Наша планета, по сравнению с другими планетами Солнечной системы, является уникальной благодаря ее атмосфере и мощной водной оболочке.
По словам В. И. Вернадского (1863—1945), вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных процессов.
По современным научным данным, вода в земные образования попала при формировании Земли из протопланетного облака газа и пыли.
Специалисты полагают, что наша планета в основном формировалась из материала, идентичного метеоритам хондритового (от греческого хондрос — зерно) состава. В этих метеоритах, кроме зерен- капелек силикатного вещества, содержится в среднем 0,54 % воды. Зная это, нетрудно оценить общее содержание воды в недрах планеты.
Масса Земли, как уже отмечалось, примерно равна 6 • 1021 т. Одна треть ее приходится на ядро и две трети — на мантию и земную кору. Таким образом, полагая, что масса каменных метеоритов, из которых «строилась» планета, составляет 4 • 1021 т, нетрудно установить, что в ней было сосредоточено 2,0 • 1019 т, или 20 млрд. кубических километров воды. В начале вся она находилась в недрах планеты. Затем, в процессе разогрева недр, вследствие различных явлений планета стала поставлять в атмосферу пары воды и газы через жерла вулканов и рифтовые зоны.
После того как температура атмосферы понизилась до значений, достаточных для конденсации воды в капельки и выпадения их на поверхность Земли, стала образовываться гидросфера. Этот процесс начался 4,2— 4,3 и особенно активизировался 3,8 млрд. лет назад. Он продолжается и в наше время, и за счет него недра ежегодно поставляют «на-гора», по меньшей мере, 2,3 млрд. тонн воды, 0,5 млрд. тонн углекислоты и другие продукты.
За всю геологическую историю планеты из ее недр на поверхность поступило около 3 • 109 млрд. тонн воды, или 3 млрд. кубических километров. Из этого количества в настоящее время 1,45 млрд. кубических километров находится в гидросфере, 0,415 млрд. сосредоточено в виде глубинных вод в земной коре. Остальная часть — 1,135 млрд. кубических километров была частично утеряна планетой при диссипации (утечке) молекул воды в космическое пространство. Другая часть этих паров воды в верхней части атмосферы под воздействием ультрафиолетового излучения разложилась на водород и кислород. Водород при этом улетучился в космическое пространство, а кислород остался в атмосфере. Третья часть воды была вовлечена в биологический цикл и за счет фотосинтеза растений преобразовалась в клетчатку и кислород, пополнивший атмосферу.
| Предполагается, что планеты Венера, Земля и Марс сформировались из идентичного «строительного» материала, и каждой из них досталось количество воды, пропорциональное массам их мантий. Ученые установили, что выделение из недр Венеры растворенных в воде газов и других веществ происходило более интенсивно, чем на Марсе и менее интенсивно, чем на Земле. На Венере значительное количество воды было потеряно в процессе ее диссоциации (разложения) на водород и кислород под действием ультрафиолетового излуче ния. Водород при этом улетучился из ее атмосферы, а кислород был связан с горными породами, то есть истратился на их окисление. Содержание воды на Венере и Марсе в 3000 и 100 раз соответственно меньше, чем на Земле. На Марсе большое количество воды находится в криосфере, то есть в замороженном состоянии — в полярных снеговых шапках и в коре планеты в виде многолетний мерзлоты. |
В процессе эволюции Земли развивалась и гидросфера, о чем можно судить на примере океана.
На первом этапе развития океана его впадины были неглубокими, почти плоскообразными. Со временем они углублялись, увеличивался и объем океана. Так, 3 млрд. лет назад он достиг 0,3 млрд. кубических километров, средняя глубина — 0,5 км. Через 1,5 млрд. лет его объем уже увеличился до 1 млрд. кубических километров, а средняя глубина — до 1,5 км.
Современный океан, по мнению многих специалистов, в основном сформировался к началу фанерозоя. К настоящему времени его объем— 1,37 млрд. кубических километров, а средняя глубина — 3,8 км. Эволюция океана будет продолжаться еще примерно 1,5 млрд. лет; объем увеличится примерно до 1,5 млрд. кубических километров, а средняя глубина составит приблизительно 5 км.
Воды современных морей и океанов содержат в растворенном состоянии значительное количество солей: хлористого натрия и калия, а также карбонаты магния и кальция. Концентрация солей в Мировом океане в среднем достигает 35 г/л, а в нашем Черном море — примерно в 2 раза меньше. Такой солевой состав морски.е воды приобрели постепенно в процессе эволюции Земли и океана. При конденсации вода захватывала различные газообразные продукты с ионами хлора, серы, брома, фтора и других химических элементов. Она стала воздействовать на горные породы и обогащаться натрием, калием и другими химическими элементами. Таким образом, океан со времени его образования был соленым.
В формировании вод океана и их химического состава ученые выделяют три стадии. В начале первой стадии (3,4 млрд. лет назад) океан имел объем менее 20 % от современного. В воде в этот период было больше кальция, магния, калия и меньше — натрия. К началу второй стадии (570 млн. лет назад) океан сформировался на 90 % . В нем появилась обильная жизнь. Восстановительные условия среды сменились на окислительные — появились оксиды серы, углерода и азота. Содержание кальция, магния и калия по-прежнему преобладали, а натрия было меньше, чем в нынешней воде. Современный состав вод установился в начале третьей стадии ко времени 340 млн. лет назад. На это повлиял, по мнению специалистов, бурный расцвет растительности в океане и на суше. В дальнейшем также происходили небольшие изменения его химического состава, но они не были существенными.
За историю развития Земли уровень океана неоднократно менялся в связи с похолоданием на планете. Огромные массы льда накапливались в приполярных областях, и океан становился мельче на 100 м и более. Так, во время последнего оледенения 18 тыс. лет назад уровень океана был ниже современного на 120 м, а ко времени 5 тыс. лет до н. э. он восстановился примерно до современного. В настоящее время за счет таяния ледников он повышается примерно на 1 мм в год.
По подсчетам специалистов, если бы все современные ледниковые покровы Антарктиды и Гренландии растаяли, уровень океана поднялся бы на 65 м. В результате 10 % современной суши было бы затоплено. Под водой оказались бы Нидерланды, территория Парижа,
Гамбурга, Амстердама, Лондона, Нью-Йорка, Рио-де- Жанейро, Западно-Сибирской низменности.
В истории Земли воды Мирового океана неоднократно занимали около 80 % всей ее поверхности. Так, по данным советского академика Н. М. Страхова (1900— 1978), во время наступления моря на сушу в ордовикский период (500 млн. лет назад) поверхность океана занимала свыше 83 % поверхности Земли. В карбоно- вый период при максимальном наступлении моря (трансгрессии) около 350 млн. лет назад Мировой океан покрывал около 80 % поверхности нашей планеты, а в меловой (90 млн. лет назад) — 81 % поверхности планеты. Сейчас, как известно, воды покрывают 71 % поверхности земного шара.