Содержание
Каково происхождение воды на Земле?
4138
Добавить в закладки
Ученые приходят к выводу, что вода, которой мы сейчас
наслаждаемся на Земле, существует с момента ее образования, —
пишет eurekalert.org.
Вопрос происхождения воды на Земле является крайне важным.
Исследовать его сложно, поскольку Земля потеряла все
свидетельства своего образования, потому что она является
активной планетой.
Команда разработчиков числовых моделей и геохимиков во главе с
Седриком Гиллманом из Университета Брюсселя решила заглянуть
далеко за пределы Земли — вплоть до Венеры — чтобы исследовать
происхождение земных вод.
Вывод о том, что современная вода на Земле существует с самого ее
образования, необычен и с трудом согласуется, во-первых, с
исследованием других каменистых планет, лишенных поверхностных
вод, и, во-вторых, с идеей гигантского удара между протоземлей и
планетарным зародышем размером с Марс, в результате которого
образовалась Луна.
Такое катастрофическое событие должно было
испарить любую существующую воду, сделав Землю сухой. После этого
событий у нас есть два варианта объяснения присутствия воды на
Земле: либо вода вернулась позже, после катастрофы, в виде
ледяных или богатых водой астероидов; либо гигантский удар был
недостаточно велик, чтобы испарить всю воду на Земле.
В то время как Землю и Венеру можно рассматривать как
сестер-близнецов, их соответствующие геологические и
климатические изменения в прошлом резко различались, что привело
к тому, что современная атмосфера Венеры под давлением 92 бар
нагревается до 470°C, в отличие от мягкой температуры и давления
в 1 бар на поверхности Земли.
Тем не менее, вулканическая активность и выделение газов на
Венере менее выражены, чем на Земле, потому что на ней не
происходит движения плит. Режим конвекции на Венере подразумевает
очень малую рециркуляцию летучих веществ в мантию.
Таким образом, эволюцию атмосферы Венеры гораздо легче понять и
смоделировать геологические изменения.
Кроме того, из-за своей
близости Земля и Венера должны были получить материал одного и
того же типа в течение своей истории. Все эти аспекты в
совокупности делают Венеру идеальным местом для изучения эволюции
планет земной группы.
Используя численное моделирование воздействий различных типов
астероидов, содержащих различное количество воды, команда
обнаружила, что богатые водой астероиды, сталкивающиеся с Венерой
и выпускающие содержащуюся в них воду в виде пара, не могут
объяснить состав атмосферы Венеры, каким мы его знаем сегодня.
Это означает, что астероидный материал, который попал на Венеру
и, следовательно, на Землю, после гигантского удара должен был
быть сухим, что препятствовало пополнению Земли водой с помощью
астероидов.
Следовательно, вода не исчезла после гигантского удара, а это
означает, что, вероятнее всего, она находилась очень глубоко в
Земле.
Эта идея имеет очень глубокие последствия с точки зрения
обитаемости древней Земли, Венеры и Марса, поскольку она
предполагает, что планеты, вероятно, сформировались с почти
полным запасом воды и теряли его со временем.
Поскольку Марс
намного меньше, он, вероятно, потерял всю свою воду, пока жизнь
развивалась на Земле. Для Венеры эти результаты проливают
дополнительный свет на работы, изучающие водные океаны на
поверхности планеты, и помогают ограничить максимальное
количество воды, которое можно ожидать на Венере. Эта информация
может помочь будущим космическим миссиям на Венеру.
[Фото: ru.123rf.com/profile_mihtiander]
Венера
Луна
Марс
вода на Марсе
вода на венере
вода на земле
геология
планета земля
происхождение воды на земле
Источник:
www.eurekalert.org
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
Оптическое управление лазерной генерацией в теллуритном микрорезонаторе
18:30 / Физика
В Москве прошло заседание президиума Совета при президенте Российской Федерации по науке и образованию
18:28 / Наука и общество, Чтение, Экспертный разговор
Президент РАН Геннадий Красников включен в состав комиссии Совета Безопасности по технологическому суверенитету
17:40 / Наука и общество
Ученые предложили новый тип частицы-линзы — ее можно сделать на 3D-принтере
17:30 / Инженерия, Физика
Контрастные наночастицы для МРТ тоже стареют
16:30 / Биология, Физика
Инновационный препарат для лечения депрессии и ряда нейродегенеративных заболеваний
15:30 / Медицина
Стали известны имена лауреатов Демидовских премий 2022 г.
15:25 / Биология, Медицина, Наука и общество, Новые технологии
Десять самых значимых событий в Институте археологии РАН в 2022 году
14:30 / Археология
Стеклянные лягушки «прячут» эритроциты в печени, чтобы стать прозрачными
14:00 / Биология
Ученые Пермского Политеха сделают добычу нефти из сложнопостроенных карбонатных объектов более выгодной
13:30 / Новые технологии
Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
История новогодних праздников
01.08.2014
Смотреть все
Вода на нашу планету занесена из космоса — Russian Traveler
Продолжаем рассказывать про самые интересные открытия последнего времени.
Ученые нашли ответ на вопрос, откуда на Земле взялась вода? Ответ – в кусочках метеоритов, называемых энстатитовыми хондритами.
Вода покрывает 70% поверхности Земли и имеет решающее значение для жизни в том виде, в каком мы ее знаем, но вопрос о том, как она оказалась на нашей планете, является давним научным спором.
Одна из распространенных теорий состоит в том, что вода была занесена на изначально сухую Землю вместе пришедшими издалека кометами и астероидами. Главными подозреваемыми, согласно этой теории, являются метеориты, известные как углеродистые хондриты, которые богаты водными минералами.
Но проблема заключается в том, что их химический состав не совсем соответствует горным породам нашей планеты. Кроме того, углеродистые хондриты образовались во внешней части Солнечной системы, что снижает вероятность их попадания на раннюю Землю.
Другая группа метеоритов, называемых энстатитовыми хондритами, гораздо более близка по химическому составу к земным породам и содержит аналогичные изотопы (типы) кислорода, титана и кальция.
Это указывает на то, что они были строительными блоками Земли и других внутренних планет.
Энстатитовый хондрит Sahara 97096Фото: Laurette Piani
Однако, поскольку эти породы сформировались близко к Солнцу, считалось, что они слишком сухие, чтобы стать источником богатых водоемов Земли.
Чтобы проверить, так ли это на самом деле, космохимик Лауретта Пиани и ее коллеги из Center de Recherches Petrographiques et Geochimiques (CRPG, CNRS / Universite de Lorraine) использовали масс-спектрометрию для измерения содержания водорода в 13 энстатитовых хондритах. Сейчас эти породы довольно редки, составляя лишь около двух процентов известных метеоритов в коллекциях по всему миру, и их трудно найти в первозданном, незагрязненном состоянии.
Ученые обнаружили, что материал содержит достаточно водорода, чтобы доставить на Землю по крайней мере в три раза больше воды, чем содержится в современных океанах, а возможно и больше. Кроме того, выяснилось, что изотопный состав океанов соответствует смеси, содержащей 95% воды из энстатитовых хондритов, и это — еще одно доказательство того, что они ответственны за основную часть воды на Земле.
«Наше открытие показывает, что строительные блоки, из которых формировалась Земля, могли внести значительный вклад в образование воды на нашей планете. Водородсодержащий материал присутствовал во внутренней части Солнечной системы во время образования каменной планеты даже, несмотря на то, что температура была слишком высокой для конденсации воды», — Лауретта Пиани.
Ранее было известно, что в энстатитовых хондритах содержатся те же изотопы кислорода, титана и кальция, что и на Земле. Данное исследование показало также, что это касается изотопов водорода и азота, и если энстатитовые хондриты были строительными блоками нашей планеты, то большое количество атмосферного азота и водорода в составе воды также могло поступить из них.
Пиани добавила, что исследование не исключают более позднего добавления воды из других источников, таких как кометы, но показывает, что энстатитовые хондриты вносили значительный вклад в водный баланс Земли в то время, когда она формировалась.
Вода на Землю пришла из космоса, но не так, как мы думали
Сегодня на Земле есть обширные океаны, но наша планета была сухой скалой, когда она только сформировалась, а вода была поздним добавлением, выпавшим дождем в виде астероидов из ледяных внешних планет Солнца. система.
Это то, что говорится в учебниках, но новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Science, добавляет веса конкурирующей идее о том, что Земля действительно родилась «мокрой».
Ключевые точки:
- В космосе много воды, но считалось, что Земля была сухой, когда формировалась
- Новое исследование показывает, что метеоритные породы того типа, который построил Землю, содержат строительные блоки воды
- Это означает, что вода образовалась на Земле с первого дня, а не была добавлена позже
В космосе много воды, и она состоит из водорода, образовавшегося в результате Большого взрыва, и кислорода, выделившегося из умирающих звезд.
Планеты нашей Солнечной системы были созданы около 4,6 миллиарда лет назад из глыб камней, вращающихся вокруг Солнца.
Земля была сформирована из горных пород, пришедших из внутренней части Солнечной системы, где яростный жар Солнца испарил бы любую воду.
Значит, по учебникам вода должна была прийти позже.
Загрузка контента с YouTube
Но космохимик Лауретта Пиани из Университета Лотарингии утверждает, что ингредиенты для образования воды были связаны в горных породах, из которых образовалась Земля.
Доктор Пиани и его коллеги проанализировали 13 редких метеоритов, образовавшихся из остатков горных пород, которые вращались вокруг внутренней части Солнечной системы, когда она была очень молода — до образования планет.
Эти метеориты (называемые энстатитовыми хондритами) состоят из породы, которая, как считается, сформировала Землю.
«Эти энстатитовые хондриты могут обеспечить по крайней мере в три раза больше воды в океанах Земли», — сказал доктор Пиани.
Она и ее коллеги на самом деле не анализировали воду в горных породах, а вместо этого измерили один из ее строительных блоков — водород, связанный с минералами — в качестве косвенного показателя.
Камни, подобные этому метеориту (около 10 см в длину), были источниками воды, говорят исследователи. (Прислано: Л. Пиани, Музей естественной истории в Париже)
«Если у вас есть водород, он легко соединится с кислородом, чтобы создать воду на Земле», — сказал доктор Пиани.
Исследователи обнаружили, что водородная сигнатура метеоритов совпадает с водородной сигнатурой горных пород, обнаруженных в слое Земли, называемом мантией.
Как и метеориты, породы в мантии также содержат много кислорода, связанного с минералами, которые могут высвобождаться при определенных обстоятельствах и соединяться с водородом, образуя настоящую воду — h30.
Это происходит в магме, расплавленной породе, содержащей растворенную воду, которая поднимается из мантии на поверхность в вулканах.
Когда давление падает, вода испаряется и выбрасывается в атмосферу в виде пара, а затем конденсируется, падая обратно на Землю, чтобы заполнить наши реки и океаны.
Большая часть того, что выходит из вулканов, представляет собой водяной пар. (Getty Images: InterNetwork Media)
На самом деле, согласно теории, поддержанной доктором Пиани и его коллегами, это именно тот процесс, который должен был произвести земные океаны из предшественников воды, скрытых в строительных блоках планеты.
«Похоже, что то, что люди считали действительно сухой породой, содержит достаточно воды — если вы накопите ее много — чтобы объяснить наличие воды на Земле», — отметила геохимик НАСА Энн Песлиер, написавшая сопроводительную редакционную статью в журнале Science.
Долгие споры о происхождении воды на Земле
Все большее число ученых подвергают сомнению старую хрестоматийную теорию о том, как Земля получила свои океаны.
Среди них планетолог Тревор Айрленд из Австралийского национального университета, который занимается исследованием воды в планетарных телах.
«Статья Пиани эффективно прикалывает любого, кто говорит, что внутренняя часть Солнечной системы полностью сухая», — сказал он.
Несмотря на то, что команда доктора Пиани измерила водород, а не воду, профессор Айрленд был убежден, что полученные результаты верны.
«Я рад, что это реальная вода», сказал он.
Исследователи метеоритов из Кертинского университета также приветствовали это исследование.
«Я очень взволнована результатами этой работы и тем, куда она приведет дебаты по этой теме», — сказала Элли Сэнсом, руководитель проекта сети Desert Fireball Network.
«Я бы с уверенностью сказал, что это исследование имеет огромное значение для наших знаний и понимания того, откуда взялась живительная вода на Земле.»
Планетарный геохимик Люси Форман согласилась.
«Происхождение земных океанов является важным вопросом в планетарной науке и за ее пределами, и это исследование дает значимые, важные и жизненно важные данные, необходимые для лучшего понимания этой загадки», — сказал д-р Форман.
ABC Science на Facebook
Хотите еще больше науки, здоровья, окружающей среды и технологий? Присоединяйтесь к беседе на Facebook.
