Звідки на Землі океани?

Image caption Уся вода нашої планети, зібрана в сферу

Вода, що наповнює океани Землі, потрапила на нашу планету з космосу у вигляді величезних шматків льоду під час бурхливої ранньої історії нашої планети.

Якщо подивитися на Землю з відстані, немає сумнівів, що це, насамперед, - світ води. Понад 70% її поверхні вкрито океанами, середня глибина яких - 3 700 метрів. Протягом еонів (періодів геологічної історії Землі. — Ред.) вода сформувала континенти, створила атмосферу і стала колискою життя.

Сьогодні океани - це середовище мільйонів форм життя: від бактерій до блакитних китів, а також головний чинник екології, клімату та погоди нашої планети. Вода Світового океану впливає на формування вітрів, тимчасово перетворюється на хмари або лід та єднає земні полюси за допомогою глибоководних течій. Усі ці процеси відбивають особливу роль води у поглинанні та переміщенні сонячної енергії навколо нашої планети.

Копирайт изображения Getty
Image caption Океани - колиска життя

Отже, океани - це невід’ємна частина Землі і сама Земля. Але вони не завжди існували на нашій планеті. Вода, що наповнює їх, прийшла з далекого космосу через сотні мільйонів років після формування нашої планети 4,5 мільярда років тому. У ті часи поверхня Землі була справжнім пеклом — випалена суха пустеля, вкрита вулканами.

Вода, без якої неможливе життя і яка робить нашу планету унікальною, потрапила сюди з космосу у формі величезних шматків льоду. Це відбувалося під час одного з найбурхливіших періодів у ранній історії планети.

Аби знайти джерело наших океанів, треба починати з вивчення їх складових компонентів. Вода - це друга найпоширеніша молекула Всесвіту, що складається з двох атомів водню і одного атому кисню.

Водень існує від самого моменту створення світу під час Великого Вибуху. Після виникнення Всесвіту 13,7 мільярдів років тому частина енергії, яка вийшла з неймовірної вогненної кулі почала конденсуватися у вигляді часток і випромінювання.

У перші три хвилини деякі з новостворених електронів і протонів сповільнилися достатньо, аби притягнутися один до одного. Весь водень у Всесвіті був створений тут, і він донині залишається найбільш поширеним атомом світу.

Атоми кисню з’явилися на мільйони років пізніше. Під час розширення Всесвіту хмари водню поступово скупчувалися, і їхнє взаємне гравітаційне тяжіння зрештою стало настільки міцним, що у хмарах почав синтезуватися гелій. Народилися перші зірки, що сяяли мільярди років, поки не скінчилося водневе паливо в їхніх центрах. У цей момент зірки колапсували і починався синтез уже за участі гелію.

Копирайт изображения Tim GeersCC by 2.0
Image caption Зроблено у космосі

Протягом численних етапів синтезу ці зірки першого покоління виробили значну кількість відомих нам хімічних елементів - від гелію до заліза. Очевидно, гравітаційний тиск в зірках не був достатньо сильним, аби сплавити створені важкі атоми, і зірки вибухали неймовірно яскравим спалахом.

Їхні ядра розпадалися на згусток часток, відомих як білий карлик, а вибухи породжували величезні хмари новоявлених атомів вуглецю, неону, сірки, натрію, хлору, аргону і, найголовніше, кисню.

Зоряні залишки, відомі як планетарні туманності, стали найкрасивішими об’єктами космосу. Випромінювання білого карлика запалює газові хмари навколо, створюючи яскраві флуоресцентні кольори, що змушує астрономів називати їх доволі романтичними іменами: Котяче Око, Морські Зірки Близнюки, Блакитний Сніжок, Ескімо та Мураха.

5 мільярдів років тому усі компоненти наших океанів - увесь водень та кисень, що пізніше перетворився на молекули води, - плавав у планетарній туманності. Саме в ній пізніше народилося наше Сонце, спалахнувши з газової хмари водню.

Image caption Туманність "Котяче Око" (фотографія зроблена з космічного телескопу Hubble). Планетарні туманності містили компоненти, з яких пізніше зв’явилися наші океани

Молекули й атоми всередині туманності повільно плавали між частками зоряного пилу з вуглецю, кремнію та інших елементів, не підпадаючи під дію гравітації ще молодого Сонця, яке в іншому разі просто всмоктало би їх.

Навколо було доволі порожньо - лише декілька тисяч атомів на кубічний сантиметр і більшість з них - атоми водню.

Молекули води, яка зараз наповнює наші океани, випадково потрапляли на частки вуглецю і кремнію, що були значно більші за розміром. І шлях цей був дуже повільним та непростим.

Один атом водню приземлявся на частку космічного пилу в середньому близько разу на день, але, враховуючи його крихітну масу, майже відразу відскакував від поверхні пилу. Атоми кисню, що стикалися з дрібками пилу, залишалися на них трохи довше.

Дуже рідко та випадково атоми кисню та водню разом вдарялися об частки пилу, а ще рідше - опинялися досить близько, щоб утворити хімічні зв'язки один з одним.

Копирайт изображения alamy
Image caption Молекули води з'явилися в космосі випадково

Протягом сотень тисяч років частки пилу, на яких поєднувалися атоми водню та кисню, вкривалися послідовними крижаними шарами. За цей час вони збільшувалися лише удвічі. На той час, коли сонячній системі виповнилося мільйон років, вона була наповнена дрібками вуглецю та кремнію, вкритих шматками аморфного льоду.

Зрештою ці інкрустовані льодом пилинки зближалися і об’єднувалися у більш великі частки. Окремі частки виростали спочатку до кількох міліметрів в діаметрі та утворювали крихітні камінці, які потім об’єднувалися у валуни, астероїди і, врешті, планети. Усі тіла нашої Сонячної системи з'явилися, як фенікс, від випадкового танцю зіркового попелу, що залишився після вибуху зірки мільйони років тому.

Копирайт изображения alamy
Image caption Частки пилу перетворювалися в космосі на крижинки

Перш ніж на нашій планеті з’явилися океани, мала сформуватися сама планета.

У перші кілька мільйонів років величезний диск із каменю та льоду обертався навколо Сонця. Знадобилися 20 мільйонів років, аби з цього вихору уламків утворилася Земля та інші планети. Наша молода планета 4,5 мільярда років тому була надзвичайно спекотним місцем. На ній бурхали вулкани, текли потоки розплавленої магми, величезні камені з космосу постійно вдарялися об поверхню.

Один із таких гігантських каменів, розміром з невелику планету, зіткнувся з Землею. Від його удару відколовся шматок кори і мантії Землі, які почали обертатися навколо нашої планети і згодом перетворилися на Місяць.

Під Землею розпад радіоактивних елементів звільняв великий обсяг тепла. Не дивно, що ці перші півмільярда років геологічної історії планети були названі Гадейським еоном, на ім'я бога підземного світу Аїда (Гадеса).

Копирайт изображения Alamy
Image caption Земля - це світ води

Практично вся вода на поверхні Землі у той час походила з цих поєднань космічного пилу та льоду. Але без розвинутої атмосфери планета не могла утримати молекули води на поверхні, і вони випаровувалися у космос.

Іншим джерелом води були колосальні підземні геологічні процеси, які виштовхували воду на поверхню. Важкі елементи, такі як залізо, осідали переважно в центрі і починали формуватися в окремі шари кори, мантії та ядра, які сьогодні складають структуру Землі.

Вода та інші легкі сполуки потрапляли на поверхню з охолодженням мантії. Через вулкани та тріщини в земній корі гаряча вода випарювалася в атмосферу.

Копирайт изображения Getty
Image caption На ранньому етапі розвитку Землі льод не міг утриматися на її поверхні

Через 500 мільйонів років атмосфера і температура Землі стабілізувалися, і вода, яка випарювалася в атмосферу, почала конденсуватися. Пішов дощ, який тривав, можливо, протягом тисячоліть. Виявляється, що всесвітній потоп, який відбивається в міфах про створення світу майже всіх народів, і справді існував.

Тепер на поверхні Землі була вода. Але ці ранні океани у теплих умовах Гадею містили значно менше води, ніж сьогодні.

Image caption Кратери на поверхні Місяця - свідчення періоду Астероїдного Бомбардування

Більшість води наших сьогоднішніх океанів прибула з інших джерел. У той час, коли Земля потопала в дощах, решта планет Сонячної системи зазнала інших опадів. Масивні комети та астероїди, наповнені космічною водою, стикалися з їх поверхнею. Свідченням цього є численні кратери, що залишилися на поверхні Місяця.

Ніхто не знає, скільки космічних тіл зіткнулися з Землею та скільки води вони принесли. Але коли 3,8 мільярдів років тому період інтенсивних астероїдних бомбардувань завершився, на Землі були океани.

Точне походження цих комет та астероїдів невідоме. Один із засобів визначити це - дослідити відносні пропорції важкої води в кометах і астероїдах, які прилітають з різних куточків Сонячної системи.

Важка вода містить дейтерій, форму водню, яка має в ядрі нейтрон та протон. Останні данні, отримані з комет Галеї, Хякутаке та Гейла-Боппа, показують, що вони мають удвічі більше дейтерію у воді, ніж у земних океанах.

Наприкінці 2014 року інтрига ще більше поглибилася після того як місія Розетта Європейської космічної агенції оприлюднила перші результати свого дослідження. Розетта протягом 10 років пролетіла близько 500 мільйонів кілометрів за кометою 67P/Чурюмова-Герасименко.

Бортовий спектрометр виявив, що порівняно зі звичайною водою, вода на кометі містила утричі більше важкої води. Якщо склад цих комет приблизно такий же, як і в ранній період Сонячної системи (а наукових причин вважати інакше немає), тоді вони не могли бути джерелом води на нашій планеті, і нам залишається шукати його в інших місцях...

Після того, як океани з’явилися на Землі, наступним непростим завданням для нашої молодої планети стало утримати їх на поверхні.

На щастя, наша планета опинилася у правильному місці, саме на той відстані від Сонця, яка уможливила появу життя на ній. Не надто близько і не надто далеко, щоб рідина могла існувати на її поверхні. Живим нагадуванням того, як нам пощастило із місцем під сонцем, є дві сусідні від нас планети.

Венера лежить ближче до Сонця, ніж Земля, і її часто називають злим близнюком нашої планети. Це приклад того, якою була би Земля, аби їй пощастило менше.

Копирайт изображения Alamy
Image caption Венера не змогла втримати свої океани

Ключовий приклад - втрата океанів. Після того, як вода потрапила би на поверхню планети під час Пізнього важкого бомбардування, інтенсивна сонячна радіація сприяла би різкому підвищенню вологості. Пари води досягли би найвищих шарів товстої атмосфери планети.

Чим вище піднімалася би вода, тим вірогідніше, що вона стикалася б з інтенсивною сонячною радіацією, від чого кожна молекула води розпадалася би на кисень та водень. Оскільки водень дуже легкий, він би відразу зникав в атмосфері.

За декілька мільярдів років планета повністю втратила би свої океани.

Марс демонструє інший приклад того, що трапилось би з водою надто далеко від Сонця. Через брак сонячної енергії, планета би швидко вкрилася льодом. Заледеніла планета відбивала би практично усе сонячне світло, що досягало її поверхні.

Копирайт изображения Alamy
Image caption Чи могла вода залишитися на Марсі у замороженому вигляді?

У цьому замкнутому колі планета охолоджувалася би ще більше. Є свідчення про те, що вода колись існувала на поверхні червоної планети, але її немає там зараз.

На щастя, Земля не зазнала ні стрімкого заледеніння, ні неминучого випаровування води.

Мільярди років геологічної історії зробили нашу планету досконалим творінням. Вона має стабільну атмосферу, вдале розташування у сонячній системі та м’який клімат, що уможливив існування просторих океанів, які ми маємо сьогодні.

Прочитати оригінал цієї статті англійською мовою ви можете на сайті BBC Earth.

Новини на цю ж тему