Сколько воды на земле и как она образовалась кратко

Обновлено: 02.07.2024

Прилетела на метеорите, появилась после Большого взрыва или была с нами всегда — вода теоретически добиралась до Земли разными путями. Разбираемся, каким способом она могла попасть на нашу планету много лет назад.

Вода была на Земле изначально

В 2015 году исследователи из Университета Глазго изучили древнейшие породы Земли с канадского острова в Арктике и выяснили, что вода существовала на поверхности нашей планеты всегда.

Исследователи изучали фрагменты земли с инклюзиями — это маленькие кристаллические образования из тугоплавких пород, сформировавшиеся на заре жизни Солнечной системы, примерно 4,5-4,4 млрд лет назад. Это значит, что они никогда не покидали недр Земли и не перемешивались с другими породами и, соответственно, содержат в себе первичную материю нашей планеты.

Во время анализа исследователи нашли в молекулах воды мало атомов дейтерия, тяжелого водорода. Это значит, что жидкость попала на Землю не после того, как она сформировалась и охладилась, а вместе с пылью, из которой была образована наша планета. Большая часть воды в этой пыли испарилась, но ее остатков хватило для формирования океанов.

В 2015 году исследователи из университета Глазго изучили древнейшие породы Земли с канадского острова в Арктике и выяснили, что вода существовала на поверхности нашей планеты всегда.

Попала на Землю на метеорите, упавшем на Землю

Теория состоит в том, что воду на Землю занесли метеориты, существовала давно, но была проблема в недостатке доказательств. Ее суть — изначально наша планета была сухой, а потом на нее начали падать кометы и астероиды, содержащие воду. Эти тела называют углеродистыми хондритами — они богаты водными минералами.

Но была проблема — химический состав хондритов не совпадает с составом горных комплексов Земли. Также хондриты, образованные во внешней части Солнечной системы, с небольшой вероятностью могли попасть на нашу планету.

Есть другая группа метеоритов — энстатитовые хондриты — она гораздо ближе по химическому составу к земным породам, а также включает в себя аналогичные изотопы (типы) кислорода, титана и кальция. Именно они могли составлять внешнюю часть Земли и других планет. Но и тут есть проблема — эти небесные тела образовались недалеко от Солнца, поэтому не могли быть богаты водой.

Чтобы выяснить внеземные механизмы образования воды, исследователи из Center de Recherches Petrographiques et Geochimiques применили масс-спектрометрию и изучили количественное содержание водорода в 13 энстатитовых хондритах. Они выяснили, что в этом материале содержится достаточное количество водорода, которое в общей сложности в три раза больше объема всех земных океанов. Кроме этого, их изотопный состав совпадает с 95% воды на Земле.

Вода могла появиться после Большого взрыва

Возраст водорода можно сравнить с возрастом Вселенной: его атомы появились, как только окружающая температура впервые упала настолько, что смогли существовать протоны и электроны. С тех пор водород уже 14,5 млрд лет остается самым распространенным элементом Вселенной и по массе, и по числу атомов. Облака газа, состоящие в основном из водорода, заполняют весь космос.

Звезды содержат огромное количество воды

В 2015 году примерно в 12 млрд световых лет от нашей планеты исследователи обнаружили квазар APM 08279+5255 с черной дырой, окруженный крупнейшим запасом воды, который когда-либо находили астрономы. Объем жидкости в 140 трлн раз больше, чем тот, что содержится на Земле.

Это открытие — еще одно доказательство наличия огромных запасов воды во Вселенной, причем не только на планетах. Эти запасы появились на самой заре существования — возраст найденного образования оценивается в 1,6 млрд лет.

Вода есть и вокруг звезд

Еще есть вода, которая находилась в порождающем звезду облаке газа. Она переходит в вещество протопланетного диска и объектов, которые формируются из него, — планет и астероидов. На исходе жизни звезды взрываются и на их месте остаются туманности, в которых появляются новые звезды.

Где еще есть вода?

Однозначного ответа на то, откуда на Земле появилась вода, нет. Пока астрономы изучают все теории ее массового появления на нашей планете, так как путей распространения огромное множество. Но уже известно наверняка, что это не уникальная жидкость, она встречается на совершенно разных небесных телах, поэтому, вероятно, это был многоступенчатый процесс.

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.

Вода — одно из самых распространенных веществ в природе и главная составная часть всех живых организмов. Она покрывает около 2/3 поверхности нашей планеты. Без воды жизнь на Земле была бы невозможна.

Вода — основа жизни

Все живые существа на 75 % состоят из воды. Это самый необходимый элемент живой природы. Вода постоянно совершает круговорот между морями, атмосферой и сушей, создавая условия, в которых может существовать и развиваться жизнь.

Вода — на первый взгляд простейшее химическое соединение — является основой жизни на Земле. Вода транспортирует тепло, растворяет и переносит колоссальные массы химических веществ и элементов, разрушает и перераспределяет горные породы, образует формы рельефа и даже участвует в образовании полезных ископаемых. Кроме того, вода задействована в ряде метеорологических явлений, таких как осадки, туманы, облака. Она участвует в создании течений, волнений, перемещении русел рек и формировании водоемов. А еще она является средой жизни для множества организмов.

Человек может прожить без воды всего несколько суток. Для нормальной работы всех органов человеку необходимо как минимум 1,5 л воды в день. Вода доставляет в клетки организма питательные вещества и уносит отходы жизнедеятельности. Кроме того, вода участвует в процессах терморегуляции и дыхания человека.

Под лучами Солнца вода испаряется из водоемов и поднимается в воздух. Там капельки воды собираются в облака и тучи и выпадают на землю в виде дождя или снега, который превращается в воду. Она впитывается в землю и снова возвращается в моря, реки и озера. И все начинается сначала. Так происходит круговорот воды в природе.

Сколько и где?

Всего на земном шаре 1390 млн км 3 воды, больше всего её в морях и океанах — 96,4%. На суше вода спрятана в ледниках и постоянных снегах — около 1,86%. Вечным льдом покрыты Антарктида, остров Гренландия и многие другие острова в высоких широтах. В горах на больших высотах образуются горные ледники. Под землёй воды немного — всего около 1,7% от общего объёма, а на воды суши (реки, озёра, болота, водохранилища) приходится примерно 0,02%. В живых организмах и в атмосфере тоже есть вода. А вот пресной воды, так необходимой нам для жизни, на планете мало — только 2,64%.

Три состояния воды

Вещества в зависимости от температуры замерзания, плавления и кипения могут встречаться в природе в трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном. Вода замерзает при О °С, а кипит при 100 °С.

В повседневной жизни мы можем встретить воду в любом из ее трех состояний, причем ее форма постоянно меняется. Жидкая вода испаряется и переходит в газообразное состояние — водяной пар. Он конденсируется и превращается в жидкость. При минусовых температурах вода замерзает и превращается в твердый лед.

Если в сосуд с водой мы поместим кристаллы поваренной соли, то сможем наблюдать, как количество твердого вещества постепенно уменьшается. Вода при этом приобретает новые свойства: у нее появляется соленый вкус, изменяются плотность и температура замерзания. Полученную жидкость уже нельзя назвать водой, это раствор. Между молекулами соли и воды возникают межмолекулярные связи, благодаря которым молекулы соли отрываются от поверхности кристалла.

Артезианская вода

Согласитесь, несколько необычно называть воду полезным ископаемым: она вокруг нас, течет в ручейках и реках, плещется в морях и океанах, даже с неба льется. И тем не менее такое название верное. Вспомните о колодцах и артезианских скважинах. Разве в этих случаях не приходится добывать воду в буквальном смысле слова из-под земли? Артезианская вода — это вода, находящаяся на глубине 50—200 м и заключенная между водоупорными слоями. Такая вода надежно защищена от внешнего загрязнения.

Источник энергии

Вода — важный источник энергии. Мощность движущейся воды очень велика, поэтому ее используют для получения электричества. Гидроэлектростанции строятся там, где вода движется с большой скоростью, например на реках. Кроме того, могут возводиться и искусственные сооружения, такие как плотины, которые создают движение воды.

Вода, перетекая с верхнего уровня на нижний по специальным турбинным трубопроводам, приобретает большую скорость. Струя воды поступает далее на лопасти гидротурбины и вращает их. Так энергия превращается в механическую. Соединенный с турбиной генератор вращается, и механическая энергия становится электрической. Трансформаторы преобразуют электричество в напряжение нужной величины. Электричество через передающие линии пересылается на распределительные станции.

Наверное, самый ценный ресурс на нашей планете – это вода. Без нее было бы невозможно возникновение жизни на нашей планете, ведь она формирует внутреннюю среду любого живого организма, в том числе и человека. Мы не способны прожить без жидкости более трех дней, а потеря 15-20 процентов воды способна привести к смерти.

Первоначально Земля была безводной

Запасы водных ресурсов на Земле просто колоссальны. Но если вспомнить историю возникновения нашей планеты, то выходит, что наличие здесь такого количества воды противоречит законам физики.

Считается установленным и неоспоримым, что Земля возникла из протопланетного диска, представляющего собой облако раскаленного газа и пыли. Он был раскален первые несколько миллионов лет. Когда образовалась поверхность, она находилась в расплавленном виде из-за постоянных столкновений с космическими телами. Центр Земли до сих пор находится в таком состоянии.

Даже если на Земле и была какая-то вода, под действием высоких температур она должна была выпариться.

Выходит, молодая планета, которую мы сегодня называем Землей, была абсолютно безводной.

Две теории появления воды на Земле

Недавно американский научный журнал Science Advances опубликовал новую гипотезу возникновения воды на Земле. Она гласит, что земная влага имеет космическое происхождение.

Авторы этой версии не подвергают сомнению тот факт, что земная поверхность первоначально была абсолютно сухой. Но они считают, что позже вода попала на нашу планету вместе с астероидами. Эта гипотеза известна уже давно. Параллельно с ней существует версия, согласно которой вода попала на поверхность планеты из ее недр через вулканы.

Но в последнее время появляется все больше доказательств и аргументов в пользу космической теории.

Поиски космической влаги

Большой удачей стала японская космическая миссия Хаябуса в 2010 году. Ей удалось доставить образцы частиц, собранных с поверхности астероида Итокава.

С помощью ионного микрозонда они обнаружили в низкокальциевом пироксене, доставленном из далекого космоса, микроскопические частички влаги. Раньше этот минерал считался безводным. Причем воды в этой породе оказалось гораздо больше, чем ожидалось.

Сравнительный анализ изотопного состава водорода, содержащегося в воде с Итокавы, оказался идентичным водороду в составе земной воды. По мнению исследователей, это указывает на то, что она имеет общий источник происхождения.

Получается, что минералы впитывали в себя воду из протопланетарного диска и удерживали в себе.

Предположение логичное, но остается один вопрос. Как влага смогла удержаться в минерале при сверхвысоких температурах?

Исследования проб с астероида дали ответ и на этот вопрос. Компьютерное моделирование показало, что минерал даже в подобных условиях теряет не более десяти процентов содержащейся в его составе влаги.

Читайте также: