Галилео откуда берется вода

Откуда в колодце вода?

Самая ценная для людей — пресная вода. Её на Земле 36,7 млн км 3 . В основном она содержится в крупных озёрах и ледниках. Одни континенты планеты богаты пресной водой, а на других её совсем мало. Самыми большими запасами обладают Антарктида, Северная Америка и Азия, меньше пресной воды в Южной Америке и Африке, а совсем мало — в Европе и Австралии.

ВОДА ПОД ЗЕМЛЁЙ

Под землёй тоже есть вода, но она там не течёт огромной рекой по пустому коридору, а пронизывает поры горных пород. Откуда под землёй берётся вода? Сначала она в виде дождя и снега выпадает из облаков, потом просачивается сквозь трещины, пустоты и поры водопроницаемых горных пород (песка, торфа, гравия и др.) и, наконец, встречает на пути водоупорные горные породы (глину, мергель, гранит и др.). Глубже она пройти не может, потому что эти породы задерживают воду. Здесь вода останавливается и насыщает некоторый подземный слой. Если мы прокопаем до этого слоя колодец, то в нём окажется вода.

ОЧЕНЬ ВАЖНЫЕ

Подземные воды питают реки и озёра, благодаря им реки не мелеют летом, когда выпадает мало дождей, и не пересыхают подо льдом. Человек выкачивает воду из-под земли для того, чтобы подать её в квартиры, на предприятия, заводы и фабрики, для того, чтобы поливать поля и огороды. Несмотря на огромные запасы, подземные воды возобновляются медленно, если мы будем их загрязнять, то сами первыми и пострадаем.

ГРУНТОВЫЕ И АРТЕЗИАНСКИЕ

Воды, которые после дождей или таяния снега проникают в почву, смачивают её и накапливаются в почвенном слое, называют почвенными. На первом от поверхности земли водоупорном слое залегают грунтовые воды. Ниже грунтовых могут располагаться несколько слоёв глубинных подземных вод, их удерживают водоупорные пласты. А если слои горных пород залегают в виде чаши и вода, заключённая в них, находится под давлением, то образуются артезианские воды, они поднимаются вверх по пробуренной скважине и фонтанируют.

РОДНИКОВАЯ ВОДА

Считается, что родниковая вода очень чистая. Это действительно так. Прежде чем она пробьётся родничком в овраге или долине реки, она должна пройти через несколько слоёв горных пород, которые играют роль природного фильтра. Он задерживает все вредные примеси, а чистую вкусную воду пропускает на поверхность земли. Образуется родник именно там, где горизонт подземной воды выходит на поверхность. Недаром родник ещё называют ключом. Он и правда волшебный ключик к подземным сокровищам планеты.

Источник

Откуда взялась вода на Земле

Ученые до сих пор спорят о появлении воды на Земле. Один товарищ занялся поисками гипотез. Нашел аж шесть штук. Нет согласия в этом мире! Откуда вода на Земле — варианты ответа.

Гипотезы о происхождении воды на Земле

Первая гипотеза. Горячее происхождение Земли

Считается, что некогда Земля была расплавленным огненным шаром, который, излучая тепло в пространство, постепенно остывал. Появилась первородная кора, возникли химические соединения элементов и среди них соединение водорода с кислородом, или, проще говоря, вода.

Пространство вокруг Земли все более заполнялось газами, которые непрерывно извергались из трещин остывающей коры. По мере охлаждения пары образовывали облачный покров, плотно окутавший нашу планету. Когда температура в газовой оболочке упала настолько, что влага, содержащаяся в облаках, превратилась в воду, пролились первые дожди.

Тысячелетие за тысячелетием низвергались дожди. Они-то и стали тем источником воды, которая постепенно заполнила океанические впадины и образовала Мировой океан.

Вторая гипотеза. Холодное происхождение Земли

Была Земля холодная, а потом начала разогреваться. Разогрев стал причиной вулканической деятельности. Извергаемая вулканами лава выносила на поверхность планеты пары воды. Часть паров, конденсируясь, заполняла океанические впадины, а часть образовала атмосферу. Как теперь подтверждено, главной ареной вулканической деятельности на первых стадиях эволюции Земли действительно являлось дно современных океанов.

Согласно этой гипотезе вода содержалась уже в той первичной материи, из которой сложилась наша Земля. Подтверждением такой возможности является наличие воды в падающих на Землю метеоритах. В «небесных камнях» ее до 0,5 %. На первый взгляд мизерное количество. Как то не убедительно!

Третья гипотеза

Третья гипотеза опять же исходит из «холодного» происхождения Земли с последующим ее разогревом.
На какой-то стадии разогрева в мантии Земли на глубинах 50— 70 км из ионов водорода и кислорода начал возникать водяной пар. Однако высокая температура мантии не позволяла ему вступать в химические соединения с веществом мантии.

