Как на земле появилась вода? Откуда на Земле появилась вода? Сколько гипотез появления воды на Земле существует

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.

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.

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.

Как и когда появилась вода на Земле? Ученые до сих пор дискутируют на эту тему, однако точного и логично доказанного ответа пока никто не дал. На сегодняшний день существует несколько предположений, каким образом жидкость могла образоваться на планете. Среди них есть как полностью абсурдные, так и достаточно логичные гипотезы, однако пока что ни одна из них не является полностью достоверной.

Как появилась вода на Земле? Кратко об основных гипотезах

Вода играет большую роль в поддержании жизни на планете, т. к. она является основной внутренней средой любого организма. Без воды человек может в среднем продержаться не более трех дней, а потеря 15-20% жидкости зачастую приводит к смерти.

Как появилась вода на Земле? Гипотезы образования этого вещества немногочисленны, а также ни одна из них еще не получила правдивых доказательств. Тем не менее только они могут хоть как-то объяснить формирование гидросферы нашей планеты.

Гипотеза космического происхождения воды

Группа исследователей выдвинула предположение, что вода появилась вместе с многочисленными падающими метеоритами. Это происходило около 4,4 миллиарда лет назад, когда планета еще зарождалась, а ее поверхность представляла собой сухую опустошенную землю, над которой еще не сформировалась атмосфера.

На вопрос, как появилась вода на Земле, приверженцы данной гипотезы отвечают, что первые молекулы этой жидкости приносили с собой метеориты. Сначала эти молекулы существовали в форме газа и накапливались, а позже, когда планета начала остывать, вода перешла в жидкое состояние и образовала гидросферу Земли.

Возможно, химическое образование воды произошло из первичных протонов водорода и анионов кислорода, однако вероятность протекания такой реакции в толще небесных тел, которые в последующем падали на Землю, катастрофически мала.

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.

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.

Астрономы Шон Раймонд (Университет Бордо, Франция) и Андре Изидоро (Университет штата Сан-Паулу Жулиу ди Мескита Филью, Бразилия) описали возможный механизм того, как вода попала на Землю. Их исследование опубликовано в журнале Icarus, доступно на сайте arXiv.org, о нем в своем блоге рассказал первый автор.

Ученые полагают, что у воды на Земле и небесных телах из пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера общее происхождение, связанное, в первую очередь, с формированием газовых гигантов в Солнечной системе.

Океаны покрывают три четверти Земли, однако на воду, находящуюся на поверхности, приходится всего одна четырехтысячная общей массы планеты. Вода есть и в мантии (в виде гидратированных пород), и в ядре Земли. Сколько ее там — неизвестно, вероятно, раз в десять больше, чем на поверхности.

В общем, воды на Земле мало, немного ее и на Луне, Меркурии, Венере и Марсе. Возможно, на Венере и Марсе раньше было больше воды. Основной резервуар воды в рамках орбиты Юпитера — пояс астероидов.

Во внутренней части главного пояса, в пределах 2−2,3 астрономической единицы от Солнца, преобладают астероиды класса S (каменистые), во внешней — класса C (углеродистые). Есть и другие астероиды, однако не столь массивные. В астероидах класса С воды больше, чем в классе S, — около десяти процентов (по массе).

Выяснить происхождение воды можно, проведя изотопный анализ водорода, содержащегося в воде различных небесных тел. Кроме протия, водорода с ядром из одного протона, в природе встречаются дейтерий (с протоном и нейтроном) и совсем редко — тритий (с протоном и двумя нейтронами).

NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Betsy Asher Hall/Gervasio Robles Юпитер

Изотопный анализ выявляет несколько особенностей. У Солнца и газовых гигантов соотношение содержания дейтерия и трития на один-два порядка меньше, чем у Земли. Зато у астероидов класса C этот показатель практически такой же, как у нашей планеты. Это указывает на общее происхождение воды.

У комет в облаке Оорта соотношение содержания дейтерия и протия примерно в два раза выше, чем у Земли. Есть три кометы в пределах орбиты Юпитера, у которых этот параметр близок к земному, однако там же имеется одна комета, где данный показатель в 3,5 раза больше. Все это может означать, что у воды на кометах разное происхождение и только часть ее образовалась так же, как на Земле.

Церера

Планеты формируются вокруг молодых звезд в гигантских газопылевых дисках. Ближе к светилу слишком жарко, поэтому там возникают планеты, богатые кремнием и железом. Дальше от звезды холоднее, там небесные тела могут формироваться и из водяного льда. Земля возникла в той части протопланетного диска, где рождались каменистые небесные тела, без воды. Значит, она попала на планету извне.

С другой стороны, астероиды классов S и C слишком отличаются, чтобы они могли образоваться рядом друг с другом. Кроме того, граница, за которой формировались ледяные небесные тела, в ходе эволюции Солнечной системы постоянно перемещалась, решающую роль в этом сыграл Юпитер.

