Вода – самое распространенное и самое загадочное вещество на Земле. Более 70 % поверхности нашей планеты покрыто водами Мирового океана. А всегда ли вода была на нашей планете? Или она появилась значительно позже, чем сформировалась Земля? Что стало причиной или условием ее появления? Сегодня существует довольно много гипотез происхождения воды на Земле, только некоторые из них признаны наукой как наиболее вероятные.
В научных кругах, занимающихся исследованием появления воды на планете, образовались две основные группы: сторонники первой предполагают, что вода появилась из космоса (поверхностное появление воды), приверженцы второй склоняются к земному (ювенильному) происхождению воды.
«Космическая» группа исследователей предполагает, что вода появилась вместе с многочисленными падающими на Землю метеоритами. По их мнению, это происходило около 4,4 миллиарда лет назад, когда наша планета только сформировалась, не имела атмосферы, а ее поверхность представляла собой огромную пустыню.
Ученые предполагают, что первые молекулы воды появились на планете вместе с метеоритами. Сначала молекулы существовали в виде газа, а позже, когда планета начала остывать, газ перешел в жидкое состояние, и сформировалась гидросфера Земли.
Сторонники земного происхождения воды утверждают, что она появилась на планете в результате дегазации земной коры и верхней мантии. В рамках данной статьи мы поговорим именно об этой версии происхождения Мирового океана.
Как выглядела Земля до появления на ней воды
Профессор Московского университета А. П. Павлов в 1910 году так описывал время, предшествующее появлению Мирового океана на Земле: «…океан еще не владел землей или успел сделать в ней лишь небольшие местные завоевания. Суша, неравномерно нагретая, с многочисленными вулканами и горячими источниками, владела почти нераздельно поверхностью планеты. Это и была древнейшая в мире пустыня.
Первобытные бури потрясали атмосферу Земли могучими страшными концертами. По временам разражавшиеся ливни из диких скалистых горных долин в необозримые безжизненные и голые равнины разнообразные продукты дробления… Солнце льет свой жар в тех местах, где холодные верхи гор не сгущают паров в тучи. Море еще не родилось или только еще рождалось в наиболее глубоких впадинах юной планеты. Снизу, еще близко к поверхности, недавно заключенный в каменную оболочку обрывок солнечной массы — раскаленная магма Земли».
Так выглядело в представлении известного русского геолога прошлое нашей планеты до появления на ее поверхности воды. Тяжелая атмосфера паров и газов окружала раскаленную Землю, при таком температурном режиме (свыше 350°C) Мировой океан попросту еще не мог существовать. Но пришло время, когда на планете возникли необходимые условия и механизмы образования и накопления на ее поверхности вод древнейшего океана.
Мировой океан
Земля – это уникальная по своим характеристикам планета, и, пожалуй, самое удивительное на ней– это наличие огромного количества жидкой воды. Водяной пар, лед встречаются и на других планетах, в метеоритах, астероидах, но в жидком виде вода существует только на Земле.
Дело в том, что необходимым условием для пребывания воды в жидком состоянии является узкий диапазон температур: от 0 до 100°C. Такие температуры в течение длительного периода могут сохраняться только на нашей планете. Возникновение и развитие жизни на Земле стало возможным благодаря наличию жидкой воды. Необъятным по своим размерам водохранилищем является Мировой океан. По данным палеографов он никогда полностью не испарялся и не замерзал.
Океанолог Монин Андрей Сергеевич так описал этот уникальный географический объект: «Мировой океан – непрерывно распределенная по поверхности Земли (на площади, охватывающей около 71 %) и ограниченная снизу и с боков причудливой формой рельефа дна и береговой линией континентов толща соленой воды, имеющая среднюю глубину около 3800 метров, с многочисленными разбросанными на ее поверхности островами, и разнообразной формой жизни в ее глубинах».