Под действием гигантского давления пар выжимался в верхние слои мантии, а затем и в кору Земли. В коре более низкие температуры стимулировали химические реакции между минералами и водой, в результате разрыхления пород, образовались трещины и пустоты, которые немедленно заполнялись свободной водой. Под действием давления воды трещины раздавались, превращались в разломы, и вода через них устремлялась на поверхность. Так возникли первичные океаны.

Однако деятельность воды в коре Земли этим не исчерпывалась. Горячая вода довольно легко растворяла в себе кислоты и щелочи. Эта «адская смесь» разъедала все и вся вокруг, превращаясь в своеобразный рассол, который и придал морской воде присущую ей и поныне соленость.

Тысячелетия сменяли друг друга. Рассол вширь и вглубь неумолимо расползался под гранитными основаниями континентов. Проникнуть же в собственно гранит ему дано не было. Пористая структура гранита, подобно тонкому фильтру, задерживала взвеси. «Фильтр» засорялся, а засорившись, начинал играть роль экрана, преграждавшего путь воде.

Если все это имело место, то под материками на глубине 12— 20 км расстилаются океаны сжатой и насыщенной растворенными солями и металлами воды. Вполне возможно, что такие океаны раскинулись и под многокилометровой толщей базальтового дна наземных океанов.

В пользу приведенной гипотезы свидетельствует резкое возрастание скорости сейсмических волн на глубине 15—20 км, т. е. как раз там, где должна пролегать граница предполагаемого раздела между гранитом и поверхностью рассола, граница резкого изменения физико-химических свойств вещества.

Приведенную гипотезу подтверждает и так называемый дрейф материков. Гранитные громады материков перемещаются. Они «плывут», хотя скорость их движения составляет всего несколько сантиметров в столетие. Отчего же не предположить, что океаны рассолов выполняют роль своеобразной пленки под «днищами» материков, подобно пленке масла в подшипнике между цапфой и валом.

Если рассолы существуют, то в будущем человечество наверняка использует их как богатейшую жидкую руду, в которой растворены ценнейшие элементы и их соединения.

Четвертая гипотеза английского астрофизика Хойла

Она была опубликована сравнительно недавно, в 1972 г. Гипотеза представляет собой следствие из гипотезы происхождения Солнечной системы.

Суть ее такова: конденсация протопланетного облака, окружавшего наше прото-Солнце, протекала неравнозначно на разных расстояниях от Солнца. Чем дальше от него, тем температура облака была ниже. Ближе к Солнцу могли конденсироваться, скажем, металлы как вещества более тугоплавкие. А там, где проходят орбиты Урана, Нептуна и Плутона, по расчетам Хойла, температура составляла примерно 350 К, что уже достаточно для конденсации паров воды.

Именно этим обстоятельством можно объяснить «водную» природу Урана, Нептуна и Плутона, образовавшихся в процессе слияния частиц льда и снега. «Водную» природу указанных планет подтверждают новейшие астрономические наблюдения.

Однако в процессе формирования внешних планет имело место гравитационное «выталкивание» глыб льда в область внутренних планет. Те из глыб, которые обладали достаточными размерами, не успев полностью испариться от солнечных лучей, достигали Земли и падали на нее в виде своеобразного ледяного «дождя». Очевидно, такие «дожди» были более обильными на Марсе и весьма скудными на Венере.

Расчеты, выполненные Хойлом, подтверждают возможность образования земных океанов из ледяных дождей, для чего потребовалось всего несколько миллионов лет.

Пятая гипотеза

Она, как и четвертая, предполагает чисто космическое происхождение воды, но из других источников. Дело в том что на Землю из глубин космоса непрерывно низвергается ливень электрически заряженных частиц. И среди этих частиц изрядную долю составляют протоны — ядра атомов водорода. Пронизывая верхние слои атмосферы, протоны захватывают электроны и превращаются в атомы водорода, которые тут же вступают в реакцию соединения с кислородом атмосферы. Образуются молекулы воды. Расчет показал, что космический источник такого рода способен дать почти 1,5 т воды в год, и эта вода в виде осадков достигает земной поверхности.

Полторы тонны… По глобальным меркам — ничтожное количество. Но следует иметь в виду, что образование такой космической воды началось одновременно с возникновением планеты, т. е. более 4 млрд. лет назад.

Шестая гипотеза

Как установлено учеными, примерно 250 млн. лет назад на Земле был единый континент. Затем, неизвестно по каким причинам, он треснул, и части его начали расползаться, «уплывать» друг от друга.

