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.
У thor_2006 в В струю... говорится, что самым древним следам жизни — 3,7 миллиардов лет . Более того, если судить по характеру находок, это не самые древние представители жизни на Земле: «Строматолиты важны не только как свидетельства древней жизни, заметные невооружённым глазом, но и как сложные экосистемы, — объясняет ведущий автор исследования Аллен Натман (Allen Nutman). — Это свидетельствует о том, что уже 3,7 миллиарда лет назад микробные сообщества были разнообразными. Такое разнообразие означает, что жизнь возникла в первые несколько сотен миллионов лет существования Земли и это согласуется с расчётами биологов, которые показывают, что генетический код жизни — очень древний».
А это те самые следы:
А какая же температура была на поверхности Земли в первые несколько сотен миллионов лет существования Земли, когда на ней возникла жизнь? Учёные говорят, что чуть ниже температуры на поверхности Солнца. Цитирую : " Итак, 4,5 миллиарда лет назад Земля сформировалась в результате столкновения миллионов небесных тел молодой Солнечной системы. Температура была столь высока, что поверхность Земли напоминала расплавленный океан ". Как же в таком аду могла появиться биологическая жизнь, основанная на воде? - Никак не могла появиться.
А как появилась вода на Земле - носительница жизни? Снова цитирую: "4 миллиарда 400 миллионов лет назад возраст Земли составлял примерно 100 миллионов лет. Метеориты продолжали падать на Землю, но из-за постепенного охлаждения ядра большая часть поверхности Земли превратилась в кору, состоящую из темной вулканической породы. Уже на этом этапе на поверхности Земли стала появляться вода .
Породы, сформированные в тот период, не сохранились. Однако остались крошечные кристаллы циркона , которые помогли установить точный возраст земного шара. Кроме того, эти кристаллы содержат следы молекул воды , их можно обнаружить во всех древнейших кристаллах циркона.
Однако происхождение большей части воды на планете остаётся загадкой . По мере того, как Земля охлаждалась, ее поверхность выделяла тонны углекислого газа . В результате высвободилось определенное количество водяного пара. Однако некоторые ученые полагают, что для всей планеты этого количества было недостаточно, так как горные породы, составляющие земной шар, были слишком сухими и горячими. Есть учёные, которые считают, что большая часть воды попала на Землю извне ."
В метеоритных камнях воды совершенно недостаточно, чтобы на Земле появились океаны. Снова цитирую: "Конденсация воды в атмосфере привела к самому мощному потопу в истории земного шара. Молнии пронзили небо, на поверхность Земли пролился дождь, который шел на протяжении миллионов и миллионов лет , не переставая. В результате Земля превратилась в царство воды . Свыше 90% её поверхности было покрыто океаном ."
Это уже ближе к истине. Но опять же совсем непонятно: ныне водяные пары в атмосфере образуютя в результате испарения воды в основном с поверхности океанов. А откуда же бралась вода в атмосфере, когда не было на Земле никаких океанов? Ведь сами океаны появились в результате не прекращающегося проливного дождя, который шёл на протяжении миллионов лет. Сорокадневный библейский ливень, результатом которого явился всемирный потоп, просто пустяк по сравнению с тем, первоначальным дождём? Так откуда же вода?
С водой - чудеса. Все попытки объяснения её естественного происхождения похожи на рассказ барона Мюнхаузена о том, как он сам себя вытащил из болота, схватившись руками за волосы на голове и потянув их вверх.
Великая тайна воды связана с тайной жизни на земле. Пока эта тайна не разгадана, версия о сверхъестественном происхождении жизни даже менее "безумна", чем все современные научные версии. Представьте только, какой это бред: над огнедышащим расплавленным океаном откуда ни возьмись появляются облака и из них миллионы лет без остановки льют дожди, в результате чего океан огня превращается в океан воды. Интересно, почему на Венере из облаков льётся серная кислота, а на Земле вдруг полилась живительная влага?
Землю часто называют «Голубой планетой» и не только из-за состава атмосферы, который придает планете нежный голубоватый оттенок, но и благодаря океанам, покрывающим более 70% земной поверхности. Именно в океанах появилась жизнь и поэтому ученых занимает вопрос, когда и как появилась вода на Земле.
Ранее считалось, что океаны сформировались на нашей планете, когда та уже была достаточно «взрослой», но последние исследования, проведенные в Океанографическом институте Вудс-Холл (США) доказывают, вода на Земле были всегда.
Согласно существовавшей ранее теории планеты формируются сухими, так как их образование связано с высокоэнергичными и ударными процессами. Если на «юных» планетах и есть водные молекулы, то они испаряются, пока планета не завершит стадию образования. Вода на планетарные тела попадает уже после окончания их формирования, после падения комет и «мокрых» астероидов, состоящих их замороженной воды и газов. По этой теории, вся вода, существующая на Земле сегодня, попала на планету спустя миллионы лет после ее рождения.
В своих исследованиях ученые из института Вудс-Холл, обратились к углистым хондритам, которые также являются потенциальным источником планетарной воды. Самые простые метеориты из этого вещества были образованы в потоке пыли, льда и газов, породивших Солнце, задолго до появления других тем нашей звездной системы.
По словам сотрудника Вудс-Холл Суне Нильсена, именно углисто-хондритовые метеориты являются самыми распространенными объектами в Солнечной системе. В них содержится достаточно большое количество водных молекул и ранее они считались главным источником появления воды на нашей планете.
