Время прочтения: 4 мин.
Вода является важнейшим элементом для всех живых организмов. Сегодня 70% поверхности Земли покрыто водой. Если собрать ее всю, то получится шарик объемом в 1,5 тыс. трлн литров. Кажется, что это очень много, но на самом деле масса всей жидкой воды составляет всего 0,02% от общей массы нашей планеты. И ее количество постоянно уменьшается – водяные пары в верхних слоях атмосферы распадаются на атомы под воздействием солнечного света, после чего легкий водород улетает в космос. Таким способом Земля потеряла уже четверть своего запаса воды за время своего существования. Но самое удивительное, что для каменистой планеты, находящейся довольно близко к своей звезде, воды у нас все равно больше чем должно быть. Меркурий, Венера и даже Марс, находящийся дальше от Солнца, содержат очень мало воды. Так откуда она взялась и почему ее так много?
На самом деле, в Солнечной системе вода не редкость. Например, Европа, спутник Юпитера, в 4 раза меньше Земли, но воды на ней в два раза больше, чем у нас. Это связано с тем, как формировалась Солнечная система. Примерно 4,6 млрд лет назад гигантское облако из газа и пыли начало вращаться и сжиматься под воздействием гравитации. В результате сжатия его центральная часть стала нагреваться, что привело к началу ядерных реакций и образованию Солнца. Оставшаяся часть облака продолжала вращаться, образуя протопланетный диск, из которого затем сформировались планеты и другие объекты Солнечной системы. Наше раннее Солнце было очень горячим, из-за чего пылевой диск стал неравномерным. Солнечные ветры уносили легкие газы от центра системы, оставляя после себя более тяжелые элементы, такие как железо и кремний. Именно поэтому Земля – каменистая планета. Кислород тоже тяжелый, и у нас его было много. Очень много. Кислород является самым распространенным элементом на Земле. В атмосфере его всего 21%, но он так хорошо связывается с кремнием и железом, что составляет почти половину от массы всей планеты.
К сожалению, для получения воды нужен еще и водород, но он очень легкий, поэтому его сразу сдуло в сторону Юпитера. Это и объясняет большое количество воды на Европе. Так откуда мы взяли столько водорода? Ответ довольно простой – нас им закидали. Кометы и метеориты из внешней части Солнечной системы бомбардировали Землю миллиарды лет. 9 из 10 всех упавших метеоритов содержат водород и даже воду. Но эта вода не в жидкой форме, ее нельзя получить, просто выжав камни из космоса, как губку. Вода и водород запечатаны в химической структуре минералов, из которых состоят метеориты. Чтобы их достать, требуются невероятно высокие температуры. К счастью, когда Земля была очень молода, ее поверхность была разогрета до 2000℃. Все, что падало из космоса, просто плавилось в океанах магмы. Водород встречался с кислородом, и более легкий водяной пар выходил в атмосферу. Когда магма остыла, образовалась твердая крышка из породы, запечатав не успевшую выбраться наружу воду. Мы предполагаем, что на сегодняшний день наша мантия содержит в 18 раз больше воды, чем есть в океанах. Возраст самых древних горных пород, которые нам удалось обнаружить, составляет примерно 4,4 млрд лет. Вероятно, именно в это время и застыла магма. И мы нашли в этих породах следы воздействия древних океанов.
Значит мы ответили на вопрос, откуда на Земле вода? Не совсем. Вы, наверное, слышали словосочетание тяжелая вода. Она так называется, потому что водород в ее составе имеет массу чуть больше обычного. Атом водорода состоит всего из двух частиц, протона и электрона. Если к ним добавить нейтрон, то мы получим дейтерий – тяжелый старший брат водорода. Большая часть дейтерия в нашей Солнечной системе образовалась во время Большого взрыва, и его количество в воде помогает определить ее возраст. Выяснилось, что почти половина всей воды на Земле старше нашего Солнца. Но современные океаны не очень точно отражают раннюю воду. Во-первых, они значительно холоднее, а во-вторых, они менялись на протяжении 4 млрд лет. Чтобы узнать, какой вода была раньше, мы можем взглянуть на ее состав в мантии, где она была запечатана с момента образования Земли. Сравнив пару упавших метеоритов и наши древние породы, ученые обнаружили, что ранняя вода на Земле была намного легче чем та, что прилетела из космоса. Этот факт сильно портит нашу красивую теорию.
Множество исследований было направлено на изучение этого вопроса, и, кажется, у нас есть зацепка. В 2021 году ученые сообщили об интересных образцах, которые были собраны с астероида Итокава. Они обнаружили воду с высоким содержанием легкого водорода. Попытавшись воспроизвести процесс её образования, ученые сымитировали воздействие космического излучения на минералы. Солнечные ветры несут множество частиц, в том числе протоны. Когда они ударяются о пыль или камни, то иногда могут украсть электрон. А электрон плюс протон – это легкий водород. Он взаимодействует с кислородом на поверхности камня и образует воду. И действительно, в верхних слоях астероида была обнаружена легкая вода. Вода, созданная из света! Это открытие может объяснить несостыковки в предыдущей теории.
Вода, которую мы пьём сегодня, прошла нелегкий путь, чтобы добраться до вашего стакана. И она пришла не из одного источника. Часть воды образовалась задолго до появления Солнца, а часть была создана благодаря нашей звезде. Она попала на раннюю Землю в метеоритах и частицах пыли, расплавившихся в океанах магмы, потом вышла в атмосферу, пролилась дождями на поверхность и остыла достаточно, чтобы жизнь могла зародиться. В следующий раз, делая глоток свежей воды в жаркий день, подумайте, насколько удивителен мир вокруг вас.
Редактировала: Нужина Дарья
Подготовил текст: Нужин Павел