Подробнее
Согласно анализу доктора Пиани, не вся вода земных океанов образовалась здесь.
«Чтобы объяснить наличие воды в океанах, нам все еще нужно немного воды из внешней части Солнечной системы», — сказала она.
«По нашим оценкам, нам нужно около 5 процентов от этого процесса.»
Профессор Айрленд сказал, что нельзя исключать приход воды позже.
«Это не 1/0», — сказал он.
На самом деле, вам действительно нужны более поздние посетители из внешней Солнечной системы для других важных компонентов жизни.
Наиболее вероятными кандидатами из этого далекого космоса являются «углистые хондриты» — такие как знаменитый метеорит Мерчисон, упавший в Австралии, — которые содержали не только воду, но и углерод и аминокислоты.
Что это может сказать нам об обнаружении жизни на других планетах?
В прошлом было разработано несколько очень сложных теорий, объясняющих, как на Землю из внешней Солнечной системы выпало достаточно воды.
Согласно одной спорной идее, называемой теорией NICE, астероиды могли попасть внутрь Солнечной системы в результате деструктивной перестройки планет.
Планеты в нашей Солнечной системе сформировались из диска из газа и пыли, подобного этому. (НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт)
Но такое «особое совпадение», которое доставляет воду планетам, вращающимся вокруг своих звезд, вряд ли произойдет повсеместно, сказал Джош Кальчино, изучавший протопланетные диски, из которых была сформирована наша Солнечная система.
Теория, выдвинутая новым исследованием, служит хорошим предзнаменованием для обнаружения свидетельств жизни на чужих планетах, которые вращаются близко к своим звездам, сказал г-н Кальчино, кандидат наук в Университете Квинсленда.
«Если такие планеты рождаются «влажными», это означает, что гораздо больше из них будут иметь потенциал для формирования жизни», — сказал он.
«Вам не нужно вызывать эти экстравагантные механизмы, если вы можете просто получить воду с самого начала.»
Наука в вашем почтовом ящике
Получите все последние научные новости со всей ABC.
Адрес электронной почты
опубликовал , обновлен
Откуда на Земле взялась вода?
Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию.
Вот как это работает.
Земля довольно водянистое место. Вот потрясающий вид на нашу голубую планету, сделанный спутником NOAA GOES-East 22 апреля 2014 года.
(Изображение предоставлено: NASA/NOAA/GOES Project)
Посмотрите на Землю по сравнению с другими скалистыми планетами по соседству, и первое, что бросается в глаза, это то, что на ней МНОГО воды. Так как же 70 процентов поверхности нашей планеты оказались покрыты этим важным компонентом жизни?
Оказывается, этот вопрос является предметом оживленных научных дискуссий.
Существуют две преобладающие теории. Одна состоит в том, что Земля удерживала некоторое количество воды, когда формировалась, поскольку лед должен был находиться в газово-пылевой туманности (называемой протосолнечной туманностью), которая в конечном итоге сформировала Солнце и планеты. около 4,5 миллиардов лет назад. Часть этой воды осталась на Земле и, согласно одной из теорий, может быть переработана через слой мантии планеты.
[Что произойдет с Землей, когда Солнце умрет?]
Вторая теория утверждает, что Земля, Венера, Марс и Меркурий должны были находиться достаточно близко к этой протосолнечной туманности, так что большая часть их воды испарилась под действием тепла; эти планеты образовались бы с небольшим количеством воды в их породах.
В случае Земли, когда произошло столкновение, в результате которого образовалась Луна, испарилось бы еще больше воды. В этом сценарии, вместо того, чтобы быть доморощенными, океаны были бы созданы богатыми льдом астероидами, называемыми углеродистыми хондритами.
Все больше и больше исследований показывают, что астероиды доставили по крайней мере часть воды с Земли. (Изображение предоставлено ESA/P. Carril)
Следуйте за водой
Ученые могут отследить происхождение воды на Земле, изучая соотношение двух изотопов водорода или версий водорода с разным числом нейтронов, встречающихся в природе . Один из них — обычный водород, в ядре которого есть только протон, а другой — дейтерий, также известный как «тяжелый» водород, в котором есть протон и нейтрон.
