Astronomii Sean Raymond (Universitatea din Bordeaux, Franța) și Andre Isidoro (Universitatea din São Paulo Julio de Mesquita Filho, Brazilia) au descris un posibil mecanism pentru modul în care apa a ajuns pe Pământ. Cercetarea lor a fost publicată în jurnalul Icarus, disponibil pe site-ul arXiv.org, iar primul autor a vorbit despre asta pe blogul său.
Oamenii de știință cred că apa de pe Pământ și corpurile cerești din centura de asteroizi dintre orbitele lui Marte și Jupiter are o origine comună, asociată în primul rând cu formarea giganților gazosi în Sistemul Solar.
Oceanele acoperă trei sferturi din Pământ, dar apa de la suprafață reprezintă doar o patru miimi din masa totală a planetei. Apa se află atât în manta (sub formă de roci hidratate), cât și în miezul Pământului. Cât de mult există nu se știe, probabil de zece ori mai mult decât la suprafață.
În general, există puțină apă pe Pământ și există și ceva pe Lună, Mercur, Venus și Marte. Poate că Venus și Marte au avut odată mai multă apă. Rezervorul principal de apă pe orbita lui Jupiter este centura de asteroizi.
În partea interioară a centurii principale, la 2-2,3 unități astronomice de Soare, predomină asteroizii din clasa S (stâncoși), în partea exterioară - clasa C (carbonică). Există și alți asteroizi, dar nu atât de masivi. Asteroizii de clasa C conțin mai multă apă decât clasa S - aproximativ zece procente (din masă).
Originea apei poate fi determinată prin efectuarea unei analize izotopice a hidrogenului conținut în apa diferitelor corpuri cerești. Pe lângă protiu, în natură se găsesc hidrogen cu un nucleu de un proton, deuteriu (cu un proton și un neutron) și foarte rar tritiu (cu un proton și doi neutroni).
Foto: Arhiva Istoriei Mondiale / Globallookpress.com
Analiza izotopică dezvăluie mai multe caracteristici. Soarele și giganții gazosi au un raport dintre deuteriu și tritiu care este cu unul sau două ordine de mărime mai mic decât cel al Pământului. Dar pentru asteroizii din clasa C, această cifră este aproape aceeași ca și pentru planeta noastră. Aceasta indică o origine comună a apei.
Cometele din norul Oort au un raport dintre deuteriu și protiu care este de aproximativ dublu față de cel al Pământului. Există trei comete pe orbita lui Jupiter, pentru care acest parametru este apropiat de cel al Pământului, dar există și o cometă în care acest parametru este de 3,5 ori mai mare. Toate acestea pot însemna că apa de pe comete are origini diferite și doar o parte din ea s-a format în același mod ca pe Pământ.
Planetele se formează în jurul stelelor tinere în discuri gigantice de gaz și praf. Mai aproape de stea este prea cald, așa că acolo apar planete bogate în siliciu și fier. Mai departe de stea este mai rece, unde corpurile cerești se pot forma și din gheața de apă. Pământul a apărut în acea parte a discului protoplanetar unde s-au născut corpuri cerești stâncoase, fără apă. Asta înseamnă că a venit pe planetă din afară.
Pe de altă parte, asteroizii din clasa S și C sunt prea diferiți pentru a se forma unul lângă altul. În plus, granița dincolo de care s-au format corpurile cerești înghețate sa deplasat constant în timpul evoluției Sistemului Solar, iar Jupiter a jucat un rol decisiv în acest sens.
Se crede că Jupiter și Saturn s-au format în două etape. La început au fost corpuri cerești solide, de câteva ori mai grele decât Pământul modern, apoi au început să capteze gaz de pe discul protoplanetar. În această etapă, masa și dimensiunea planetelor cresc brusc, giganții eliberează spațiu pentru ei înșiși în discul protoplanetar.
Marele Jupiter și Saturn au fost apoi înconjurate de mici planetezimale - predecesorii protoplanetelor. Pe măsură ce Jupiter și Saturn au crescut, orbitele planetezimale s-au întins, traversând sistemul solar interior și îndepărtându-se de stea. Dar Jupiter și Saturn au mai atras gaz de pe discul protoplanetar, drept urmare, după cum a arătat simularea, orbitele planetezimale au fost corectate de Jupiter și s-au mutat în regiunea centurii moderne de asteroizi.