Доказательствами существования некогда единого материка является не только подобие береговых линий, но также сходство флоры и фауны, сходство геологических структур побережий. Короче говоря, ныне мало кто сомневается в единстве континентов Земли в прошлом. Недоумение вызывает другое: как могут, подобно гигантским «айсбергам», уплывать друг от друга глыбы материков, если их корни уходят вглубь на десятки километров? И что приводит их в движение?

Исследования последних лет подтвердили: да, материки «плывут», расстояние между ними непрерывно увеличивается. Передвижение материков блестяще объясняет гипотеза расширяющейся Земли. Гипотеза утверждает: первоначально Земля имела радиус вдвое меньший, чем сейчас. Материки, слитые тогда воедино, опоясывали планету.Океанов не существовало. И вот на границе протерозоя и мезозоя (250—300 млн. лет назад) Земля начала расширяться. Единый материк дал трещины, которые, наполнившись водой, превратились в океаны. И с тех пор по наше время радиус Земли увеличился вдвое!

Изобретение атомных часов позволило с абсолютной точностью определить долготу и широту земных объектов по звездному небу. Измерения показали, что наша планета… продолжает расширяться!

Расширяется, например, Европа. Москва и Ленинград «плывут» на восток со скоростью 1 см в год. А Гамбург, расположенный в центре Европы, остается на месте.

Скорость расширения европейского континента огромна. Ведь за каких-нибудь 20 млн. лет (ничтожнейший срок для геологической эпохи) в результате такого перемещения может образоваться чаша будущего океана шириной в 4000 км.

Однако до сих пор у сторонников гипотезы расширяющейся Земли не было доводов, с помощью которых они могли бы объяснить, почему Земля расширяется.
Теперь такие доводы есть.

Напомним прежде всего (и мы к этому еще вернемся), что Вселенная на 98 % состоит из водорода, т. е. из элемента, рождающего воду. На 98 % из водорода состоит и наша Земля. Он пришел к нам вместе с теми частицами холодной космической пыли, из которой образовались все планеты Солнечной системы. А среди этих частиц находились и атомы металлов.

Вот тут-то мы и сталкиваемся с интереснейшим явлением. Оказывается, металлы способны поглощать огромное количество водорода — десятки, сотни и даже тысячи объемов на один свой объем. Далее: чем больше водорода поглощает (или присоединяет) металл, тем плотнее он становится, т. е. все более уменьшается в объеме. Да, мы не оговорились — уменьшается. Так, щелочные металлы, присоединяя водород, уменьшаются в объеме в 1,5 раза уже при атмосферном давлении. Что же касается других металлов (например, железа и никеля, из которых, по мнению ученых, сложено ядро Земли), то при нормальном атмосферном давлении (105 Па) уменьшение объема у них весьма незначительно.

Однако по мере уплотнения пылевого облака происходило его гравитационное сжатие, и давление внутри прото-Земли возрастало. Соответственно росла и степень поглощения водорода металлами группы железа. Сжатие порождало антипод давления — разогрев.

А так как наибольшему сжатию подвергались центральные области образовавшейся планеты, то там стремительнее росла и температура.

И вот на какой-то стадии разогрева, когда температура в ядре Земли достигла определенного критического значения (переход количественного роста в новое качественное состояние!), начался обратный процесс — выделение водорода из металлов.

Распад металловодородистых соединений, т. е. восстановление металлических структур, вызвал резкое увеличение объема вещества ядра Земли. Расширение металлического ядра проявилось с такой силой, что мантия и кора планеты, не выдержав, дали трещины.

Таким образом, дегазация водорода сопровождалась расширением Земли. Между тем водород, пронизывая огромную толщу планеты, захватывал по пути атомы кислорода, и на поверхность ее вырывались уже пары воды. Конденсируясь, вода заполняла разломы в коре. Постепенно образовались океаны.

Итак, шесть гипотез происхождения земной воды. Со временем выяснится, в какой из них истина. Возможно, окажутся верными все шесть, в какой-то степени каждая. Пока же вопрос «Откуда взялась вода на Земле?» остается открытым.

Источник

Откуда берется вода на планетах?

В течение 2011 года можно было услышать целую серию захватывающих дух историй о том, что астрономы обнаружили планеты за пределами Солнечной системы, которые вращались вокруг своих звезд на расстоянии, где существует вероятность зарождения жизни.

Такие благоприятные для жизни зоны, в пределах которых вращаются планеты, имеют температуру, которая позволяет воде оставаться в жидком состоянии, а значит, как известно, в таких условиях может зародиться жизнь.

