Вода покрывает около 71% поверхности нашей чудесной планеты, но вопрос о ее происхождении до сих пор остается предметом научных дискуссий. В этой статье мы обсудим основные теории и новейшие исследования, проливающие свет на загадку происхождения земной воды.
Эндогенная теория: вода изнутри Земли
Данная теория предполагает, что значительная часть воды на поверхности Земли имеет внутреннее происхождение. По сути, наша планета может быть огромным природным резервуаром воды.
Как это работает:
- Водосодержащие минералы: в мантии Земли есть минералы, способные удерживать компоненты воды в своей кристаллической структуре. Самые важные из них - пироксены, но также эти компоненты могут содержать оливин и гранат.
- Форма хранения: в этих минералах содержатся не молекулы воды, а гидроксильные группы (OH) — компоненты воды, встроенные в кристаллическую структуру минералов на атомном уровне. Эти гидроксильные группы могут участвовать в образовании воды при определенных условиях.
- Глубинные резервуары: особенно много потенциальной воды может содержаться в так называемой переходной зоне мантии (на глубине 410-660 километров). Исследования показывают, что там может быть достаточно компонентов для образования объема воды, сопоставимого с объемом Мирового океана!
Процесс формирования воды:
Для образования молекулы воды (H2O) нужен дополнительный атом водорода.
- В качестве источника могут выступать: первичный водород, захваченный при формировании Земли, водород от радиолиза воды в горных породах, или водород из глубинных слоев Земли.
- При высоких температурах и давлениях в мантии происходят сложные химические процессы, где свободный водород может соединяться с гидроксильными группами, образуя воду.
- Гидроксильные группы также могут взаимодействовать друг с другом: 2OH → H2O + O
- Вулканическая активность: извержения вулканов играют ключевую роль в этом процессе. Они не только выносят воду на поверхность (в виде пара, например), но и создают условия для ее образования из гидроксильных групп и свободного водорода.
Почему это важно:
- Эта теория объясняет, почему на Земле так много воды, несмотря на то, что ранняя планета была очень горячей.
- Кроме того, теория предполагает, что потенциальные запасы воды на Земле могут быть намного больше, чем мы думаем.
Интересный факт: некоторые ученые считают, что процесс выхода воды из недр Земли продолжается и сейчас, хотя и очень медленно. Это могло бы объяснить, почему уровень Мирового океана постепенно повышается (помимо таяния ледников в ходе глобального потепления). В свою очередь это помогло бы создать более точные климатические модели.
Важные исследования:
В 2014 году ученые обнаружили редкий минерал рингвудит в алмазе, выброшенном на поверхность во время извержения вулкана. Анализ минерала показал, что он содержит значительное количество воды — 1,5% от его массы. Это открытие подтверждает теорию о значительном содержании водородсодержащих компонентов в мантии Земли, которые при определенных условиях могут участвовать в образовании воды.
Исследование, опубликованное в 2022 году, показало, что переходная зона мантии может содержать огромное количество водородсодержащих минералов. Если бы все гидроксильные группы в этих минералах превратились в воду, ее объем был бы сравним с объемом Мирового океана.
Теория внеземного происхождения
Эта теория предполагает, что вода была "доставлена" на Землю кометами и астероидами уже после формирования планеты.
Ключевые моменты:
- Кометы и некоторые типы астероидов содержат значительное количество воды в форме льда.
- Изотопный состав воды в некоторых метеоритах схож с земной водой.
Последние исследования:
В ходе миссии "Розетта" Европейского космического агентства (ESA) был изучен состав кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. Ученые обнаружили, что соотношение дейтерия к водороду в воде кометы значительно отличается от земного показателя, что ставит под сомнение идею о кометах как основном источнике земной воды.
А вот исследование астероидов типа C (богатых углеродом) показывает, что они являются более вероятным источником воды на нашей планете, чем кометы. Эта информация была подтверждена благодаря миссии "Хаябуса-2" японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), в рамках которой на Землю были доставлены образцы астероида Рюгу.
Теория первичного происхождения
Согласно этой теории, вода присутствовала на Земле с самого начала ее формирования.
Ключевые моменты:
- Водород мог быть захвачен из протопланетного диска во время формирования Земли.
- При высоких температурах и давлении водород мог соединиться с кислородом, образовав обилие воды.
Исследование 2024 года предполагает, что планетезимали (строительные блоки планет) могли удерживать воду даже при высоких температурах ранней Солнечной системы.
Комбинированный подход
Сегодня ученые сходятся во мнении, что вода на Земле имеет сложное, комбинированное происхождение:
- Часть воды могла быть "встроена" в Землю при ее формировании.
- Процессы в мантии Земли способствовали выходу воды на поверхность.
- Дополнительная вода могла быть доставлена астероидами и кометами.
Заключение
Вопрос о происхождении воды на Земле остается открытым. Современные исследования указывают на сложную комбинацию различных источников. Продолжающиеся миссии по изучению астероидов и комет, а также новые методы анализа земных пород, несомненно, принесут еще много интересных открытий в этой области в ближайшие годы.