Saturn a apărut mai târziu decât Jupiter, iar formarea sa a dus la o nouă migrare a planetezimale, deși nu la fel de semnificativă. Principala concluzie a cercetătorilor este că asteroizii de clasa C au apărut în centură de pe orbitele giganților gazosi după ce Jupiter și Saturn și-au finalizat formarea (deși unele planetezimale ar putea ajunge pe orbita lui Neptun).
Potrivit oamenilor de știință, apa a venit pe planeta noastră în timpul formării centurii de asteroizi datorită planetezimale de un anumit tip (și anume, asteroizii din clasa C) cu orbite extrem de excentrice (alungite) și instabile care au traversat traiectoria Pământului. Analiza izotopilor de hidrogen este principala confirmare a acestui lucru.
Livrarea apei pe Pământ a fost practic finalizată cu formarea lui Jupiter și Saturn și cu dispariția discului protoplanetar. Astfel, ipoteza populară care explică dimensiunea mică a lui Marte prin migrarea lui Jupiter mai adânc în Sistemul Solar se corelează cu mecanismul de îmbogățire a Pământului cu apă. Apariția apei, cea mai importantă sursă de viață de pe Pământ, în Sistemul Solar interior (atât pe planetele stâncoase, cât și în centura de asteroizi) se dovedește a fi pur și simplu un efect secundar al creșterii lui Jupiter și Saturn.
Știința a studiat în detaliu proprietățile fizice și chimice ale apei și a explicat ciclul în natură ca un proces global grandios. S-au acumulat cunoștințe mari despre viața în Oceanul Mondial, de la straturile sale de suprafață până la abisul fără fund, s-au studiat curenții oceanici și s-a creat o doctrină coerentă despre hidrosferă și evoluția ei.
Fără aceste cunoștințe, navigația, pescuitul, prognoza meteo, utilizarea rațională a apei și protecția bazinelor de apă împotriva poluării sunt imposibile. Dar cum a apărut apa pe Pământ, de ce există atât de multă? Oamenii de știință încearcă de mult timp să găsească răspunsuri la aceste întrebări. S-au făcut destule presupuneri pe această temă, de la cele fantastice despre primatul apei și cele biblice despre crearea lumii până la ipoteze științifice și pseudoștiințifice.
Una dintre aceste ipoteze (autori V.S. Safronov și alți oameni de știință) sugerează următoarele. Chiar și în perioada pre-geologică, ca urmare a impactului corpurilor cerești căzute pe Pământ, precum și din cauza dezintegrarii elementelor radioactive grele, interiorul planetei a fost încălzit. Rocile din interiorul planetei s-au încălzit până la punctul de topire, drept urmare magma a început să se reverse la suprafață prin vulcani și fisuri formate pe Pământ, iar odată cu ea au început să se reverse gaze și... apă caldă și abur. evadare. Acest proces, numit degazare de către autorii ipotezei, a marcat începutul acumulării de apă la suprafața Pământului (!). A început istoria geologică a Pământului, a început formarea hidrosferei. Acest lucru s-a întâmplat acum patru miliarde de ani.
Nu este deloc usor de inteles ce s-a spus. Care sunt aceste corpuri cerești care au căzut pe Pământ și de ce s-a încălzit interiorul planetei după căderea lor? De unde au venit elementele radioactive grele din adâncurile tânărului Pământ? De unde a venit apa din interiorul planetei, care, conform autorilor ipotezei, a început să curgă din intestinele Pământului într-un volum de până la 1,3 km3 pe an (ce precizie de calcul!) și a făcut-o pt. milioane de ani până a umplut oceanele de pe Pământ? De unde obține apa oceanului o asemenea salinitate și de ce natura „a dat preferință” compusului chimic NaCl?
Apele subterane există, toată lumea știe asta. Este suficient să ne amintim de izvoarele care țâșnesc din pământ sau de apele arteziene (numele provine de la numele latin al provinciei franceze Artesia, de unde apa care curge dintr-o fântână a fost extrasă pentru prima dată în secolul al XII-lea). Există atât de multă apă subterană încât se numește chiar hidrosferă subterană, care participă la ciclul apei. Potrivit unor estimări, volumul apei subterane poate varia între 60 și 100 de milioane de kilometri cubi. Și unii hidrogeologi cred că există aproximativ aceeași cantitate de apă în scoarța terestră ca și în Oceanul Mondial... apa din scoarța terestră este situată la adâncimi cuprinse între câțiva metri și cinci kilometri și chiar mai adânc.