Как появился Мировой океан
Еще задолго до появления совершенных исследовательских методов и научных инструментов человек испытывал желание знать, как и когда образовался Мировой океан, всегда ли он был таким, каким мы его знаем, как он развивался на протяжении истории нашей планеты. Тем более что историю образования и развития материков можно понять только в том случае, если известна история формирования и эволюции Мирового океана.
Безусловно, говорить о том, что в истории образования Мирового океана совсем не осталось белых пятен пока не приходится. Наряду с достоверными сведениями существует ряд предположений и гипотез, которые нуждаются в дополнительных исследованиях и подтверждениях. Поэтому мы приведем наиболее широко известные факты по интересующему нас вопросу.
Сегодня известно, что формирование нашей планеты началось около 4,6 млрд. лет назад. По геологическим меркам, формирование Земли произошло очень быстро: 93-95% сегодняшней массы наша планета достигла за первые сто миллионов лет своей истории. Скорее всего, в самом начале своего существования Земля не имела атмосферы и гидросферы, а ее поверхность регулярно подвергалась метеоритной бомбардировке.
В процессе образования планеты происходило настолько сильное гравитационное сжатие и выделение такого огромного количества тепла, что первые сотни миллионов лет на Земле существовал магматический океан в виде расплавленной первичной астеносферы. Постепенно в расплавленной магме наиболее тяжелые вещества погружались и образовали железное ядро планеты, менее же плотные всплывали, создавая мантию и литосферу.
Этот процесс сопровождался дегазацией мантийного вещества, кипящие фракции переходили в газообразное состояние и формировали первичную плотную и горячую атмосферу нашей планеты. Вероятнее всего, изначально земная атмосфера состояла из углекислого газа, аммиака, сернистого и хлористого водорода, но самым важным было то, что в ней появился водяной пар, количество которого постоянно росло.
Источники внутреннего тепла Земли постепенно истощались, магма остывала, образуя земную кору. Верхние слои планеты продолжали остывать, температура опустилась ниже точки кипения, а это вызвало неизбежную конденсацию водяного пара и появление жидкой фазы воды. Вполне возможно, что первые земные водоемы периодически испарялись и появлялись вновь, пока температурный режим планеты окончательно не стабилизировался.
Когда появился Мировой океан
Когда же на Земле появилась жидкая вода? Возраст самых древних найденных горных пород составляет 4,2-4,0 млрд. лет. Изотопный анализ минералов, извлеченных из этих пород, показал повышенное содержание в них тяжелого изотопа кислорода, что характерно для жидкой воды. Кроме того, этот анализ показал также содержание некоторых изотопов, подтверждающих земное происхождение минералов.
Получены также и прямые доказательства наличия жидкой воды. В Гренландии обнаружены горные породы возрастом 3,9-3,8 млрд лет, в которых найдены кварциты водного происхождения. Это говорит о том, что вода в жидком виде существовала в этой области еще за 200-300 млн лет до этого времени.
Приведенные данные позволяют сделать вывод о том, что гидросфера Земли формировалась при постепенном остывании планеты и конденсации водяного пара первичной атмосферы, и произошло это не позднее 4 млрд лет назад. Первые небольшие моря Мирового океана постепенно разрастались и соединялись с соседними водоемами.
Первые древние океаны были неглубокими, но с увеличением объема воды постепенно становились глубже. Ученые установили, что в архее глубина Мирового океана в среднем составляла 150-700 метров, а уже в протерозое (период, соответствующий возрасту Земли в 1,2 млрд лет) глубина достигла 2900 м. Глубина Мирового океана, близкая к современной, образовалась к началу кембрийского периода (около 570 млн лет назад).
Почему возраст океанического дна значительно «моложе» Мирового океана
С тех пор, как 4 млрд лет назад появились первые бассейны, наполненные жидкой водой, температурный режим на нашей планете всегда соответствовал условиям наличия воды в жидкой фазе. Океан никогда не исчезал. Это удивительно, так как на дне современных океанов нигде не найдены осадочные породы старше 170 млн лет.
