Сколько лет тому назад появилась вода

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

Водный мир: какой была Земля более 3 млрд лет назад

Ученые нашли доказательство того, что Земля была покрыта глобальным океаном, который превратил планету в «водный мир» более 3 млрд лет назад. Открытие помогает не только понять, где и как появилась первая одноклеточная жизнь на Земле, но и определить, какие экзопланеты могут быть обитаемыми. «Хайтек» рассказывает, что известно науке о Земле в период 3 млрд лет назад и по каким критериям астрономы планируют искать потенциально обитаемые миры.

Читайте «Хайтек» в

Что именно выяснили ученые

Состояние планеты и процессы, которые происходили на ней 3 млрд лет назад, вызывают множество споров среди ученых — в первую очередь, потому что на поверхности Земли сохранилось мало геологических памятников этого периода.

Однако существует несколько регионов, где древние породы подходят близко к поверхности. Одним из них является Панорама — засушливая и малонаселенная область в Западной Австралии, где ученым из Университета Колорадо удалось извлечь образцы керна возрастом около 3,24 млрд лет.

В этой местности на поверхность выходит плита, которая в архее находилась на дне океана. Ученые воспользовались этим, чтобы определить содержание в ее породах различных видов кислорода, которые накапливаются в минералах при взаимодействии с морской водой. В частности они проанализировали относительные количества двух изотопов: легкого кислорода-16 и чуть более тяжелого кислорода-18 в более чем 100 образцах.

Анализ показал, что количество этих изотопов значительно превышает их содержание в породах, которые омываются морской водой прямо сейчас. Ученые считают, что такой результат говорит о том, что примерно 3,24 млрд лет назад суши на Земле практически не существовало, а вся поверхность была покрыта водой.

«Без континентов над океаном значение кислорода было бы отличным от сегодняшнего, и это именно то, что мы нашли», — пишет ведущий автор исследования Бенджамин Джонсон.

При этом результаты исследования не означают, что Земля была полностью лишена суши — исследователи полагают, что в этот период развития планеты на ее поверхности могли существовать «микроконтиненты», которые поднимались над поверхностью океана на большом удалении друг от друга.

При этом анализ с высокой долей вероятности исключает существование огромных богатых почвой континентов, подобные тем, которые доминируют сегодня на Земле, а также суперконтинентов — таких, как гипотетический Ваальбара.

Ваальбара — первый гипотетический суперконтинент на Земле, который, предположительно, существовал в эпоху архея — 3,6–2,8 млрд лет назад. Его формирование, согласно гипотезе ученых, началось 3,6 млрд лет назад, а завершилось 3,1 млрд лет назад. Суперконтинент раскололся на более мелкие около 2,5 млрд лет назад.

«Я представляю картину, похожую на то, как выглядят Галапагосские острова, если посмотреть на них с запада: огромные просторы океана на север и юг с небольшими скалистыми вулканическими островками, едва поднимающимися над поверхностью океана», — комментирует Джонсон.

Однако возможны и иные объяснения очень высокого содержания изотопов кислорода в породах того периода, отмечают авторы исследования. Такие же химические характеристики могут возникнуть, если континенты формировались гораздо медленнее, чем полагают ученые.

Еще одна гипотеза заключается в том, что континентальные глины, которые сейчас представляют собой твердые породы, образовались не на суше, а в океане.

Что было на Земле, кроме океана

Гипотезы о том, как именно и когда на Земле сформировались первые континенты, до сих пор являются предметом спора среди ученых. Существует теория, что крупные участки суши на поверхности планеты появились в результате замедления потери тепла из недр Земли.

Самому старому из сохранившихся континентальных материалов около 4 млрд лет — то есть он сформировался примерно через 600 млн лет после формирования планеты. Если это действительно так, он возник еще до того, как Землю начали бомбардировать обломки объектов, оставшихся от формирования Солнечной системы, — и до того, как на планете появилась вода. Однако найти веские доказательства существования континентов до Гондваны ученым пока не удавалось.

Большинство исследователей сходятся в том, что порядка полумиллиарда лет назад на Земле доминировал суперконтинент Гондвана, который существовал до Юрского периода и распался на части около 180 млн лет назад.

В состав Гондваны входили Африка, Южная Америка, Антарктида, Австралия, Новая Зеландия, а также Аравия, Мадагаскар и Индостан. Она образовалась в конце докембрия в результате раскола суперконтинента Родиния.

Примерно 3 млрд лет назад, в период, описываемый авторами исследованиями, на Земле заканчивалась геологическая эпоха архея (2,5–4 млрд лет назад). Считается, что в это время в атмосфере планеты практически отсутствовал свободный кислород, а количество парниковых газов многократно превышало нынешние показатели.

Жизнь на Земле появилась еще в начале архея, а к 3 млрд лет назад доминирующей формой жизни на Земле были цианобактериальные маты (строматолиты) и археи.

Строматолиты внешне напоминали камни, но в действительности представляли собой конгломераты живых бактерий. В них входили аэробные и анаэробные бактерии, которые в процессе фотосинтеза преобразовывали солнечный свет и воду в глюкозу — простую форму сахара. В ходе этого процесса в качестве побочного продукта высвобождался кислород.

Ученые считают, что современная тектоника плит с ее зонами субдукции, центрами распространения, землетрясениями и всеми другими известными нам особенностями, вероятно, также началась в эпоху архея — около 3,2 млрд лет назад.

Это доказывают образцы пород древней земной коры возрастом от 3,9 млрд до 2,5 млрд лет, найденные учеными на Юго-Западе Гренландии. Исследователи провели анализ количества нейтронов в атомах гафния, чтобы выяснить, как долго каждый образец был частью земной коры.

По мере того, как породы на поверхности расплавляются и перерабатываются, содержание в них изотопов гафния меняется. Ученые обнаружили, что концентрация гафния в более старых породах, возраст которых превышает 3,2 млрд лет, существенно отличается от количества в более молодых. Эту разницу ученые объясняют тем, что примерно в это время на Земле началась тектоника плит.

Согласно одной из теорий, в начале эпохи архея вертикальные струи очень горячей магмы в мантии, вероятно, доставляли материал прямо на поверхность Земли, образуя первые куски континентальной коры.

Постепенно — между 3,2 и 3,5 млрд лет назад — мантия остыла и горячих магматических шлейфов стало меньше. Исследователи полагают, что в мантии сформировались устойчивые конвекционные ячейки, которые начали управлять движениями и субдукцией плит, а тектоника плит начала формировать поверхность Земли.

С тех пор большая часть новой коры проникла на поверхность Земли в тех местах, где расположены центры распространения, и в зонах субдукции. Одним из примеров является зона субдукции Мариана, где образовалась Марианская островная дуга и расположена Марианская впадина — самое глубокое место в океане.

Источник