Dar apele subterane au provenit din precipitațiile atmosferice. Omul de știință persan Karali a scris despre acest lucru încă din secolul al XI-lea. Mai târziu, originea apelor subterane din precipitațiile atmosferice a fost dovedită de naturalistul francez din secolul al XVII-lea P. Perrault. Ce fel de precipitații ar putea fi când nu era atmosferă?
Să lăsăm fără comentarii ipoteza lui V.S. Safronov și susținătorii săi despre originea apei pe Pământ, similar cu un complot fantastic. Nu vom comenta evaluările hidrogeologilor despre posibila cantitate de apă subterană de pe planeta noastră.
Un lucru este cert: istoria originii Pământului și a hidrosferei sale rămâne un mister al naturii, iar acest mister este mare.
Cum și când a apărut apa pe Pământ? Oamenii de știință încă discută acest subiect, dar nimeni nu a dat încă un răspuns corect și dovedit logic. Până în prezent, există mai multe ipoteze despre modul în care lichidul s-ar fi putut forma pe planetă. Printre ele există atât ipoteze complet absurde, cât și destul de logice, dar până acum niciuna nu este complet de încredere.
Cum a apărut apa pe Pământ? Pe scurt despre principalele ipoteze
Apa joacă un rol important în menținerea vieții pe planetă, deoarece este principalul mediu intern al oricărui organism. În medie, o persoană poate supraviețui fără apă timp de cel mult trei zile, iar pierderea a 15-20% din lichid duce adesea la moarte.
Cum a apărut apa pe Pământ? Ipotezele pentru formarea acestei substanțe sunt puține și niciuna dintre ele nu a primit încă dovezi de încredere. Cu toate acestea, doar ei pot explica cumva formarea hidrosferei planetei noastre.
Ipoteza originii cosmice a apei
Un grup de cercetători a emis ipoteza că apa a apărut împreună cu numeroși meteoriți în cădere. Acest lucru s-a întâmplat cu aproximativ 4,4 miliarde de ani în urmă, când planeta era încă la început, iar suprafața ei era pământ uscat, devastat, peste care încă nu se formase o atmosferă.
Întrebați cum a apărut apa pe Pământ, adepții acestei ipoteze răspund că primele molecule ale acestui lichid au fost aduse cu ele de meteoriți. La început, aceste molecule au existat sub formă de gaz și s-au acumulat, iar mai târziu, când planeta a început să se răcească, apa s-a transformat în stare lichidă și a format hidrosfera Pământului.
Este posibil ca formarea chimică a apei să fi avut loc din protoni primari de hidrogen și anioni de oxigen, dar probabilitatea ca o astfel de reacție să aibă loc în grosimea corpurilor cerești care au căzut ulterior pe Pământ este catastrofal de mică.
O altă ipoteză despre cum a apărut apa pe Pământ
A fost propus de un grup de cercetători condus de celebrul om de știință V.S. Safronov. Esența presupunerii sale constă în originea terestră a apei care s-a format în intestinele planetei.
Sub influența numeroaselor căderi de meteoriți, planeta noastră fierbinte de atunci a început să formeze un număr mare de vulcani, din care a erupt magma. Odată cu ea, „vaporii de apă” au fost eliberați la suprafață, ceea ce a devenit cauza formării hidrosferei Pământului.
În ciuda faptului că teoria se bazează pe originea terestră a apei, ea nu poate răspunde la multe întrebări. De exemplu, cum s-au topit rocile din litosferă atât de mult încât au provocat formarea multor vulcani? Și cum s-au format vaporii de apă? La început, oamenii de știință au presupus că în acel moment exista apă subterană, care a scăpat în stare gazoasă prin gurile vulcanice împreună cu magma.
Această teorie a formării aburului a fost infirmată de P. Perrault, un naturalist al secolului al XVII-lea. El a demonstrat că apele subterane s-au format din cauza precipitațiilor, iar acest lucru necesită prezența unei atmosfere. Acum 4,4 miliarde de ani nu exista atmosferă.
Și ultima teorie
Deci, cum a apărut apa pe Pământ? O altă ipoteză a putut aborda problema formării hidrosferei planetei dintr-un unghi diferit. Ca și presupunerea anterioară a lui V.S. Safronov și coautorii săi, această ipoteză se bazează pe originea terestră a apei.
Diferența este că, potrivit cercetătorilor, moleculele de apă s-au format împreună cu discul protoplanetar al Pământului, adică. în momentul formării planetei în sine. Sursa de molecule de apă a fost deuteriul și oxigenul.
