Походження гідросфери та атмосфери

«Згідно сучасним уявленням, атмосфера і гідросфера виникли в результаті дегазації магми, виплавляли при вулканічних процесах з верхньої мантії і створює земну кору. Атмосфера і гідросфера складаються з легких летючих речовин (сполук водню, вуглецю та азоту), зміст яких на Землі в цілому дуже мало … Причина такого дефіциту полягає в тому, що ці летючі речовини були «вимиті» ще з протопланетної хмари сонячним вітром (т. е. потоками сонячної плазми) і тиском світла. У момент утворення Землі з протопланетної хмари всі елементи її майбутньої атмосфери та гідросфери перебували у зв’язаному вигляді, у складі твердих речовин: вода – в гидроокислах, азот – в нітриду (і, можливо, в нітратах), кисень – в окислах металів, вуглець – в графіті, карбідах і карбонатах.
Сучасні вулканічні гази приблизно на 75% складаються з парів води і на 15% – з вуглекислого газу, а залишок припадає на метан, аміак, сполуки сірки (H2S і SO,) і «кислі дими» (НС1, HF, HBr, HI) , а також інертні гази; вільний кисень повністю відсутня. Вивчення вмісту газових бульбашок в найдавніших (катархейскіх) кварцитах Алданского щита показало, що якісний склад цих газів повністю відповідає тому, що перераховано вище. Оскільки ця первинна атмосфера була ще дуже тонкою, температура на поверхні Землі дорівнювала температурі променистого рівноваги, що виходить при вирівнюванні потоку сонячного тепла, що поглинається поверхнею, з потоком тепла, випромінюваним нею; для планети з параметрами Землі температура променистого рівноваги дорівнює приблизно 15 ° C.
У підсумку майже уся водяна пара зі складу вулканічних газів повинен був конденсуватися, формуючи гідросферу. У цей первинний океан переходили, розчиняючись у воді, та інші компоненти вулканічних газів – велика частина вуглекислого газу, «кислі дими», окису сірки і частина аміаку. У результаті первинна атмосфера (містить – в рівновазі з океаном – водяні пари, СО2 СО, СН4, NH3, H2S, інертні гази і є відновної) залишалася тонкої і температура на поверхні планети не відхилялася скільки-небудь помітно від точки променистого рівноваги, залишаючись в межах існування рідкої води. Це і визначило одну з головних відмінностей Землі від інших планет Сонячної системи – постійна наявність на ній гідросфери.
Як же змінювався обсяг гідросфери на протязі її історії? У розплавленому базальті (в астеносфері) при температуту 1000 ° C і тиску 5 10 тис. Атмосфер розчинено до 7-8% Н2О: саме стільки води, як встановлено вулканологами, дегазується при зіслання лав. Велика частина цієї води (що має, таким чином, мантийное походження) поповнювала собою гідросферу, але частина її поглиналася назад породами океанічної кори (цей процес називається серпентінізація). Розрахунки геофізиків показують, що в катархее і архее води в океанських западинах було мало і вона ще не прикривала серединно-океанічні хребти … На початку протерозою рівень океанів досяг вершин срединно- океанічних хребтів, але протягом усього раннього протерозою практично весь обсяг поступавшей в океани води поглинався породами океанічної кори. До початку середнього протерозою процеси серпентинизации закінчилися і океанічна кора знайшла сучасний склад. З цього часу обсяг океанів знову почав наростати. Це буде тривати (з поступовим уповільненням), поки на Землі не припиняться вулканічні процеси …
Солоність океану має зовсім іншу природу, ніж солоність внутрішньоконтинентальних кінцевих водойм стоку (на кшталт озера Ельтон, що постачає нас кухонною сіллю, завдяки тому, що вода випаровується, а сіль залишається). Справа в тому, що вода первинного океану мала різні домішки. Одним джерелом цих домішок були водорозчинні атмосферні гази, іншим – гірські породи, з яких в результаті ерозії (як на суші, так і на морському дні) вимиваються різні речовини. «Кислі дими», розчиняючись у воді, давали галогенові кислоти, які тут же реагували з силікатами (основним компонентом гірських порід) і витягували з них еквівалентна кількість металів (насамперед лужних і лужноземельних – Na, Mg, Ca, Sr, К, Li ). При цьому, по-перше, вода з кислої ставала практично нейтральною, а по -друге, солі витягнутих з силікатів елементів переходили в розчин; таким чином, вода океану з самого початку була солоною. Концентрація катіонів у морській воді збігається з поширеністю цих металів в породах земної кори, а ось зміст основних аніонів (Сг, Br, SO4 », HCO3») в морській воді набагато вище того їх кількості, яке може бути вилучено з гірських порід. Тому геохимики вважають, що всі аніони морської води виникли з продуктів дегазації мантії, а всі катіони – із зруйнованих гірських порід.
Головним чинником, що визначає кислотність морської води, є вміст у ній вуглекислого газу (СО – водорастворім, зараз в океанах його розчинено 140 трлн т – проти 2600000000000 т, що містяться в атмосфері). В океанах існує динамічна рівновага між нерозчинним карбонатом кальцію СаСО3 і розчинним бікарбонатом Са (НСО3) 2: при нестачі СО2 «зайвий» бікарбонат перетворюється на карбонат і випадає в осад, а при надлишку СО2 карбонат перетворюється на бікарбонат і переходить в розчин. Карбонатно-бікарбонатний буфер виник в океані на самому початковому етапі його існування, і з тих пір він підтримує кислотність океанської води на стабільному рівні.
Що стосується атмосфери, то її склад став змінюватися в протерозої, коли фотосинтезуючі організми почали виробляти (в якості побічного продукту своєї життєдіяльності) вільний кисень; зараз вважається твердо встановленим, що весь вільний кисень планети має биогенное походження. Кисень, на відміну від вуглекислого газу, погано розчинний у воді (співвідношення між атмосферним і розчиненим у воді СО2 становить, як ми бачили, 1:60, а для О воно складає 130: 1), і тому майже весь приріст кисню йде в атмосферу . Там він окисляє СО і СН4 до СО2, H2S – до S і SO2, a NH3 – до N2; самородна сірка, природно, випадає на поверхню, вуглекислий газ і сірчистий ангідрид розчиняються в океані, і в результаті в атмосфері залишаються тільки хімічно інертний азот (78%) і кисень (21%). Атмосфера з відбудовної стає сучасною, окисної …
Крім кисню та азоту, в атмосфері міститься невелика кількість так званих парникових газів – вуглекислий газ, водяна пара і метан. Складаючи мізерну частку атмосфери (менше 1%), вони, тим не менш, мають неабиякий вплив на глобальний клімат. Вся справа в особливих властивостях цих газів: будучи порівняно прозорими для короткохвильового випромінювання, що надходить від Сонця, вони в той же час непрозорі для довгохвильового – випромінюваного Землею в космос. З цієї причини варіації в кількості атмосферного СО2 можуть викликати суттєві зміни теплового балансу планети: зі зростанням концентрації цього газу атмосфера за своїми властивостями все більше наближається до скляному даху парника, яка забезпечує нагрів оранжерейного повітря шляхом «уловлювання» променевої енергії, – парниковий ефект »[ Єськов, с. 32-34].

Посилання на основну публікацію