривать вопрос с немного приземленной точки зрения:

В квартиры и дома вода поступает по трубам.
В них она дается под давлением из водозаборных сооружений.
Там же вода и фильтруется.
А забирается из ближайшего водоема - реки, озера, водохранилища.

Но важно не только знать, откуда появляется вода, но и поддерживать нормальный водно-солевой баланс собственного организма.

Некоторые вопросы на самом деле сложнее, чем кажется на первый взгляд. С научной точки зрения не так много людей сможет объяснить, откуда берется вода. Теперь и вы знаете, что эта жидкость возникла не просто из крана.

Видео о возникновении воды на Земле

Когда возникла Земля, она была слишком горячей для воды. Но откуда она тогда появилась? Два новых исследования рассказывают о том, как Юпитер сыграл свою роль.

Человечество существует, поскольку произошел настоящий взрыв. И не раз. В часы рождения Солнечной системы из частиц пыли вначале возникли мелкие кусочки, а затем большие астероиды. Массивные тела постоянно сливались друг с другом и расплавлялись в новом теле. В конце концов, осталось только несколько планетарных осколков, которые постепенно освобождали свой путь вокруг солнца. Так 4,5 миллиарда лет назад возникла Земля.

Эта теория возникновения Земли представляет собой научный компромисс. Только он дает ответ далеко не на все вопросы. Откуда на голубой планете появилась вода? Ведь исследователи едины во мнении о том, что когда сформировалась Земля, она была слишком горячей для молекул воды. Есть несколько теорий о ее происхождении.

Сразу два актуальных исследования продвигают одну из новейших теорий, согласно которой Юпитер сыграл одну из ведущих ролей. Вода и другие жидкие вещества были занесены на Землю не так, как об этом думали ранее, на более позднем этапе при помощи комет и астероидов, а уже на первой стадии возникновения планеты.

Вначале была жара

Когда произошла космическая бомбардировка, внутри Солнечной системы температура была настолько высокой, что вода существовала только в форме газа. Но этот газ молодые, несформировавшиеся планеты не могли принять. Вместо этого сильный солнечный ветер нес его в глубины космического пространства. Только позднее жизненно важное химическое соединение H20 вернулось из внешней холодной Солнечной системы. Когда? И как?

Исследование ученых Марио Фишера-Гедде (Mario Fischer-Gödde) и Торстена Кляйне (Thorsten Kleine) из Университета Мюнстера указывает на то, что странное движение планеты Юпитера в ходе первых миллионов лет солнечной системы занесло воду обратно к Земле. Эти данные противоречат распространенной теории, согласно которой вода оказалась на Земле только на последней фазе возникновения Земли 4,4-3,9 миллиардов лет назад при помощи метеоритов и астероидов. Их главный аргумент — редкий элемент Рутений.

У материала особые свойства. Он тяготеет к железу, сидерофильный, как говорят исследователи, и поэтому на начальной стадии возникновения планеты по большей части опустился к ядру, которое содержит железо. Но рутений находится и в слоях коры Земли и мантии. Идеально для Фишера-Гедде и Кляйне, потому что тем самым они знают, что рассказать о недавней истории Земли.

Блуждающий Юпитер

Земной рутений обладает специфическим составом. Он состоит из атомов с различным числом нейтронов, изотопов и обладает тем самым своего рода химическим отпечатком пальцев, который команда могла сравнить с рутением с молодых метеоритов.

В зависимости от происхождения метеоритов, которые являются остатками молодой Солнечной системы, состав их рутения также отличается. Кометы, содержащие воду, из внешней Солнечной системы имеют другой «отпечаток пальцев», нежели у сухих метеоритов из внутренней Солнечной системы. Происхождение мантии из последней стадии возникновения Земли может быть объяснено этим.

Результаты исследования Фишера-Гедде показывают, что мантия происходит из метеоритов из семьи энстатитового хондрита. Богатые водой объекты из внешней Солнечной системы, по всей видимости, не разрушились.

«Поскольку мы можем исключить, что вода прибыла на Землю вместе с метеоритами, это произошло именно до того», — говорит Торстен Кляйне. Его исследования обосновывают закрепленную только несколько лет назад модель «Большого разворота».

В соответствии с этой моделью молодой Юпитер дрейфовал в сторону внутренней Cолнечной системы из-за эффекта газовой оболочки планеты. Когда позднее возник Сатурн, его вновь потянуло наружу, на сегодняшнюю орбиту. В то время как газовый гигант на обратном пути подталкивал каменистый материал к Солнцу, он отбросил метеориты и воду из внешней Cолнечной системы в сторону Земли. «Тем самым в определенное время на Землю поступило много содержащих воду метеоров», — говорит Кляйне. И это произошло скорее на раннем этапе истории Земли.

Безводные метеориты сформировали Землю

Исследователей в своей теории поддержало другое исследование Николаса Дауфаса из Чикагского университета. Американский исследователь также обратился к идее рутения и применил ее одновременно на нескольких элементах. Все они появляются как на Земле, так и в метеоритах. В отличие от немецких ученых, он не проверил свои предположения на настоящих космических элементах, а развил на основе имеющихся исследований математическую модель о происхождении земного материала. В соответствии с ней, Земля возникла в ходе двух фаз. На первом этапе строительный материал образовывали некоторые богатые водой метеориты из внешней Солнечной системы — около одной десятой тогдашней массы Земли — и не содержащие воду энстатитовые хондриты. На втором этапе больше не было богатых водой метеоритов, к Земле направлялись исключительно энстатитовые хондриты.

Нет данных о кометах

Проблема заключается в том, что все ученые исследовали только метеориты, то есть небесные тела, которые упали на Землю. «Мы предполагаем, что соотношение изотопов рутения тем меньше соответствует соотношению с Землей, чем дальше от Солнца возникают кометы», — говорит Кляйне. «Тем самым мы исключаем внешние небесные тела как носители воды на последней стадии возникновения Земли». Если вопреки ожиданиям за пределами Солнечной системы существуют кометы, которые обладают такими же изотопами рутения, как и у Земли, эта модель больше не будет функционировать.

Чего не хватает, чтобы разгадать загадку об источнике земной воды, так это надежные данные о подобных небесных телах. Они могут быть предоставлены с экспедиций к кометам. Поскольку миссия Rosetta Европейского космического агентства еще не предоставила достаточное количество данных, исследователи делают ставку на будущие проекты. Однако официально решение о подобной миссии пока не принято.

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.

Ученые: Юпитер мог уничтожить "супер-Земли" в юной Солнечной системе Наша Солнечная система могла содержать в себе одну или несколько крупных землеподобных планет на ранних этапах своего формирования, которые были в дальнейшем поглощены Солнцем в результате миграций Юпитера.

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.

Ученые: жизнь на Земле могла существовать уже 4 миллиарда лет назад Геохимики из США нашли возможные следы того, что жизнь на Земле могла зародиться практически одновременно с остыванием планеты и появлением первых водоемов на ее поверхности, примерно 4,1-4 миллиарда лет назад.

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.