Юпитер и Сатурн, как полагают ученые, сформировались в два этапа. Сначала они представляли собой твердые небесные тела, в несколько раз тяжелее современной Земли, а затем начали захватывать газ с протопланетного диска. На этом этапе масса и размеры планет резко увеличиваются, гиганты расчищают себе пространство в протопланетном диске.

Крупные Юпитер и Сатурн были окружены тогда небольшими планетезималями — предшественниками протопланет. Когда Юпитер и Сатурн росли, орбиты планетезималей вытягивались, пересекая внутреннюю часть Солнечной системы и удаляясь от светила. Но Юпитер и Сатурн все еще притягивали газ из протопланетного диска, в результате чего, как показало проведенное моделирование, орбиты планетезималей скорректировались Юпитером и переместились в область современного пояса астероидов.

Сатурн возник позже Юпитера, и его формирование привело к новой миграции планетезималей, хотя и не столь значительной. Главный вывод исследователей — астероиды класса C появились в поясе из пределов орбит газовых гигантов после того, как Юпитер и Сатурн завершили свое формирование (хотя некоторые планетезимали могли достичь орбиты Нептуна).

По мнению ученых, вода попала на нашу планету в период формирования пояса астероидов благодаря планетезималям определенного типа (а именно — астероидам класса C) с сильно эксцентричными (вытянутыми) и нестабильными орбитами, пересекающие траекторию Земли. Изотопный анализ водорода — главное тому подтверждение.

Доставка воды на Землю практически завершилась с формированием Юпитера и Сатурна и исчезновением протопланетного диска. Таким образом, популярная гипотеза, объясняющая небольшие размеры Марса миграцией Юпитера вглубь Солнечной системы, коррелирует с механизмом обогащения водой Земли. Появление во внутренней Солнечной системе (как на каменистых планетах, так и в поясе астероидов) воды, важнейшего источника жизни на Земле, — это, оказывается, просто побочный эффект роста Юпитера и Сатурна.

Возможно, когда-то вы уже задавали себе вопросы — Как образовалась вода , когда на Земле появилась первая капля живительной влаги?

До сих пор ученые не смогли дать точного, подтвержденного неоспоримыми фактами, ответа на этот вопрос, а вода, как известно, занимает 2/3 нашей планеты.

Как образовалась вода

Наиболее вероятными, по мнению ученых, являются две гипотезы рождения гидросферы – гипотеза «холодного» и гипотеза «горячего» начала:

• Гипотеза «холодного» начала предполагает, что вода образовалась на Земле при нагреве холодного пылевого облака.
• Гипотеза «горячего» начала предполагает, что изначально Земля состояла из горячей высокотемпературной субстанции, которая, охлаждаясь, разделилась на две фазы, газообразную и жидкую. Дальнейшее понижение температуры привело к появлению Гидросферы и Атмосферы.

До сих пор идут горячие дискуссии о правильности той или иной теории. В результате исследований ученые получают все новые и новые данные. Изучаются все новые образцы воды, в том числе изучается вода, полученная из космических объектов, изучается вода, добытая в глубинах Земли … Со школьной скамьи нам хорошо известна формула воды состоящая из двух элементов — H 2 O, но в реальных природных условиях, наряду с обычными изотопами этих двух элементов, существуют и более «тяжелые их родственники». Это факт уже рассматривался в материале . В природной воде на 1 000 000 обычных молекул H 2 O приходится 320 молекул, в которых один из атомов водорода заменен на дейтерий, 420 молекул с кислородом О 17 и почти 2 000 молекул состоящих из водорода и кислорода О 18 .

«Холодное» начало

Если предположить, что правильной является гипотеза «холодного» начала, то концентрация изотопа О 18 в водах мирового океана и в таких древнейших породах Земли как гранит и базальт должны быть приблизительно одинаковыми. Но как оказалось это не так, в горных породах изотопа О 18 заметно больше. Интрига стала еще большей, когда выяснилось, что изотопный состав земных вод, так же не соответствует и изотопному составу льда добытого из космических комет, хотя теория бомбардировки Земли ледяными глыбами была и остается весьма популярной. В числе остальных гипотез, можно предположить, что вода образовала в результате нескольких, не очевидных на данный момент времени, процессов.

Интересным является тот факт, что большинство воды в Солнечной системе образовалась раньше самого Солнца. Отметим еще один занимательный факт, изотопный состав воды в лунных породах и в земных аналогах приблизительно одинаков. Можно с высокой степенью вероятности предположить, что Луна и Земля образовались из одного вещества, а поскольку гидросфера образовалась на завершающем этапе «планетообразования», можно предположить, что ее изотопный состав остался неизменным.

Итак вопросы остаются открытыми. Как образовалась вода? Когда пошел процесс?

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.