понедельник

Водный бюджет голубой планеты

Исследование истории воды на Земле имеет решающее значение для понимания климата планеты в информационную эпоху. Одним из центральных вопросов, стоящих перед современными учеными, является так называемый "бюджет воды". Суть этого вопроса состоит в выяснении, всегда ли на нашей планете и вокруг нее был один и тот же объем воды. 
Например, западные ученые хотят узнать, приобретала или теряла Земля воду в результате воздействия комет и метеоритов? Сколько воды могло быть  утеряно в космическое пространство? 

На некоторые из этих вопросов смогло дать ответ новое исследование первичных земных океанов, несколько лет назад проведенное исследователями из Музея естественной истории Дании при  университете Копенгагена (Дания) и Стэнфордского университета (Калифорния, США). Их совместный труд дал возможность пересмотреть бюджет воды Земли в истории планеты.

Результаты данного исследования были опубликованы в трудах Национальной академии наук США. Также, в мае 2012 года соответствующий пресс-релиз был опубликован на веб сайте университета Копенгагена.

Согласно данным пресс-релиза, вода составляет только около 1/2 от тысячной доли общей массы Земли. Это очень незначительная часть массы нашей планеты, в основном состоящей из твердых оболочек и металлического ядра. Следует учитывать, что почти 70% поверхности Земли покрыто этой субстанцией, имеющей жизненно важное значение для выживания / проживания в земных условиях. Как говорят ученые, по своей массе вода является относительно редким веществом на нашей Голубой планете.

Откуда взялась вода

Как заявила в пресс-релизе Эмили Попи (Emily Pope) из Северного Центра Эволюции Земли при музее естественной истории Дании (Копенгагенский университет) вопрос о происхождении воды на планете является одной из абсолютно самых интригующих вещей о Земле. На нашей планете есть океаны воды и присутствие жидкой водной среды позволило начать существование жизни на Земле. По мнению исследовательницы, фундаментальными вопросами в понимании истории планеты стали вопросы, касающиеся того, как Земля получила свои океаны, откуда пришла вода, что происходит с водой, планета теряет или получает воду из космоса.

По словам Э. Попи, определенное количество воды на Земле распределяется между различными резервуарами. Раньше это позволяло сделать довольно точную оценку того, сколько воды в текущее время присутствует на нашей планете. В новом исследовании Попи и ее коллеги из Музея естественной истории Дании и Стэнфордского университета получили возможность определить наличие воды в жидком состоянии на молодой Земле, существовавшей миллиарды лет тому назад. Как следствие, ученые смогли определить приблизительный бюджет воды на планете.

Американские и датские исследователи проделали это путем изучения минералов из Гренландии, имеющих возраст около 3,8 млрд. лет, которые были получены из первичных земных океанов.

Группа минералов на геологическом серпентине Исуи (Гренландия).
Общественное достояние. Credit University of Copenhagen


Незначительные потери воды

Как заявила Попи, ученым удалось реконструировать изотопный состав морской воды, полученной из минеральных образцов в геологической формации Исуа (Isua Greenstone Belt) в "зеленокаменном поясе" Гренландии. Эта формация имеет вулканическое происхождение, образовалась в воде и представляет самые древние горные породы на нашей планете, чей возраст оценивается примерно в 3,7 - 3,8 миллиардов лет.

Результаты исследования показали, что в океанах молодой планеты, по сравнению с сегодняшними днями, содержалось пропорционально больше нормальной воды, чем тяжелой воды. Ученые объясняют это различие тем, что на протяжении последних примерно 4 миллиарда лет Земля потеряла не менее 1/4 ее водного баланса. 

Одна четвертая часть водного бюджета может означать много жидкости. С другой стороны, результат оказался сюрпризом для исследователей. Это говорит о том, что бюджет воды на Земли был относительно стабильным на протяжении нескольких миллиардов лет. Новые данные, касающиеся исторического развития земных океанов, также выступили в поддержку новой теории под названием парадокс слабого молодого Солнца. Теория, испытывающая способности парадокса, была предложенна рядом исследователей из Музея естественной истории Дании и Стэнфорда в 2010 году.

Парадокс слабого молодого Солнца

В 1972 году известный американский астроном и астрофизик Карл Саган (Carl Sagan), ныне покойный, и его коллега Джордж Маллен (George Mullen) сформулировали парадокс слабого молодого Солнца. Этот парадокс был адресован к относительной стабильности климата Земли за период 4,5 млрд лет существования планеты в связи с тем, что за тот же период солнечная радиация увеличилась на 25-30 процентов.

Суть парадоксального вопроса, который возник у ученых, заключалась в том, почему в период младенчества планеты поверхность Земли не была покрыта льдом, когда солнечные лучи были гораздо слабее, чем они являются сегодня. Одно из возможных решений парадокса, в частности, было предложено американским исследователем атмосферы Джимом Кастингом (Jim Kasting) в 1993 году. Он подготовил теоретические расчеты, которые показали, что 4 миллиарда лет тому назад атмосфера Земли почти на 30 процентов состояла из CO2 (диоксида углерода или углекислого газа). По расчетам Кастинга, такое большое количество парниковых газов оказало влияние на изоляцию планеты и предотвратило океаны от замерзания.

Тем не менее, ученые полагают, что обилие атмосферного СО2 не было единственым фактором, ограничивающим образование льда на поверхности планеты. Важную роль в сохранении льдов в заливах играл более тонкий слой облаков. Скорее всего, значительная часть поверхности Земли была покрыта океаном. Это означает, что солнечные лучи могли нагреть массивный океан относительно беспрепятственно. По данным исследовательской группы из университетов Копенгагена и Стэнфорда, океан, в свою очередь, может долго сохранять тепло и предотвращать замораживание своей поверхности. Пока это является их текущим ответом на давнюю загадку.

Ссылки

Этот рассказ составлен на основ материала, предоставленного пресс-службой Университета Копенгагена. Материал мог быть изменен при переводе с английского для длины и содержания текста. За дополнительной информацией обращаться к первоисточнику.

The Blue Planet's New Water Budget
http://news.ku.dk/all_news/2012/2012.3/new-water-budget-on-planet-earth/