Это несоответствие возраста Мирового океана, сопоставимого с возрастом Земли, и относительно молодого океанического дна, ученые объясняют тем, что земная кора представляет собой мозаику из нескольких жестких литосферных плит, которые постоянно перемещаются в горизонтальных направлениях.
Известный географ-океанолог Михаил Гаврилович Деев объясняет этот парадокс на примере Атлантического океана. По центру океана с севера на юг проходит срединно-океанический хребет, осевая часть которого является границей между соседними литосферными плитами: Американской к западу от хребта, Африканской и Евразийской – к востоку.
В периоды раздвижения плит под границей их разделения происходит поднятие расплавленного мантийного вещества, из которого образуются новые участки океанической коры. Плиты раздвигаются со скоростью несколько сантиметров в год.
Таким образом по обе стороны хребтовой оси находятся самые молодые участки океанического дна. По мере удаления от хребта возраст донных отложений увеличивается, в прибрежных зонах сон достигает максимального значения.
Возле берега океаническая часть плиты скрывается под нависающий край континента, как бы «ныряет» под него, поддвигается под соседнюю плиту и погружается в мантию. Очевидно, что возраст океанического дна зависит от расстояния между осью хребта и областью погружения.
В основе механизма движения литосферных плит лежит конвекция, возникающая благодаря внутреннему теплу планеты. Тектоника литосферных плит предположительно начала действовать около 3,5-3,0 млрд лет назад. Вероятнее всего, размеры плит были меньше, а количество их больше.
Образование современной структуры океанов и континентов
Первые структуры континентов образовались около 3 млрд лет назад. Примерно 2,5 млрд лет назад в результате горизонтального перемещения литосферных плит произошло сближение и постепенное слияние древнейших материков. Образовался первый в истории Земли мегаконтинент Пангея, окруженный единственным океаном Панталассом.
Спустя 300-500 млн лет после образования, Пангея разделилась на обособленные континенты, между которыми стали образовываться отдельные бассейны океанов. Подобная группировка материков в единый континент с последующим раздроблением в истории Земли происходила трижды через каждые 800 млн лет.
Таким образом, можно сделать вывод, что современные континенты и океаны не являются застывшими навсегда. Изменения происходят прямо на наших глазах, мы не замечаем этого только потому, что скорость подобных трансформаций невелика: всего 4-6 см в год.
В своем докладе М.Г. Деев говорит о том, что у ученых есть определенный прогноз движения литосферных плит на предстоящие 50 млн лет. В общих чертах изменится следующее: Атлантический океан станет шире, площадь Тихого значительно сократится. Австралия подвинется ближе к Евразийской плите; в районе Алеутских островов произойдет соединение Азии с Северной Америкой. Красное море в будущем станет океаном, Калифорния будет островом.
Все океаны в ходе своей эволюции начинаются с размеров узкого моря (таким сегодня является Красное море) до размеров Тихого океана. Большая часть вод Мирового океана – морская вода, отличительной чертой которой является соленость, средний показатель которой равен 35 ‰.
Так как вода – это лучший растворитель, на планете практически невозможно встретить ее в чистом виде. Все природные воды имеют ту или иную степень минерализации. Воды древнейшего океана также представляли собой раствор солей, концентрация которого была схожа с современной, но вот состав солей сильно отличался.
В первое время в соленом растворе вод океана присутствовали сильные кислоты. В дальнейшем солевой состав первичного океана приспосабливался к меняющимся температурным и гидрохимическим условиям планеты.
Серьезные изменения в солевом составе вод океана начались с возникновением и развитием жизни. С появлением фотосинтеза из морской воды выводится углерод и азот, создается свободный кислород, что дало возможность формирования азотно-кислотной атмосферы. Сегодня морская вода – это равновесный природный раствор, сохраняющий свой состав на протяжении, по крайней мере, последней геологической эпохи.
Гипотезы происхождения воды на Земле во многом отличаются друг от друга, но все они свидетельствуют о том, что возраст Мирового океана однозначно сопоставим с возрастом самой Земли.