В конце прошлого года НАСА объявило об открытии первых двух планет, по размерам соответствующим Земле, которые вращаются вокруг своей звезды. Эти сообщения последовали за новостями космической обсерватории Кеплер о том, что ученые открыли планету примерно в 2 раза больше Земли, которая вращается в «обитаемой зоне». Ученые настроили свой радиотелескоп для того, чтобы проверить, есть ли на этих планетах признаки разумной жизни.

Пока астрономы не имеют никаких фактов о физической природе этих планет и процессах, которые на них происходят. Если жидкая вода действительно существует на этих планетах, то можно предположить, что эти планеты могут быть очень похожи на Землю, хотя это тоже спорный вопрос. Как они могут предполагать, что происходит в мире, который расположен в тысяче световых лет от нас?

Океаны составляют примерно четверть процента земной массы. Еще примерно одна десятая процента воды может располагаться в мантии земли. Но если бы мы могли исследовать более глубокие пространства ближе в центру планеты, как предполагается, там могут находиться еще 50 океанов, которые содержат большое количество воды. (Именно такое поразительное предположение сделал Жюль Верн в своем известном произведении 1864 года «Путешествие к центру Земли», описав подземные океаны).

Если даже океаны под землей все же существуют, мы никогда точно не сможем установить, сколько там воды, считают ученые.

Сразу возникает вопрос, каким же образом на Земле появилось столько воды? Мы знаем, что вода есть повсюду в Солнечной системе. Эта вода может оставаться в твердом состоянии. По сравнению со скалистыми и обжигаемыми Солнцем планетами Меркурием и Венерой, которые очень сухие, Марс еще больше лишен влаги.

Геологические данные подтверждают, что океаны уже были на Земле через несколько сотен миллионов лет после образования нашей планеты 4,6 миллиарда лет назад.

Наблюдения с помощью космического телескопа «Спицер» за молодой звездой TW Hydrae показали, что протопланетарный диск содержит достаточно молекул воды, чтобы образовать 6 тысяч океанов. Звезда также имеет так называемую «снеговую линию», находящуюся за сотни миллионов миль. Такое же явление мы наблюдаем в нашей Солнечной системе.

Частицы пыли в солнечной туманности, вероятнее всего, пористые и могут содержать молекулы воды, которых достаточно для только что сформировавшейся Земли. Но остается неясным, могли ли при формировании суши запасы воды на Земле остаться неизменными.

Еще есть вероятность того, что Земля сама производила для себя воду. На раннем этапе формирования Земля была достаточно горячей, на ней бушевали океаны жидкой магмы. Кислород из магмы мог соединиться с водородом из дозвездной газовой оболочки перед тем, как рассеивался ярким светом молодого Солнца.

Если бы воду доставили на Землю кометы и астероиды, Мич предполагает, что для этого понадобилось бы 20 миллионов штук средних размеров, чтобы наполнить земные океаны. Она считает, что кометы принесли на Землю всего одну пятидесятую часть всей воды.

Компьютерная симуляция продемонстрировала то, что бы произошло в Солнечной системе, если бы внешние планеты сошли со своих орбит – этот феномен часто наблюдается с экзопланетарными системами. Наш молодой мир был бы под обстрелом несущих воду астероидов, которые бы беспорядочно падали на планету, если бы она стала пересекать свою эллиптическую орбиту.

Это могло бы объяснить то, почему на поверхности Луны и планет Солнечной системы остались следы «бомбежек» метеоритами, которые имели место около 4 миллиардов лет назад. С другой стороны, могла ли вода попасть на молодую Землю благодаря классу объектов, которые ныне уже не существуют? А также появилась ли вода раньше, позже или во время процесса формирования планеты?

Пока вопрос попадания воды на Землю остается открытым, но ученые склоняются к мнению, что вода могла иметь несколько источников: ее могли принести кометы и астероиды, содержащие воду, или она появилась благодаря газам солнечной туманности и химическим процессам на поверхности Земли.

Происхождение земной воды такой сложный вопрос, что требует от ученых разделиться на междисциплинарные группы, чтобы точно ответить, сколько же воды существует сегодня на планете, когда именно она появилась и откуда она могла быть доставлена.

Из-за того, что мы пока не знаем точно, сколько же воды на Земле, мы также не можем сказать, насколько наша планета влажная или сухая по сравнению с другими. По крайней мере, нам известно, что у нас достаточно воды, чтобы двигались и поддерживались тектонические плиты, которые приводятся в движение с помощью воды, как автомобильный двигатель движется с помощью моторного масла.

Многие механизмы и прошлое нашей планеты пока остаются загадкой, поэтому несмотря на то, что ученые открывают все новые планеты, они не могут ответить точно на вопрос, насколько они похожи на Землю или не имеют с Землей ничего общего.

Источник