Происхождение воды. Развитие гидросферы

Министерство образования Республики Беларусь

 

Вода – это самый распространенный на Земле минерал. Наличие воды – это космическая особенность нашей планеты. Практически все процессы в географической оболочке протекают с участием воды. Зарождение и развитие жизни также связано с водой. Вода – основа жизни.

В свете космогонической теории происхождение воды представляется следующим образом. Когда Земля по достижении примерно современной массы стала разогреваться, в мантии начались плавление и дифференциация вещества на летучие, легкоплавкие и тугоплавкие компоненты. Тугоплавкие компоненты остались в мантии, легкоплавкие в виде базальта образовали земную кору, а летучие, в их числе и водяной пар, поднялись на поверхность. По мере охлаждения земной поверхности из водяного пара сформировалась водная оболочка – гидросфера. Она появилась на завершающем этапе формирования планеты Земля.

К началу палеозоя гидросфера Земли приобрела объем, близкий к современному. С тех пор он существенно не изменился. Выделение воды из мантии происходит и в настоящее время – около 1 км³ в год. Эта вода называется ювинильной.

Вода поступает и из космического пространства. Подсчитано, что за геологическое время на Землю могло выпасть 0,73 х 10²⁰ г., или слой в 15 см. Следовательно, межпланетное пространство не может рассматриваться как прародитель воды на Земле.

Развитие гидросферы. Водная оболочка Земли развивалась вместе с литосферой, атмосферой и живой природой. В архее в жарком климате интенсивно протекал круговорот воды по сокращенной схеме: «океан-атмосфера-океан». В то время не было зеленых растений, вода не разлагалась фотосинтезом, поступала интенсивно ювенильная вода. Объем гидросферы интенсивно увеличивался.

С протерозоя начинается рост массы живого вещества, в развитии гидросферы и атмосферы начинает активно участвовать фотосинтез, изымающий значительное количество воды. В гидросфере появились следующие два противоположно направленных процесса: поступление воды в результате дегазации мантии и изъятие ее фотосинтезом. Одновременно шло развитие материков, рост геосинклиналей, горообразование, формирование мощной коры выветривания. Эти процессы также связывали значительную массу воды и кислорода.

В палеозое литосфера Лавразии и Гондваны переживала бурное геологическое развитие, моря заливали геосинклинали и наступали на платформы, которые неоднократно то поднимались, то погружались. Земная поверхность резко дифференцировалась на материковую и океанскую. Неуклонно росла континентальная часть гидросферы: реки, озера и, особенно, подземные воды. Неоднократно значительные массы воды связывались материковыми ледниками. Это вызывало уменьшение объема океанов и поверхностных вод суши.

Одновременно увеличивалась масса зеленых растений, достигнувшая апогея в карбоне. Дифференцировались климаты и влагообороты. Непрерывно усложнялось взаимодействие в системе «океан-атмосфера-материки».

В мезозое и палеогене (ранний кайнозой) в результате расколов Лавразии и Гондваны и дрейфа блоков литосферы сформировались современные океаны. Возраст океанов различный. Например, впадина Тихого океана является древнейшей, ее дно образовано архейской литосферой. Индийский океан возник в палеозое; южная часть Атлантического океана – в мелу, а северная часть Атлантического океана – в палеогене.

В современной научной географической литературе существует несколько точек зрения относительно развития гидросферы за время, начиная с протерозоя: 1) объем гидросферы оставался постоянным, 2) объем гидросферы непрерывно увеличивался, 3) объем гидросферы постоянно уменьшался.

Гидросфера развивается непрерывно. Особого внимания заслуживает роль фотосинтеза в развитии гидросферы. Фотосинтез изымает и удерживает на некоторое время часть воды. В этом смысле фотосинтез выступает в качестве регулятора объема гидросферы. Без фотосинтеза географической оболочке угрожало бы «затопление». С другой стороны, фотосинтез доставляет в атмосферу свободный кислород. В процессе фотосинтеза безвозвратно разлагается из четырех молекул H₂O только одна, а три снова образуют воду. Следовательно, из общего объема воды, идущей на фотосинтез, изымается только 25%. За 600 млн. лет с начала появления зеленых растений это дает 16,9 млрд. км³, то есть вся свободная гидросфера прошла 12 полных циклов разложения воды. Следовательно, все природные воды на Земле являются эндогенно-биогенными.