Происхождение воды земных недр кратко

Обновлено: 05.07.2024

Горячая Земля

Согласно представлениям многих ученых вначале своего существования Земля была раскаленным шаром, который крутился в пространстве излучая тепло и медленно остывая.

Со временем появилась кора, химические элементы начали между собой активно взаимодействовать, этому способствовала остававшаяся высокой температура. Соединялся и водород с кислородом. Из остывающей земной коры прорывались газы, окутывая нашу планету облаками. В этих облаках находился горячий водяной пар, который конденсировался вместе с остыванием Земли. А затем газовая оболочка планеты остыла настолько, что начали идти дожди, больше напоминавшие водопады с неба на землю. Так шли тысячелетия. Постепенно впадины в земной коре оказались заполнены водой — образовались океаны.

Холодная Земля

В противоположность своим коллегам часть ученых полагает, что изначально наша планета была холодной, а разогреваться она начала по причине вулканической активности.

Гипотеза Хойла

Не только дети, но и взрослые любят задаваться вопросом, откуда взялись окружающие их вещи, как они были созданы, когда это произошло. Взрослые знают больше детей, но не каждый из них готов ответить на вопрос, как появилась вода на планете Земля. Более того, точно ответить на него не могут даже ученые, который исследуют данный вопрос и пишут по нему научные работы.

Логически можно предположить, что вода была не всегда, значит, в какой-то момент она появилась. То же самое касается самой планеты Земля, теории происхождения воды неразрывно связаны с теориями происхождения планеты. Предположений очень много, но лишь некоторые из них признаны наукой как наиболее вероятные. В этой статье мы приведем самые правдоподобные из теорий: как вода могла появиться при горячем и холодном происхождении Земли, могла ли она появиться из космоса или из недр Земли. Также мы рассмотрим теорию расширения планеты и версию английского астрофизика Хойла.

Это самые достоверные теории о происхождении воды на Земле. Доказать это невозможно, но истинной может оказаться любая из них.

Горячее происхождение Земли

В соответствии с этой гипотезой, наша планета когда-то представляла собой огненный раскаленный шар. Она распространяла тепло в пространство и постепенно остывала. Это позволило сформироваться первородной коре и химическим элементам. В том числе и составляющим воды — кислороду и водороду.

Образовавшиеся газы заполнили пространство вокруг планеты, они непрерывно вырывались из трещин земной коры, когда та остывала. Газы тоже отставали и образовывали облака, которые полностью окутали всю планету. Плотный облачный покров остывал, в какой-то момент он стал настолько холодным, что молекулярная влага превратилась в воду. Так прошел первый дождь на Земле. Такие дожди шли долгими тысячелетиями. Они заполнили впадины рельефа, образовав моря и океаны.

Холодное происхождение Земли

В этой теории все наоборот. Изначально Земля была холодной, затем под воздействием вулканической активности начала нагреваться. Магма вырывалась из недр, она несла в себе водяные пары, часть из которых стала атмосферой, а другая часть — конденсировалась и заполнила впадины. У этого предположения есть доказанное подтверждение — на этапах раннего формирования основная вулканическая активности приходилась именно на те зоны, где сейчас расположены океаны.

По этой версии вода изначально была в первичной материи, образовавшей наш мир. И у этого тоже есть подтверждение — в метеоритах, которые прилетают из космоса, действительно содержится вода. Но ее в них слишком мало, чтобы аргумент был убедительным — не более половины процента.

Другая теория холодного происхождения

Создатели данной версии тоже считают, что изначально земной шар был холодным, а затем начал нагреваться. В определенный момент разогрева в недрах на глубине 50-70 километров образовался водяной пар. В теории там могли присутствовать водород и кислород. Температура мантии очень высокая, поэтому пар не вступал в реакцию с ней, под воздействием высочайшего давления он выжимался ближе к земной коре. Там температурный режим более низкий, поэтому вода в виде пара могла вступить во взаимодействие с минералами. Под воздействием этого процесса поверхность разрыхлялась, в ней образовывались углубления, вода их заполняла. Под давлением воды трещины становились еще больше, они доросли до размера огромных разломов и впоследствии стали древними океанами.

