Наукой подробно изучены физические и химические свойства воды, объяснён круговорот в природе как грандиозный глобальный процесс. Накоплены большие знания о жизни в Мировом океане, начиная от его поверхностных слоёв и кончая бездонной пучиной, изучены океанские течения, создано стройное учение о гидросфере и её эволюции.

Без этих знаний невозможны мореплавание, рыболовство, предсказание погоды, рациональное использование воды, защита водных бассейнов от загрязнения. Но как появилась на Земле вода, почему её так много? Учёные давно пытаются найти ответы на эти вопросы. Предположений на этот счёт высказано достаточно, от фантастических о первичности воды и библейских о сотворении мира до научных и околонаучных гипотез.

Одна из таких гипотез (авторы В.С. Сафронов и другие учёные) предполагает следующее. Ещё в догеологический период в результате ударов небесных тел, падавших на Землю, а также за счёт распада тяжелых радиоактивных элементов произошел разогрев недр планеты. Породы внутри планеты разогрелись до плавления, в результате чего через жерла вулканов и образовавшиеся на Земле трещины на поверхность стала изливаться магма, а вместе с ней стали выходить газы и... горячая вода с паром. Этот процесс, названный авторами гипотезы дегазацией, положил начало накоплению воды на поверхности Земли (!). началась геологическая история Земли, началось формирование гидросферы. Случилось это четыре миллиарда лет назад.

Совсем не легко уразуметь изложенное. Что это за небесные тела, которые падали на Землю, и почему от их падения разогрелось нутро планеты? Откуда в недрах молодой Земли взялись тяжелые радиоактивные элементы? Откуда внутри планеты появилась вода, которая, как утверждают авторы гипотезы, стала поступать из недр Земли в объёме до 1,3 км3 в год (какая точность подсчёта!) и так поступала миллионы лет, пока не наполнила океаны на Земле? Откуда такая солёность океанской воды и почему природа при этом "отдала предпочтение" химическому соединению NaCl?

Подземные воды существуют, это известно всем. Достаточно вспомнить ключи, бьющие из-под земли, или артезианские воды (Название пошло от латинского названия французской провинции Артезия, где в XII веке впервые была добыта вода, изливавшаяся из скважины). Подземных вод так много, что их даже называют подземной гидросферой, участвующей в круговороте воды. По некоторым оценкам, объём подземных вод может составлять от 60 до 100 миллионов кубических километров. А некоторые гидрогеологи считают, что в земной коре воды примерно столько же, сколько в Мировом океане... вода в земной коре расположена на глубинах, начиная от нескольких метров до пяти километров и даже глубже.

Но произошли подземные воды из атмосферных осадков. Об этом ещё в XI веке писал персидский учёный Карали. Позднее происхождение подземных вод из атмосферных осадков доказал французский естествоиспытатель XVII века П. Перро. А какие могли быть атмосферные осадки, когда не было атмосферы?

Оставим без комментариев гипотезу В.С. Сафронова и его сторонников о происхождении воды на Земле, похожую на фантастический сюжет Не будем комментировать оценки гидрогеологов о возможном количестве подземных вод на нашей планете.

Одно несомненно: история возникновения Земли и её гидросферы остаётся пока тайной природы, и тайна сия велика есть.

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.

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

Представление художника о древней Земле

На Земле достаточно много воды. По разным оценкам на поверхности нашей планеты ее присутствует около 1,38 миллиарда кубических километров. Откуда взялась вся эта вода? Новое исследование утверждает, что вода могла появиться на Земле вместе с космической пылью, из которой возникла наша планета около 4,5 миллиардов лет назад.

Исследователи из Германии, Нидерландов и Великобритании выдвинули интересную гипотезу. В ней утверждается, что вода могла попасть на Землю в молекулах. Они находились в пыли протопланетного облака , предшествующего появлению планет Солнечной системы. Ученые основывались на расчетах и ​​симуляциях, которые были частью их нового исследования.

Откуда вода на Земле?

Астрономы уже очень давно пытаются понять, как на Земле появилось столько воды, говорится в докладе. Одно из объяснений этого факта утверждает, что воду на Землю кометы и . Они прилетали в Солнечную систему на ранних этапах ее формирования. Они падали на Землю, давая планете воду. Другое распространенное объяснение состоит в том, что Земля изначально была богата водой, поскольку сразу родилась из содержащих воду камней размерами в десятки километров. Эта гипотеза не имеет перспектив, отмечает отчет, поскольку способность больших камней содержать значительное количество воды довольно ограничена.

В новом исследовании предлагается еще одно реалистичное объяснение появления воды на ранней Земле. Командой исследователей выполнялись интересные расчеты. Они показывают, что в той области пространства, где была рождена Земля, было изобилие мельчайших частиц пыли. Их размеры были около одного миллиметра, и они содержали . Эти пылевидные зерна могли в те времена собираться вместе, даже образуя что-то вроде гальки. А она, в свою очередь, начинала расти в размерах, достигая больших объемов.

Эти каменистые обломки сталкивались между собой и в итоге сформировали Землю. Вода просачивалась сквозь них, как сквозь губку, и затопляла поверхность молодой Земли. Описанные события вполне могут объяснить то количество воды, которое мы наблюдаем на нашей планете.
Ученые, выполнившие расчеты, также показали, что мелким пылевым зерна понадобятся всего около миллиона лет, чтобы собрать то количество воды, которая находится на Земле прямо сейчас. Эта временная шкала в миллион лет также вписывается в тот временной интервал, в течение которого Земля должна была быть сформирована из массивных каменистых обломков.

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.