Защо на Земята има толкова много вода?

Ако се загледате подробно в нашата планета Земя, в сравнение с останалите скалисти планети (не се шегувам, астрономическият термин е точно такъв!) ще забележите нещо интересно. На всички открити до момента в "близост" до нашия дом планети от такъв тип има... много, наистина много вода! Дори в много случаи - повече от тази на Земята!

Но как всъщност се е оказало така, че цели 70% от повърхността на планетата ни са се покрили с този най-важен за поддържането на живота компонент? Този въпрос от много години е обект на научни дебати, а актуалността му се поддържа жива и до днес. Само че не се залъгвайте от изобилстващите в син цвят снимки на планетата ни. Водата е само в тънък слой по повърхността й, а като цяло количеството и спрямо теглото на планетата е много малко. Но това е съвсем друга тема...

Откъде се е взела водата на Земята?

В наши дни сред научната общественост превес са взели две най-възможни като цяло теории по тази тема. Едната най-общо твърди, че Земята е задържала своята вода още по времето на своето формиране - когато се е образувала от протопланетния облак, съставен от газ и прах. В него просто е имало и много лед. От тези компоненти са се образували не само нашата планета, но и останалите, както и Слънцето, преди около 4.5 милиарда години. Една част от тази вода е останала "заключена" на Земята, като част от нея преминава дори към мантията под земната кора, а после се връща обратно нагоре.

Втората теория посочва, че в ранните си години Земята, Венера, Марс и Меркурий би трябвало да са се намирали достатъчно близо до протопланетния облак. И по време на уплътняването и загряването му голяма част от водата им се е изпарила, като друга се е запазила в техните скалисти обвивки.

В случая с нашата планета дори вероятно още по-големи количества вода са се изпарили по време на сблъсъците с големи астероиди и най-вече при сблъсъка, при който според някои теории от Земята се е образувала Луната. Така че според този сценарий, вместо водата винаги да е била налична на планетата, тя на практика по-скоро е била "доставена" тук с помощта на богати на лед астероиди, наречени "въглеродни хондрити".

В търсене на водата

Учените в наши дни опитват да проследят произхода на живителната течност, проучвайки състоянието на два водородни изотопа - или "версии" на водорода, които имат различен брой неутрони, но се срещат в природата. Единият е „нормалният“, обикновен водород, който има само един протон в ядрото, а вторият е деутерий – познат още като „тежък“ водород. Той притежава един протон и един неутрон в ядрото си.

Съотношението между тези два водородни изотопа в океаните на Земята е странно и съмнително близо до това на астероидите, които често са богати на вода и други важни елементи, като въглерод и азот. Последните два елемента са доста по-често срещани там, за разлика от кометите. Докато астероидите представляват малки скални обекти, обикалящи около Слънцето, кометите са ледени тела, понякога наричани „мръсни снежни топки“, които изпускат газ и прах. Според повечето учени те са останки от времето на създаването на Слънчевата система.

Учените освен това са открили формации от опали (кристали) в метеорити, които произхождат от астероидния пояс (на снимката по-горе). И тъй като за формирането на тези красиви кристали е нужна вода, това е още едно доказателство за факта, че водата идва и от Космоса и мъртвите скали там. Тези два интересни факта подкрепят тезата за произхода на водата от астероиди. А в добавка на тях деутерият би трябвало да се намира в по-големи количества в по-далечните зони на Слънчевата система и следователно водата там ще съдържа повече деутерий. Откриването на астероиди и вода с по-голямо наличие на деутерий подкрепя тази логика.

На всичко отгоре по-малките, скалисти планети от вътрешните зони на Слънчевата система (Меркурий, Венера, Земя, Марс) съдържат относително малко вода спрямо общата им маса в сравнение с ледените луни на Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун и дори в сравнение със самите газови гиганти. Това допълнително поддържа идеята, че във вътрешните зони на Слънчевата система водата се е изпарила до голяма степен, а във външната – не. И ако изпарената от Земята вода е трябвало да бъде възстановена от някъде, то богатите на вода астероиди изобилстват в Слънчевата система.

Допълнителни доказателства дава и американският космически кораб DAWN, изстрелян от NASA през 2007 година, който намира доказателства за наличието на вода на Церес и Веста – двата най-големи обекта в астероидния пояс, локализиран между Марс и Юпитер.

Произходът на водата е изяснен?

Мислите ли, че „астероидната теория“ печели? Не бързайте толкова със заключенията. За да работи този сценарий, съотношението между изотопите на водорода би трябвало да е останало същото в океаните за последните няколко милиарда години. Но… ако не е?

Лидия Халис е учен от университета в Глазгоу, Великобритания. Тя смята, че наличният водород по времето на „младата Земя“ е бил в съотношение с доста по-малко деутерий, отколкото в наши дни. Това съотношение се е променило, защото в ранната история на Земята радиацията от Слънцето е нагрявала и въздействала едновременно над водорода и деутерия. И тъй като обикновеният водород е по-лек, то е много по-вероятно той да е отлитал към Космоса, оставяйки по-тежкия деутерий на Земята и така променяйки съотношението.

Освен това през последните няколко години нови компютърни симулации и модели показват, че Земята е запазила и поддържала много от водата си от самото си формиране насам. И всъщност океаните може би са съществували от много повече години, отколкото сме смятали.

Халис и колегите й са търсели и измервали съотношението на водородните изотопи в древни канадски скали, някои от които са най-старите скали на Земята. Съотношението в повечето случаи е било далеч от познатото при астероидите и доста по-близко до водата, която учените смятат че е съществувала в ранните години на Слънчевата система. Скалите са съдържали много повече обикновен водород и по-малко деутерий. Но в същото време днешното им съотношение в океаните прилича много на това в астероидите. Така че това дава сигнали, че нещо се е променило през последните няколко милиарда години.

Ако земните океани са се образували от водата, дошла от нашата собствена планета, вместо от астероидите, това би решило множество проблеми пред планетолозите (учените, изучаващи планетите). Единият е защо Земята изглежда, че има толкова много вода като цяло? И другият е защо животът, който, както всички знаем, се нуждае изключително много от вода, вероятно се е появил толкова бързо след като Земята се е сдобила с твърда обвивка?

Въпреки работата на Халис някои учени са изследвали възможностите и начините водата на Земята да е дошла (рециклирана) от вътрешността на планетата. През 2014 година Уенди Панеро, професор по земни науки от университета в Охайо предлага теорията, че Земята е формирана така, че е съдържала цели океани вода във вътрешността си. Благодарение на тектоничните движения тази вода е напълнила океаните. Те са проучвали доста обстойно състава на гранитните скали и са открили, че заедно с друг минерал, наречен рингуудит са могли да складират водата във вътрешността на Земята. Която след това се е изкачвала постепенно нагоре през мантията.

За да се усложни още повече ситуацията и да се увеличат въпросите, трябва да кажем, че… нито една от тези хипотези не е изключителна и не взима надмощие. Астероидите могат да доставят големи количества вода, факт. Но факт е още и че тя може да е идвала от вътрешността на Земята. Вероятно и двата механизма са действали в различни периоди време, а въпросът е кой до каква степен и в какво количество вода е допринесъл, за да имаме днешните прекрасни океани на Синята планета?