Это не вся роль воды в формировании современного вида планеты. Так как она была горячей, то легко растворяла в себе щелочи и кислоты. Получившийся раствор разъедал все вокруг, именно он сделал морскую воду настолько соленой, что она осталась такой до сих пор. Так проходили тысячелетия, этот водяной раствор проникал везде, куда только мог пройти. Но проникнуть в гранит ему было не по силам, поэтому он расползался в стороны у гранитных оснований материков. Гранит по своей структуре пористый, он выполнял роль фильтра — очищал воду от растворенных в ней взвесей, а потом забивался примесями и больше не пропускал жидкость.

Если это правда, то сейчас под материками на глубине 12-20 км должны быть океаны, наполненные той самой сжатой водой, наполненной металлами и солями. Не исключено, что они на самом деле есть под дном известных нам океанов. Узнать этого мы не можем, так как дно состоит из базальтовых пород, и его толщина составляет несколько километров.

Как и у других, у этой гипотезы есть подтверждение. Им стал тот факт, что на глубине 15-20 км скорость сейсмических волн существенно повышается, как раз на ней должна проходить грань между гранитом и той первобытной водой. Еще один общеизвестный факт — дрейфование материков, и он вписывается в теорию. Хоть и очень медленно, по несколько сантиметров за сотню лет, но материковые громадины движутся. Это очень перспективная теория, так как люди смогли бы добывать из этого рассола ценные элементы, он стал бы самой ценной рудой на планете.

Теория Хойла

Появилась позднее других, астрофизик из Англии выдвинул ее в 1972 году. В этой гипотезе истоком всего стало протопланетное облако. Его конденсация располагалась на разных расстояниях от Солнца, чем дальше — тем ниже температура. Ближе к солнцу вода конденсироваться не могла, там конденсировались тугоплавкие вещества, например, металлы. По расчетам Хойла, в области прохождений орбит Плутона, Нептуна и Урана температура облака становилась подходящей для конденсации водяных паров. Это объясняет водную природу данных планет, что подтверждается последними исследованиями современных ученых.

Из-за формирования планет ближе к краям системы сработало гравитационное выталкивание, вода в виде глыб льда устремилась к планетам, которые находились ближе к центру системы. Какие-то из глыб были достаточно большими, чтобы не расплавиться и не испариться под воздействием солнечной энергии. Они достигли Земли и других планет, осыпались ледяным дождем. Судя по тому, что мы знаем сейчас, на Марсе такие дожди прошли обильно, а на Венере — очень скудно. Ученый утверждает, что земные океаны могли быть сформированы из ледяных должен всего за несколько миллионов лет.

Еще одна космическая теория

Как и в предыдущем случае, предполагается, что вода пришла к нам из космоса, но другим путем. Как мы знаем, на Землю из космоса постоянно низвергается поток частиц с электрическим зарядом. Их большая часть приходится на протоны, ядра атомов водорода. Проходя через верхние слои атмосферы, протоны становятся целыми атомами, захватив электроны. После этого они могут вступить в реакцию с атмосферным кислородом. Таким образом появляются молекулы воды. Согласно теоретическим расчетам, таким образом на нашу планету может прийти до полутора тонн воды в год. Эта вода в виде осадков падает на поверхность Земли.

1,5 тонны — это очень маленькое количество в масштабах планеты. Но здесь нужно учитывать, что процесс был начат сразу после того, как сформировалась планета. А это было более четырех миллиардов лет назад, так что вполне могло накопиться нужное количество.

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.

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.

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.

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:

Непосредственно около светила конденсировались металлы, потому что солнечного тепла хватало, чтобы расплавить даже такие тугоплавкие элементы.
Далее орбиты Сатурна температура была такова, что конденсировались там преимущественно водяные пары. Это объясняет водную природу транссатурновых объектов.

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.

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.

Лёд, находящийся в межзвёздном пространстве богат дейтерием. Учёные давно подозревали, что именно он является источником воды в нашей Солнечной системе. Но молодая планетная система была настолько полна ионизирующего излучения, что любой попадающий в неё лёд должен был расплавиться и перейти в состояние воды. Credit: Bill Saxton, NSF/AUI/NRAO.

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:

средняя полоса России смещается в восточном направлении со скоростью 1 см в год;
Германия при этом остается неподвижной.

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:

взаимодействовал с минералами;
остывал, превращаясь в воду;
разрывал горные породы.

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.

Относительно происхождения подземных вод существуют различные точки зрения.

Фалес Милетский считал (VI—VII вв. до н.э.), что морская вода вгоняется ветром в недра земли и под давлением горных пород выходит на поверхность в виде источников.

Марк Витрувий Поллио (I в. до н.э.) полагал, что подземные воды образуются за счет дождевых и талых вод. Аристотель (IV в. до н.э.) думал, что подземные воды образуются путем конденсации паров. Древнегреческий философ Платон считал, что морская вода путем фильтрации попадает в недра, совершая круговорот.

Эти идеи в наивной форме повторялась римлянинами Лукрецием и Сенекой, а в эпоху Возрождения — Леонардо да Винчи. Фалес Милетский и его последователи интуитивно полагали, что осадочные породы содержат морскую воду, но они не могли объяснить механизм ее перемещения. Замечательные догадки древних ученых на десятки веков опередили появление эмпирических данных, подтверждающих талассогенность основной массы подземных вод в осадочной толще.

1. Инфильтрационная теория, согласно которой подземные воды образуются в результате просачивания атмосферных и поверхностных осадков в горные породы. По этой теории, просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, насыщая породы пористого и пористо-трещиноватого характера, вследствие чего возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод.
2. Седиментационно-диагенетическая теория, объясняющая происхождение вод путем проникновения морских иловых вод в толщи пород на различных этапах осадконакопления и позднее (Н.И. Андрусов, В.И. Вернадский).
3. Конденсационная теория, допускающая конденсацию водяных паров атмосферного и почвенного воздуха с образованием капельножидких свободных вод в поверхностных слоях литосферы — за счет конденсации водяных паров в горных породах. В теплое время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах — от 1 м до нескольких десятков метров от поверхности Земли. В этом слое движение паров воздуха прекращается в связи с увеличением упругости водяных паров при повышении температуры в глубине Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли вверх — к слою постоянных температур, а в зоне постоянных температур в результате столкновения двух потоков водяных паров происходит их конденсация с образованием подземной воды. Такая конденсационная вода имеет большое значение в пустынях, полупустынях и сухих степях, являясь в знойные периоды года единственным источником влаги для растительности. Таким же способом возникли основные запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.

Оба способа образования подземных вод — путем инфильтрации и за счет конденсации водяных паров атмосферы в породах — главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды иногда называются вадозными (от лат. vadare — идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.

4. Магматогенная теория (теория Зюсса), согласно которой воды образуются за счет процессов синтеза водорода и кислорода в магматических расплавах. Многие выходы этих вод в районах современной или недавней вулканической активности характеризуются повышенной температурой и значительной концентрацией солей и летучих компонентов. Для объяснения генезиса таких вод австрийский геолог Э. Зюсс в 1902 г. выдвинул теорию ювенильного происхождения

Более поздние исследования показали, что чистых ювенильных вод, как их понимал Зюсс, в поверхностных частях Земли не существует. В природных условиях подземные воды, возникшие разными способами, смешиваются друг с другом, приобретая те или иные свойства. Определение генезиса подземных вод имеет большое значение: оно упрощает подсчет запасов, выяснение режима и их качества.

Как считают многие исследователи, в природе подземные воды образуются смешанным путем, что подтверждается их химическим и газовым составом, режимом, напорами.

Большой вклад в представление о накоплении и формировании вод внес постулат академика В.И. Вернадского, выраженный в системе породы природная вода — газ — живое вещество, показывающий единство подземных вод атмо-, гидро- и литосферы.

Читайте также: