Теория появления воды на земле. Как на земле появилась вода? История происхождения воды на земле

Жизнь всего живого на Земле зависит от так необходимой прозрачной жидкости, но при этом никто достоверно не знает, откуда берется вода и как она появилась на нашей планете. Некоторую надежду внушают последние находки, подтверждающие наличие воды в том или ином виде на многих других небесных телах. Это дает небольшую надежду на то, что во Вселенной мы не одиноки.

Зачем нужна вода человеку?

Ежедневная потребность взрослого человека в воде составляет ~2 л:

Жидкость необходима для нормального протекания процессов метаболизма.
Частично благодаря воде пополняется кровоток и запасы жидкости в клетках и межклеточном пространстве.
Она необходима для регуляции электролитного баланса. Его нарушения могут привести к прекращению проведения нервных импульсов.
Без жидкости среднестатистический человек не проживет больше нескольких дней.

Все это заставляет задуматься о том, что на планете не так уж много пригодной для питья воды.

Большую часть составляет морская вода , наличие в ее составе соли исключает возможность утоления жажды. И это если учесть, что живительная не только людям, но и всем представителям флоры и фауны .

Откуда появилась вода?

По своему химическому составу вода представляет собой соединение кислорода и водорода . Атомов водорода во Вселенной огромное множество, ведь все звезды - его «кузницы». С кислородом уже немного сложнее, но конкретно на нашей планете он был, чуть ли не с первых дней. Остается только дождаться соединения двух элементов в нечто уникальное и абсолютно новое, но когда впереди есть миллиарды лет, можно и подождать немного.

Ученые до сих пор не могут понять природу теплоемкости и теплоотдачи воды. По всем законам химии, у этого вещества должны были быть совершенно другие показатели.

Может дело в уровне наших знаний, а может дело обстоит куда интересней. Но на сегодняшний день мы можем уверенно сказать про воду следующее :

Вода есть не только на Земле, но и во множестве других уголков Вселенной.
Образовалась она в результате соединения водорода и кислорода в пропорциях 2 к 1.
Вода находится как на планетах, так и на астероидах и кометах.
Она даже присутствует в открытом космосе. Чаще всего встречается в твердом виде.

Откуда на земле вода?

Касательно появления воды на нашей родной планете есть две противоположные теории:

Земное происхождение воды	Внеземное происхождение воды
Появилась за счет контакта водорода и выделяемого магмой кислорода.	Вода занесена в результате бомбардировки миллионами комет и астероидов.
Образовалась в первые несколько сотен миллионов лет формирования планеты.	Возникла за счет притяжения рассеянной в космосе мелкодисперсной пыли, содержащей воду.
Существование и круговорот воды поддерживались за счет изменения орбиты и неравномерной освещенности.	Все это происходило уже после завершения формирования Земли, что может объяснить тектонические особенности.
Подтверждается последними исследованиями.	На данный момент нет никаких подтверждений, только гипотезы.

Окончательную точку в этом споре не может поставить никто, наши представления об окружающем мире еще во многом фрагментированные. Но наиболее перспективно выглядит именно первая теория.

Земное происхождение воды

На сегодняшний день мы достоверно знаем, что Земля не уникальна в плане наличия воды. В тех же самых кометах и метеоритах H2O должна была хоть как-то образоваться. Значит, механизм продукции воды во Вселенной существует, что добавляет бал в копилку сторонников теории земного происхождения воды.

Человечество благополучно исследовало Луну и не нашло там никаких следов воды . И это на ближайшем спутнике, до которого, по астрономическим меркам, «рукой подать». Какие-то избирательные кометы и метеориты, на Землю воду завезли, а на Луну - нет. Можно заявить, что на Луне нет собственной атмосферы , но вот практически полное отсутствие атмосферы на Марсе не помешало существованию на его полюсах целых «ледяных шапок».

Что уже говорить о количестве небесных тел, необходимых для того, чтобы «заправить» Землю всей водой, что сейчас на ней есть. К тому же это никоим образом не объясняет, почему большая часть воды соленая и лишь малая доля - пресная (по статистике 3% пресной и 97% соленой ).

А вот если H2O образовывалась на Земле в результате цепи химических реакций, пару вариантов ответа на этот вопрос можно рассмотреть.

Откуда берется вода в водопроводе?

Но чаще всего нас волнуют более насущные проблемы, чем природа происхождения воды. Гораздо интересней, как она попадает в наши краны и дальше «перекочевывает» в чайники и кастрюли.

Согласно разработанным гигиеническим стандартам существует:

Резервуар, из которого под нужды населения забирается вода.
Целый ряд водозаборных сооружений, которые осуществляют забор и фильтрацию жидкости.
Разветвленная система водоснабжения. Те самые трубы, по которым жидкость течет в наши дома.