Deuteriul este hidrogen obișnuit cu un neutron în nucleu. Acest izotop greu a fost găsit în mostre de bazalt antice descoperite în Arctica pe Insula Baffin (1985). Aceste roci sunt formate din particule de praf protoplanetar care nu au fost expuse în timpul formării planetei. Potrivit cercetătorilor, natura chimică a deuteriului nu ar permite izotopului să se formeze în afara planetei.
Așa a apărut apa pe Pământ, potrivit acestor oameni de știință. Dacă datele lor sunt corecte, aproximativ 20% din oceanul lumii moderne s-a format în timpul formării discului protoplanetar. Astăzi, cercetătorii caută o modalitate de a demonstra că majoritatea oceanelor lumii, precum și vaporii de apă din atmosferă și apele subterane, s-au format din apă „protoplanetară”.
Pământul este adesea numit „Planeta albastră” nu numai datorită compoziției atmosferei, care conferă planetei o nuanță albăstruie delicată, ci și datorită oceanelor care acoperă mai mult de 70% din suprafața pământului. Viața a apărut în oceane și, prin urmare, oamenii de știință sunt interesați de întrebarea când și cum a apărut apa pe Pământ.
Anterior, se credea că oceanele s-au format pe planeta noastră când aceasta era deja destul de „adultă”, dar studii recente efectuate la Instituția Oceanografică Woods Hall (SUA) demonstrează că a existat întotdeauna apă pe Pământ.
Conform teoriei existente anterior, planetele sunt formate uscate, deoarece formarea lor este asociată cu procese de înaltă energie și impact. Dacă există molecule de apă pe planete „tinere”, acestea se evaporă până când planeta finalizează etapa de formare. Apa ajunge la corpurile planetare după ce formarea lor este finalizată, după căderea cometelor și a asteroizilor „umezi” formați din apă și gaze înghețate. Conform acestei teorii, toată apa care există astăzi pe Pământ a venit pe planetă la milioane de ani de la naștere.
În cercetările lor, oamenii de știință de la Institutul Woods Hall au apelat la condritele carbonice, care sunt, de asemenea, o potențială sursă de apă planetară. Cei mai simpli meteoriți ai acestei substanțe s-au format în fluxul de praf, gheață și gaze care au dat naștere Soarelui, cu mult înainte de apariția altor teme în sistemul nostru stelar.
Potrivit angajatului de la Woods Hall, Sune Nielsen, meteoriții carbono-condriți sunt cele mai comune obiecte din sistemul solar. Acestea conțin un număr destul de mare de molecule de apă și au fost considerate anterior principala sursă de apă de pe planeta noastră.
Pentru a afla când și cum a apărut apa pe Pământ, oamenii de știință au măsurat raportul dintre izotopii stabili ai hidrogenului, normal cu un neutron și deuteriu cu doi. În diferite zone ale sistemului nostru stelar, acest raport diferă. Cercetătorii au concluzionat în continuare că compararea proporției de condrite carbonice dintr-un obiect care s-a format în același timp cu planeta noastră ar putea ajuta la răspunsul la întrebarea când și cum a apărut apa pe Pământ.
Asteroizii 4-Vesta s-au format în aceeași zonă cu Pământul și în același timp cu acesta. Sunt acoperite de un strat bazaltic de lavă întărită. Aceste corpuri cerești sunt cele mai vechi rezervoare de hidrogen din sistemul nostru, așa cum au apărut la 14 milioane de ani după nașterea Sistemului Solar. În acest moment, planeta noastră se afla în stadiul formării sale. Datorită tuturor acestor caracteristici, 4-Vesta a devenit obiecte ideale pentru a determina cum a apărut apa pe Pământ și când.
După ce au analizat probele colectate de NASA, oamenii de știință au ajuns la concluzia: au același raport de izotopi de hidrogen și azot ca în condritele carbonice și în compoziția Pământului. Acest lucru le face cea mai probabilă sursă de molecule de apă din sistemul solar. În consecință, resursele de apă au apărut pe Pământ concomitent cu rocile solide. Planeta noastră s-a născut în apă.
În timpul cercetării, oamenii de știință nu au luat în considerare apa care a intrat mai târziu pe planetă, deoarece acest lucru nu a fost necesar. Pe Pământ, în „anii copilăriei”, existau deja suficiente resurse de apă pentru nașterea oceanelor. În combinație cu alte condiții din zorii formării planetei noastre, acest lucru a dus la nașterea vieții pe Pământ. Este posibil ca pe alte corpuri planetare să fi existat suficientă umiditate pentru apariția ființelor vii, dar schimbările climatice le-au făcut ulterior nelocuibile.
