Вода на планете: Вода на планете Земля — урок. Окружающий мир, 1 класс.

Содержание

Сколько всего воды на Земле?

Рубрики

Поиск

СКОЛЬКО ВСЕГО ВОДЫ НА ЗЕМЛЕ?

Если посмотреть на фото того, как выглядит планета Земля во Вселенной, то она заметно выделяется свои мраморно-голубым цветом. И это не удивительно, ведь еще со школьной скамьи все мы знаем, что 2/3 поверхности составляют водные ресурсы. Вся водная оболочка нашей планеты называется гидросферой, она включается в себя Мировой океан, бассейны с поверхностными источниками, подземные ресурсы и ледники.

Наибольший водный объем находится в океанах (около 96,5%), второе место занимают ледники (1,86%), на третьем месте подземные ресурсы (1,68%) и, наконец, наименьшее количество содержится в поверхностных водах суши (0,02%), но при этом именно они являются основным источником водоснабжения и играют важную роль в жизни биосферы.

СКОЛЬКО И КАКОЙ ВОДЫ НА НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ В РАЗНЫХ ЕДИНИЦАХ ИЗМЕРЕНИЯ

Если рассматривать данный вопрос в процентном соотношении, следует отметить, что соленая водная среда занимает 97,5%, а пресная — 2,5%, из которых только 0,3% пригодны для использования человечеством. Но многих интересуют более конкретные, удобные для восприятия цифры, например, сколько литров воды на Земле? Наиболее приближенная к действительности цифра говорит о том, что на нашей планете всего 1,26 зетта-литров воды (1260 000 000 000 000 000 000 000 литров). При этом, если собрать все водные ресурсы планеты в одну емкость, получится шар диаметром 1380 км.

А знаете, сколько весит вся вода на планете? Общая масса гидросферы в килограммах, включая все ее составляющие, примерно равняется: 1,46 умноженному на 1 секстиллион (1 000 000 000 000 000 000 000) или 1,46×1000000000000000000 тонн. Это приблизительные данные, поскольку состояние ресурсов претерпевает изменения с каждым годом. Оценить водные запасы помогают специальные приборы для измерения физических, химических характеристик, разработаны научные способы измерения площадей и глубин водных масс, но многие данные имеют относительный характер, например, достаточно сложно вычислить общую массу подземных ресурсов, ведь Земля таит от человечества еще много неразгаданных тайн.

СКОЛЬКО ВСЕГО ВОДЫ НА ЗЕМЛЕ: ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

Узнав, сколько литров и сколько весит вся вода на Земле, можно расширить свой кругозор еще и множеством интересных фактов. Например, несмотря на то, что вода покрывает примерно 70% площади нашей планеты, водные ресурсы составляют лишь почти одну тысячную ее объема, так как объем Земли 1000 млрд километров кубических, а Н2О — 1,4 млрд километров кубических. Также известны такие интересные факты, как:

лидирующую позицию среди стран с большими запасами питьевой водицы занимает Бразилия (8233 куб.км), но при этом бедная часть населения крупнейшего города Сан-Пауло страдает от ее дефицита из-за слабой развитости систем водоснабжения;

на каждого человека на планете, в среднем, приходится около 15 тыс.кубических метров пресной живительной влаги, что равняется шести олимпийским бассейнам;

70% мировых запасов пресных ресурсов задействуется в сельскохозяйственной деятельности;

почти 1/5 мировых запасов пресной воды находится в бассейне озера Байкал, которое считается старейшим и самым глубоким на планете.

Сегодня одной из важных проблем на планете является сохранение качества пресных природных водных ресурсов. Такие факторы, как существенный прирост населения, загрязнение окружающей среды в результате промышленной, сельхоздеятельности, малоэффективные системы водоочистки, недостаточный контроль за выбросом сточных вод приводят к тому, что во многих регионах вода в скором времени может стать драгоценным природным ресурсом.

Вода на Земле появилась благодаря «несуществующему» минералу

26 января 2022
18:29

Ольга Мурая

Происхождение Мирового океана является предметом научных споров, идущих уже сотни лет.

Фото Pixabay.

Исследователи из Сколтеха и Нанькайского университета предложили убедительное объяснение тому, как огромные запасы воды на Земле сохранились, несмотря на бурные первые миллионы лет жизни планеты.

Вода является одним из важнейших химических соединений, определяющих облик нашей планеты и, конечно же, жизнь на ней. Наличие воды неразрывно связано с возможностью зарождения жизни, тектоникой плит и климатом. Именно поэтому, определяя обитаемость похожих на Землю планет, астрономы в первую очередь выясняют, присутствуют ли на ней запасы жидкой воды.

Поясним, что океаны, покрывающие 70% поверхности нашей планеты, делают климат более стабильным, что влияет на выживаемость видов.

Наличие воды в земных недрах способствует размягчению горных пород и определяет тектонику плит. Это в свою очередь обеспечивает движение литосферных плит, что определяет форму континентов, отвечает за вулканическую активность и землетрясения.

Однако несмотря на такое огромное значение воды в судьбе планеты, учёные до сих пор не могут сказать точно, откуда она взялась на Земле.

Теперь же международная группа исследователей из России и Китая предложила оригинальное объяснение этой геологической загадке.

Исследовательская группа открыла несуществующее сегодня соединение — гидросиликат магния. Он был сокрыт в недрах Земли со времён её формирования, и «приберёг» воду в эпоху катастрофических катаклизмов, сотрясавших планету в первые миллионы лет её существования, считают учёные.

И всё благодаря правильно сформулированному вопросу — исследователи знают, что в этом заключается большая доля успеха.

«Вопросом, [откуда появилась вода на Земле], люди задаются регулярно, но с такого ракурса на эту проблему никто не смотрел. Никому особо не приходило в голову, что раньше были минералы, которых сейчас нет. Ставился противоположный вопрос: какие минералы появлялись в ходе развития Земли. […] А какого рода исчезнувшие минералы могли каким-то образом предопределить судьбу планеты – такого, мне кажется, никому в голову не приходило», – поделился в эксклюзивном интервью Вести.Ru соавтор исследования Артём Оганов, профессор Сколковского института наук и технологий.

Существует гипотеза, что воду на Землю могли занести кометы, но профессор Оганов считает, что значение этого источника весьма невелико. Дело в том, что изотопный состав воды на Земле и в кометах заметно различается.

Поясним, что изотопами учёные называют атомы одного и того же элемента, отличающиеся друг от друга физическими свойствами. То есть это те же молекулы кислорода и водорода, но с разным количеством нейтронов в атомном ядре.

Но если полагать, что вода не прилетела на Землю из космоса, а взялась из земных недр, встаёт вопрос, как она не испарилась с раскалённой поверхности молодой планеты на ранних этапах её формирования. Такого вещества, которое могло бы сохранить воду в глубинах Земли и высвободить её в более позднюю эпоху, попросту не существует.

Но исследователи из Нанькайского университета под руководством профессора Сяо Дуна (Xiao Dong) в соавторстве с профессором Огановым, кажется, открыли именно такое соединение. Кристаллическая структура гидросиликата магния (Mg₂SiO₅H₂) была предсказана с помощью разработанного Огановым метода под говорящей аббревиатурой USPEX («Успех»).

«Несуществующее соединение» содержит в себе 11% воды и стабильно при крайне высоких температурах и давлении более двух миллионов атмосфер — именно такие условия наблюдаются в ядре Земли.

Однако известно, что ядро Земли состоит в основном из металлов, предположительно, железо-никелевого сплава. Это значит, что в нём нет таких элементов, из которых мог бы получиться гидросиликат магния.

«А вот и нет, ведь никакого ядра тогда не было: на начальном этапе существования Земли у неё ещё не выделилось ядро и её химический состав был однородным по всему объёму. Понадобилось порядка 30 миллионов лет, чтобы железо сконцентрировалось в центре Земли, образовав ядро нашей планеты, и вытеснило оттуда силикаты в мантию», – объясняет Оганов.

Вытесненные из центральной области планеты гидросиликаты оказались в зоне более низкого давления, где они подверглись распаду. Так образовались оксид и силикат магния, из которых сейчас состоит мантия. В ходе того же процесса образовалась и вода, которая постепенно поднималась на поверхность Земли ещё около 100 миллионов лет.

Это объясняет, каким образом запасы воды на планете «пережили» бомбёжку астероидами и даже столкновение с целой планетой.

Авторы работы пишут, что никто ранее не рассматривал силикаты при моделировании эволюции земного ядра, потому что сейчас в ядре силикатов нет.

Более того, никто не ожидал, что гидросиликаты могут оказаться стабильны в условиях ядра, ведь считалось, что столь экстремальные температуры и давления «выжимают» воду из всех минералов. Однако точное моделирование материалов с учётом квантовой механики свидетельствует, что такая аналогия не работает, сообщают учёные.

Новая гипотеза возникновения воды, в столь огромных количествах встречающейся на поверхности Земли, будет иметь последствия и для других планет земной группы. К примеру, Марс слишком мал, чтобы давления в его ядре было достаточно для формирования устойчивого гидросиликата магния. Этим можно объяснить, почему на поверхности Красной планеты так мало воды.

Это открытие также позволяет по-новому взглянуть на поиски потенциально обитаемых планет вне Солнечной системы. Чтобы экзопланета была обитаемой, нужен стабильный климат, а для этого там должны одновременно существовать и континенты, и океаны, напоминает профессор Сяо Дун.

«Считалось, что для удовлетворения этому условию массовое содержание воды на планете земного типа, вне зависимости от её размеров, не должно превышать 0,2%. Наши же результаты подталкивают к выводу, что на массивных планетах такого типа — так называемых суперземлях — всё, вероятно, обстоит иначе. Там стабилизирующие гидросиликат магния давления существуют за пределами ядра, и такие планеты могут сколь угодно долго удерживать большие количества воды в мантии. А значит, на суперземлях могут существовать континенты и океаны при куда более высоком содержании воды, чем ожидалось», – объясняет профессор Сяо Дун.

Оганов добавляет, что круг местами неожиданных выводов из новой гипотезы этим не ограничивается. Так, открытие имеет значение даже для понимания магнитосфер планет. Согласно предположениям учёных, при температурах выше 2 000 градусов Цельсия гидросиликат магния должен проводить электричество, а его высокая электропроводность означает, что он вносит вклад в магнитное поле суперземель.

Мы также поинтересовались у профессора Оганова, как образовалась коллаборация с китайскими специалистами. Профессор рассказал, что сотрудничает с китайскими коллегами уже более 10 лет, с тех пор когда Сяо Дун и Сян-Фэн Чжоу проходили обучение в его лаборатории. За годы совместной работы российско-китайская команда учёных опубликовала множество научных статей.

Важное исследование команды было опубликовано в престижном научном издании Physical Review Letters.

Ранее мы писали о том, современные горы могли образоваться из огромных «капель грязи», а также о том, что в прошлом Земля могла быть «космическим пончиком».

Сообщали мы и о том, что учёные уточнили дату столкновения Земли с древней протопланетой.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

наука
химия
Земля
вода
происхождение
геология
ядро
новости

Как вода попала на Землю?

Share на Facebook
Поделитесь в Twitter
Share на Reddit
Share на LinkedIn
Поделитесь по электронной почте
.
Около 70% поверхности нашей планеты Земля покрыто водой. Мы расположены в нашей Солнечной системе на правильном расстоянии от Солнца, чтобы существовала эта жидкая вода. Еще немного, и эта вода замерзнет в лед. Любое приближение и температура были бы слишком высокими, и мы подверглись бы риску безудержного парникового эффекта, подобного тому, что происходит на раскаленной поверхности Венеры. Наше не слишком холодное, не слишком жаркое положение в так называемой «зоне Златовласки» — это очень хорошо, потому что, конечно, вода необходима для жизни.
Но как сюда попала эта вода? Вода является определяющей характеристикой нашей планеты и играет важную роль в нашей повседневной жизни. Понимание того, как вода попала на Землю, является ключевой частью понимания того, как и когда здесь зародилась жизнь. Но мы даже не знаем, откуда оно взялось. Ученые до сих пор активно исследуют, как наша планета стала такой влажной.
Ранняя Земля
Наша нынешняя картина формирования планет начинается с протопланетного диска — это большой диск из газа и пыли, вращающийся вокруг нашего новообразованного Солнца. По мере того, как частицы пыли и льда в диске взаимодействуют друг с другом, эти частицы начинают формировать все большие и большие комки. В конце концов эти комки образуют то, что мы называем планетезимали, строительные блоки скалистых и гигантских планет.
Но в ранний период формирования нашей Солнечной системы этот диск был намного горячее в том месте, где сейчас находится наша Земля. Таким образом, несмотря на то, что, скорее всего, молекулы воды присутствовали в беспорядке обломков, из которых состоял диск, было слишком жарко, чтобы вода могла конденсироваться в жидкость, заставляя ее вместо этого испаряться. Более того, на ранней Земле еще не было атмосферы, из-за чего любые капли жидкой воды могли улететь в космос. Это оставляет нас с небольшой загадкой. Если Земля не могла сформироваться из диска с уже нетронутыми океанами, то как они сюда попали?
Кометы против астероидов
Если вода на Земле не образовалась вместе с Землей, то, как подозревают планетологи, она должна была быть доставлена позже с помощью внеземного посланника. Известно, что и астероиды, и кометы, посещающие Землю и , содержат лед. (Не уверены в разнице между астероидом и кометой? Посмотрите мой предыдущий эпизод.) Фактически, модели состава астероидов и комет предполагают, что они даже содержат достаточно льда, чтобы доставить количество воды, равное земным океанам.
Итак, проблема решена? Не совсем. Была ли это комета или астероид, принесший воду на Землю? Это было одно событие или их было много? И как давно это произошло?
Один из способов определить, принес ли нам наши океаны астероид или комета, состоит в том, чтобы посмотреть на химический состав этих космических объектов и сравнить этот состав с земным, чтобы увидеть, какие из них более похожи. Например, молекула воды всегда имеет 10 протонов (8 от молекулы кислорода и по одному от молекул водорода) и обычно имеет 8 нейтронов (только от молекулы кислорода). Но разные изотопы воды могут иметь лишние нейтроны. Тяжелая вода, например, — это то, что мы называем водой, состоящей из кислорода и дейтерия, изотопа водорода, или просто водорода с добавленным нейтроном.
В одном исследовании, опубликованном в журнале Science в 2014 году, рассматривалось относительное количество различных изотопов воды — молекул воды с разным числом нейтронов — на метеоритах, которые, как считается, упали на Землю с древнего астероида Веста. Веста — второй по величине объект в Поясе астероидов, поверхность которого сильно покрыта кратерами, что свидетельствует о жестоком прошлом, полном столкновений.
Образцы горных пород Весты имели то же самое распределение изотопов, что и на Земле. Это не означает, что Веста обязательно была источником нашей воды, но что причиной мог быть объект или объекты, похожие на Весту по возрасту и составу.
Но спор еще далек от разрешения. Какое-то время исследования комет, казалось, подтверждали идею о том, что вода на Земле образовалась из астероидов. Недавний космический аппарат «Розетта» был первым, кто вышел на орбиту кометы, а затем первым отправил посадочный модуль (называемый «Филы») на поверхность кометы. Благодаря Розетте и Филе ученые обнаружили, что соотношение тяжелой воды (воды, состоящей из дейтерия) и «обычной» воды (состоящей из обычного старого водорода) на кометах было другим, чем на Земле, предполагая, что не более 10 % Земная вода могла образоваться на комете.
Однако в 2018 году близкий проход кометы 46P/Виртанена позволил планетологам более подробно изучить ее изотопный состав с помощью SOFIA, гигантского реактивного самолета с телескопом на борту — очень круто. Они обнаружили, что в комете соотношение дейтерия и водорода такое же, как и на Земле. Чем же эта комета отличается от той, которую изучали Розетта и Филы?
Комета 46P/Виртанена принадлежит к классу так называемых «гиперактивных» комет, то есть они выделяют больше воды по мере приближения к Солнцу, чем обычные кометы. Как они это делают? Когда стандартная комета приближается к теплу Солнца, частицы льда из ее ядра сублимируются или переходят непосредственно из твердого льда в газ, который затем может сконденсироваться в жидкую воду, если он, скажем, попадет на поверхность планеты. Но гиперактивная комета теряет не только лед из своего ядра, но и богатые льдом частицы в своей атмосфере, которые ранее были нагреты и выпущены из ядра, но все еще висят вокруг. Эти ледяные частицы могут быть причиной того, что гиперактивные кометы имеют соотношение изотопов, более близкое к земному.
Таким образом, несмотря на то, что гиперактивные кометы встречаются реже, тот факт, что они имеют такой же изотопный баланс, что и на Земле, заставляет их снова претендовать на звание земного космического носителя воды.
»Продолжить чтение «Как вода попала на Землю?» на QuickAndDirtyTips.com
ОБ АВТОРЕ(АХ)