Чтобы выяснить, когда и как появилась вода на Земле, ученые измерили соотношение стабильных изотопов водорода, обычного с одним нейтроном и дейтерия с двумя. В различных областях нашей звездной системы они это соотношение различается. Далее исследователи пришли к выводу, что сравнение соотношения углистых хондритов в объекте, сформировавшемся одновременно с нашей планетой, может помочь ответить на вопрос когда и как появилась вода на Земле.
Астероиды 4-Веста был сформированы в том же районе, что и Земля и одновременно с ней. Их покрывает базальтовый слой застывшей лавы. Эти небесные тела являются древнейшими резервуарами водорода в нашей системе, так как появились спустя 14 миллионов лет после рождения Солнечной системы. В это время наша планета была на стадии своего формирования. Благодаря, всем этим характеристикам 4-Веста, стали идеальными объектами определения того, как появилась вода на Земле и когда.
Проанализировав собранные НАСА образцы, ученые пришли к выводу:в них такое же соотношение изотопов водорода и азота, что и в углистых хондритах, и в составе Земли. Это делает их самым вероятным источником водных молекул в Солнечной системе. Следовательно, водные ресурсы появились на Земле одновременно с твердыми породами. Наша планета была рождена в воде.
В ходе исследований ученые не учитывали воду, попавшую на планету позднее, так как это не являлось необходимым. На Земле в ее «детские годы» уже было достаточно водных ресурсов для рождения океанов. В сочетании с остальными условиями на заре формирования нашей планеты это привело к рождению жизни на Земле. Возможно, что и на других планетных телах существовало достаточно влаги для появления живых существ, однако изменение климата позднее сделало их непригодными для жизни.
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
Как и когда появилась вода на Земле? Ученые до сих пор дискутируют на эту тему, однако точного и логично доказанного ответа пока никто не дал. На сегодняшний день существует несколько предположений, каким образом жидкость могла образоваться на планете. Среди них есть как полностью абсурдные, так и достаточно логичные гипотезы, однако пока что ни одна из них не является полностью достоверной.
Как появилась вода на Земле? Кратко об основных гипотезах
Вода играет большую роль в поддержании жизни на планете, т. к. она является основной внутренней средой любого организма. Без воды человек может в среднем продержаться не более трех дней, а потеря 15-20% жидкости зачастую приводит к смерти.
Как появилась вода на Земле? Гипотезы образования этого вещества немногочисленны, а также ни одна из них еще не получила правдивых доказательств. Тем не менее только они могут хоть как-то объяснить формирование гидросферы нашей планеты.
Гипотеза космического происхождения воды
Группа исследователей выдвинула предположение, что вода появилась вместе с многочисленными падающими метеоритами. Это происходило около 4,4 миллиарда лет назад, когда планета еще зарождалась, а ее поверхность представляла собой сухую опустошенную землю, над которой еще не сформировалась атмосфера.
На вопрос, как появилась вода на Земле, приверженцы данной гипотезы отвечают, что первые молекулы этой жидкости приносили с собой метеориты. Сначала эти молекулы существовали в форме газа и накапливались, а позже, когда планета начала остывать, вода перешла в жидкое состояние и образовала гидросферу Земли.
Возможно, химическое образование воды произошло из первичных протонов водорода и анионов кислорода, однако вероятность протекания такой реакции в толще небесных тел, которые в последующем падали на Землю, катастрофически мала.
Еще одна гипотеза, как появилась вода на Земле
Ее предложила группа исследователей во главе с известным ученым В.С. Сафроновым. Суть его предположения заключается в земном происхождении воды, которая образовалась в недрах планеты.
Под действием многочисленных падений метеоритов наша на тот момент раскаленная планета стала формировать большое количество вулканов, из которых вырывалась магма. Вместе с ней на поверхность выделялся «водяной пар», который и стал причиной образование гидросферы Земли.
Несмотря на то что теория положила в основу земное происхождение воды, она не может ответить на многие вопросы. Например, каким образом породы в литосфере настолько сильно расплавились, чтобы повлечь образование множества вулканов? И каким образом водяной пар образовался? Сначала ученые предположили, что на тот момент существовала грунтовая вода, которая через жерла вулканов вместе с магмой вырвалась наружу в газообразном состоянии.
Эту теорию образования пара опроверг П.Перро, естествоиспытатель 17-ого века. Он доказал, что грунтовые воды образовались из-за выпадения осадков, а для этого необходимо наличие атмосферы. 4,4 миллиарда лет назад атмосферы не существовало.
И последняя теория
Так как появилась вода на Земле? Еще одна гипотеза смогла подойти с другой стороны к вопросу о формировании гидросферы планеты. Как и прошлое предположение В.С. Сафронового и его соавторов, данная гипотеза отталкивается от земного происхождения воды.
Отличием является то, что по мнению исследователей, молекулы воды образовались вместе с протопланетным диском Земли, т.е. в момент формирования самой планеты. Источником молекул воды послужили дейтерий и кислород.
Дейтерий представляет собой обычный водород с одним нейтроном в ядре. Этот тяжелый изотоп был найден в образцах древних базальтов, обнаруженных в Арктике на острове Баффинова Земля (1985 год). Эти породы образованы из частиц протопланетной пыли, не подвергшихся воздействию в ходе формирования планеты. Как утверждают исследователи, химическая природа дейтерия не позволила бы изотопу образоваться вне планеты.
Вот как появилась вода на Земле по мнению этих ученых. Если их данные верны, при формировании протопланетного диска образовалось около 20% современного мирового океана. Сегодня исследователи ищут способ доказать, что из "протопланетной" воды образовалась большая часть мирового океана, а также атмосферные водяные пары и грунтовые воды.