MOSCOVA, 12 ianuarie - RIA Novosti. Cele mai vechi roci ale Pământului dintr-o insulă canadiană din Arctica le-au spus oamenilor de știință că apa planetei noastre a existat inițial la suprafața sa și nu a fost adusă de comete sau asteroizi, potrivit unui articol publicat în revista Science.
„Am descoperit că moleculele de apă din probele acestor roci conțineau puțini atomi de deuteriu, hidrogen greu, ceea ce sugerează că a venit pe Pământ nu după ce s-a format și s-a răcit, ci împreună cu praful din care s-a format planeta noastră. Cea mai mare parte a apei din acest praf s-a evaporat, dar rămășițele sale au fost suficiente pentru a forma oceanele Pământului”, a declarat Lydia Hallis de la Universitatea din Glasgow (Scoția).
Astăzi, oamenii de știință planetari cred că apele Pământului sunt de origine „cosmică”. Sursa lor, potrivit jumătate dintre ele, sunt cometele, în timp ce alți astronomi cred că rezervele de apă ale planetei noastre au fost „aduse” acesteia de asteroizi.
Hallis și colegii ei au arătat că oceanele planetei noastre ar putea fi de fapt umplute cu propria lor apă, studiind mostre din cei mai vechi bazalt de pe Pământ găsite în Țara Baffin, Canada, în 1985.
Aceste fragmente ale mantalei Pământului, după cum explică geologul, conțin așa-numitele incluziuni – bile mici de cristale de roci refractare care s-au format în zorii sistemului solar, cu aproximativ 4,5-4,4 miliarde de ani în urmă. Datorită faptului că nu au părăsit niciodată intestinele Pământului și nu s-au amestecat cu rocile scoarței terestre, ele conțin materia primară a planetei noastre.
Grupul lui Hallis a decis să profite de acest fapt pentru a studia compoziția izotopică a apei conținute în aceste incluziuni și a o compara cu valorile în fracțiuni de izotopi de hidrogen care sunt caracteristice apelor Pământului în prezent și pentru asteroizi și comete.
Oamenii de știință: Jupiter ar putea distruge „super-Pământurile” din tânărul sistem solarSistemul nostru solar ar fi putut conține una sau mai multe planete mari asemănătoare Pământului în primele etape ale formării sale, care au fost absorbite ulterior de Soare ca urmare a migrațiilor lui Jupiter.După cum sa dovedit, rocile primare ale Pământului conțineau neobișnuit de puțin deuteriu, hidrogen greu, considerabil mai puțin decât este conținut în apele oceanelor moderne și în materia corpurilor cerești mici. Acest lucru sugerează că sursa de apă a fost materia primară a discului de gaz-praf din care s-au născut Pământul și toți ceilalți locuitori ai Sistemului Solar.
De ce este așa? Inițial, așa cum explică Hallis, materia primordială a sistemului solar conținea foarte puțin deuteriu. Deuteriul este mai greu decât hidrogenul „obișnuit” și, prin urmare, atomii săi se evaporă în spațiu de pe suprafața Pământului sau a altor corpuri cerești mult mai lent decât protonii simpli. Prin urmare, cu cât apa petrece mai mult timp în spațiu deschis, cu atât va conține mai puțin deuteriu. Aceasta explică de ce cantitatea mică de deuteriu din apă din probele acestor roci indică originea „terestră” a apei în oceanele planetei noastre.
Astăzi, foarte puțini oameni de știință cred că apa și majoritatea gazelor din atmosfera Pământului ar fi putut apărea pe planeta noastră „în mod independent”. Acest lucru se explică prin faptul că Pământul este situat în așa-numita parte fierbinte a discului protoplanetar, unde gheața de apă și alte substanțe volatile înghețate au fost distruse treptat sub influența razelor ultraviolete și a altor raze ale Soarelui nou-născut.
Pe de altă parte, în ultimii ani, oamenii de știință planetari au găsit o mulțime de dovezi și dovezi teoretice în favoarea faptului că Pământul și alte planete asemănătoare Pământului din sistemul solar s-ar fi putut forma într-o parte mai îndepărtată și mai rece a discul protoplanetar și apoi au fost „conduși” de la locul lor pe orbitele moderne Jupiter și Saturn. Descoperirea lui Hallis și a colegilor ei poate fi un alt argument în favoarea acestei teorii a „migrației”.