Соотношение дейтерия и водорода в земных океанах, по-видимому, точно соответствует соотношению астероидов, которые часто богаты водой и другими элементами, такими как углерод и азот, а не кометами. (В то время как астероиды представляют собой небольшие каменистые тела, вращающиеся вокруг Солнца, кометы представляют собой ледяные тела, иногда называемые грязными снежками, которые выделяют газ и пыль и считаются остатками формирования Солнечной системы.
)
Метеорит EET 83309 содержит крошечные фрагменты опала, материал, для образования которого требуется вода. На этом изображении в обратно рассеянных электронах узкая опаловая кайма окружает яркое металлическое минеральное включение. (Изображение предоставлено Х. Даунсом)
Ученые также обнаружили опалы в метеоритах, возникших среди астероидов (вероятно, это осколки астероидов). Поскольку для образования опалов нужна вода, это открытие было еще одним свидетельством того, что вода поступает из космических камней. Эти два доказательства говорят в пользу происхождения астероидов. Кроме того, дейтерий имеет тенденцию собираться дальше в Солнечной системе, чем водород, поэтому вода, образующаяся во внешних регионах системы, будет богата дейтерием.
[см. фотографии метеоритов, обнаруженных по всему миру]
Кроме того, твердые внутренние планеты содержат относительно мало воды (относительно их массы) по сравнению с ледяными спутниками Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна и даже самими газовыми гигантами.
Это поддержало бы идею о том, что во внутренней системе вода испарялась, а во внешней — нет. Если бы вода испарялась на Земле, ее нужно было бы заменить откуда-то еще, а астероиды, богатые водой, изобилуют во внешних пределах системы.
Дополнительные подтверждающие доказательства получены от космического корабля НАСА DAWN, запущенного в 2007 году, который обнаружил доказательства наличия воды на Церере и Весте, двух крупнейших объектах в главном поясе астероидов, расположенных между Марсом и Юпитером.
Это изображение Цереры в искусственных цветах, полученное космическим аппаратом НАСА Dawn, подчеркивает различия в материалах поверхности карликовой планеты. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA)
Земная вода сложна
Мощный бросок для астероидов? Не так быстро. Чтобы этот сценарий сработал, соотношение изотопов в океанах должно оставаться неизменным в течение последних нескольких миллиардов лет.
А если нет?
Лидия Халлис, планетолог из Университета Глазго в Соединенном Королевстве, считает, что водород, присутствующий на ранней Земле, содержал гораздо меньше дейтерия, чем сейчас. Соотношение изменилось, потому что в ранней истории Земли солнечное излучение нагревало и водород, и дейтерий. Водород, будучи легче, с большей вероятностью улетит в открытый космос, оставив после себя больше дейтерия.
[Что, если бы Земля была в два раза больше?]
Кроме того, в последние несколько лет новые модели показывают, что Земля сохранила много воды во время своего формирования и что океаны могли существовать намного дольше. чем кто-либо думал.
Холлис и ее коллеги изучили соотношение изотопов водорода в древних канадских породах, одних из самых древних горных пород на Земле. Соотношение изотопов гораздо меньше напоминало астероиды и гораздо больше напоминало воду, которую можно было бы ожидать от ранней солнечной туманности в этом регионе — в породах было больше обычного водорода и меньше дейтерия. Но нынешнее соотношение океанов похоже на астероиды. Казалось бы, что-то изменилось за последние несколько миллиардов лет. Исследование было опубликовано в журнале Science в 2015 году.
Если бы земные океаны образовались из воды на нашей планете, а не из астероидов, это решило бы несколько проблем для планетологов. Во-первых, почему на Земле, кажется, так много воды. Во-вторых, почему жизнь, которая, насколько известно, нуждается в воде, появилась так быстро, когда на Земле появилась твердая поверхность.
Помимо работы Халлис, другие ученые изучали способы повторного использования воды из недр Земли. В 2014 году Венди Панеро, адъюнкт-профессор наук о Земле в штате Огайо, и докторант Джефф Пиготт предложили теорию о том, что Земля была сформирована из целых океанов воды внутри ее. Благодаря тектонике плит эта вода снабжала океаны. Они изучили гранат и обнаружили, что он может работать с другим минералом, называемым рингвудитом, для доставки воды в недра Земли — воды, которая позже появится по мере циркуляции материала мантии.
Усложняя картину, ни одна из этих гипотез не является взаимоисключающей. Астероиды могут доставлять воду, а часть может поступать из недр Земли.