За качеством воды регулярно следят, соблюдая ГОСТ и прочие нормы. Вот только качество водопроводных труб оставляет желать лучшего .

Даже если «на входе» в систему вода была идеально чистой, «на выходе» она не всегда пригодная для употребления. Поэтому воду с крана лучше отфильтровать и прокипятить .

Некоторые увлекаются отстаиванием, замораживанием и прочими сложными системами фильтрации. Если бы мы находились где-то в Нигерии, такие меры предосторожности имели бы право на существование. Но на постсоветском пространстве с водой из трубопровода все не так плохо.

Откуда взялась вода?

Существование воды на нашей планете обеспечивается за счет:

Сложных климатических изменений.
Разному количеству тепла, которое получает поверхность.
Процесса испарения и конденсации жидкости.
Наличия Солнца, которое обеспечило приток водорода.
Выделения магмой кислорода и его слияния с водородом.

Если рассматривать вопрос с немного приземленной точки зрения:

В квартиры и дома вода поступает по трубам.
В них она дается под давлением из водозаборных сооружений.
Там же вода и фильтруется.
А забирается из ближайшего водоема - реки, озера, водохранилища.

Но важно не только знать, откуда появляется вода, но и поддерживать нормальный водно-солевой баланс собственного организма.

Некоторые вопросы на самом деле сложнее, чем кажется на первый взгляд. С научной точки зрения не так много людей сможет объяснить, откуда берется вода. Теперь и вы знаете, что эта жидкость возникла не просто из крана.

Видео о возникновении воды на Земле

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

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.

На тему того, каким образом на нашей планете появилась вода ученые спорят давно, большинство специалистов придерживаются той точки зрения, что вода на Землю была занесена около 4 - 3,6 млрд лет назад, еще на этапе активного формирования планеты, когда ее беспрерывно атаковали тысячи больших и малых астероидов и комет.

Некоторые из таких астероидов, полагают ученые, были довольно крупными и содержали в себе приличные запасы воды в виде пара, жидкости или льда.

Теперь же появилась и новая теория. Японские специалисты предполагают, что почти вся вода на Земле появилась здесь же, а не была занесена из космоса. Геологи из токийского Института технологий говорят, что на этапе начального формирования планеты в структуре Земли присутствовали целые пласты, состоящие из водорода, они вступали в химическую реакцию с кислородом, присутствующим в земной мантии, в результате чего на планете образовывалась вода в больших количествах. “Вода крайне необходима для возникновения и развития жизни на Земле, однако откуда она появилась на планете и почему она существует?", - говорит ученый из Института технологий в Токио Хиденори Генда.

Геологи предполагают, что сразу же после того, как планета была сформирована, она была крайне горячей и сухой. В теории, около 3,8 млрд лет назад миллионы комет и астероидов, богатых водой, атаковали Землю, это же объясняет почему океаны появились уже после того, как закончилось формирование планеты.

Однако исследования показывают, что в структуре естественной природной воды , особенно в океанах и морях, содержится много дейтерия, элемента называемого также "тяжелый водород". Дейтерий возникает тогда, когда происходят некоторые реакции с водородом, в результате чего небольшой процента атомов водорода получает дополнительный электрон и фактически становится дейтерием. По мнению ученых, этот фактор указывает на земное происхождение воды.

Японские ученые предполагают, что ранняя Земля имела толстую водородную атмосферу, которая взаимодействовала с кислородом в структуре планеты, в результате чего и образовывалась вода. Идею того, что планета обладала толстой водородной атмосферой специалисты строят на основании анализа орбиты Земли. На сегодня орбита Земли, также как и Марса с Венерой, довольно круглая, но раньше он была более вытянутой, так как притяжение Солнца действовало не так сильно, а молодые планеты Солнечной системы вращались в огромном водородом протопланетарном облаке. Кроме того, специалисты говорят, что часть дейтерия образовалась и в результате реакций с космическими элементами в верхних слоях атмосферы.

Вместе с тем, сами японские специалисты говорят, что пока их идея является лишь теорией, которую предстоит детально изучить и проанализировать. "Возможно нам придется пересмотреть теорию внеземного происхождения воды, но скорее всего вода появлялась как на планете, так и заносилась сюда космическими объектами" - полагает Кетрин Алтвегг, астроном из Университета города Берн (Швейцария).

Океаны покрывают три четверти Земли, однако на воду, находящуюся на поверхности, приходится всего одна четырехтысячная общей массы планеты. Вода 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).

Фото: World History Archive / Globallookpress.com

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.