Как появились океаны и моря: Почемучка: как появились океаны?

Как образовались океаны?. Кто есть кто в мире природы

Откуда в океанах озера, водопады, холмы и как морская вода уходит в недра Земли?

Океаны покрывают большую часть Земли и вмещают почти всю воду на поверхности планеты. Здесь зародилась жизнь, и благодаря океанам она все еще существует: жидкая вода считается главным условием для появления организмов; вместе со льдами и водяным паром очень сильно влияет на климат, а фитопланктон и морские растения производят больше половины кислорода, без которого почти никто не может обойтись.

Но океаны почти не изучены. По данным американского Национального управления океанических и атмосферных исследований, не изведано более 80% подводного пространства. Большинство обитателей глубин тоже еще не открыты. Взять вирусы. В апреле американские биологи объявили об обнаружении почти 200 тыс. разновидностей морских вирусов — это в 12 раз больше, чем было известно науке раньше. По недавней оценке, в воде происходит 100 млрд трлн заражений вирусами. Каждую секунду. Из-за этого в океанах ежедневно погибает 20–40% всех бактерий.

Какие еще удивительные вещи творятся под водой, остается догадываться. Впрочем, кое-что уже известно.

Кораллы на севере Атлантического океана

В океанах есть реки и озера

Озера и реки в океанах — на первый взгляд, какая-то бессмыслица, но в природе встречается и такое. Возникают они на дне в тех местах, где много отложений соли. Соль постепенно растворяется в выходящей из горных пород воде — образуется впадина, в этой впадине скапливается обогащенный минералами и поэтому более плотный рассол, который плохо смешивается с окружающим морем. У подводных рек и озер есть берега и даже волны на поверхности, а их размер иногда достигает нескольких километров.

В 2015 году ученые обнаружили озера с рекой в Мексиканском заливе. Края подводного бассейна были облеплены мидиями, которых, судя по всему, кормят живущие в рассоле бактерии. А в самом озере — исследователи назвали его «Джакузи отчаяния» — лежали мертвые крабы: высокие концентрации солей, метан и сероводород подходят для жизни не всем.

‘ Подводное озеро в Мексиканском заливе’

Места вроде «Джакузи отчаяния» плохо изучены: не до конца ясно, как они образуются, что в них происходит и как там уживаются разные организмы. На эти вопросы попытаются ответить в ходе будущих экспедиций.

Самый большой водопад на планете — подводный

Если на морском дне попадаются озера и реки, то уже не кажется таким странным, что там есть и водопады. Океанографы догадывались об их существовании еще в 1870-х годах, но прошел почти век, прежде чем их удалось исследовать: пригодилась только появившаяся транзисторная электроника, способная работать на глубине, и радиоактивные вещества, попавшие в атмосферу во время ядерных испытаний, — их использовали как метки.

Исследование дна Тихого океана

Как и подводные озера, водопады появляются из-за воды с отличающейся плотностью, только в этом случае разницу в основном обуславливают не растворенные соли, а температура. Чем ближе к полюсам, тем в среднем моря холоднее — и тем тяжелее в них вода. Поскольку дно неровное, холодная вода скапливается во впадинах, как в огромных чашках. Постепенно нагреваясь и поднимаясь, она переливается через край, сталкивается с более теплой водой и устремляется вниз — так и возникает подводный водопад.

Самый большой такой водопад находится в Датском проливе между Исландией и Гренландией, где Северный Ледовитый океан смыкается с Атлантикой. Его суммарная высота составляет 3,5 км — в 3,5 раза больше, чем у водопада Анхеля, самого высокого на поверхности планеты. Каждую секунду он несет 5 млн кубометров воды — это как 25 Амазонок. Правда, увидеть всю эту мощь нельзя: край «чашки», через который перетекает холодная вода, расположен на глубине 650 м.

Океаны не плоские

Когда сидишь на берегу, трудно заподозрить, что в океанах и морях есть холмы и долины. Речь идет не о хребтах на глубине и даже не о волнах на поверхности, а о самом настоящем рельефе, как на суше, но только в воде. Возникают неровности из-за течений, приливов и отливов, но еще и из-за формы Земли.

Обычно нашу планету достаточно представить в виде шара. Иногда нужно учитывать, что шар этот приплюснутый (из-за вращения расстояние от центра Земли до экватора примерно на 20 км больше, чем до полюсов). Но на самом деле планета больше напоминает мячик для гольфа, к тому же пожеванный: где-то вздымаются горы, а в других местах, наоборот, разверзаются впадины.

Поскольку масса Земли распределена неравномерно, гравитационное поле действует на воду с разной силой. Конечно, посреди Атлантики не наткнешься на жидкий Эверест, но отклонения уровня моря достигают порядка 100 м, если сравнивать с гипотетической идеально ровной Землей.

Океаны «утекают» под землю

На океаны приходится почти вся вода на поверхности нашей планеты, но в недрах ее, под одним подсчетам, столько же, а по другим — в семь раз больше, причем вода перемещается туда-сюда, а колебания уровня моря совпадают с циклами дрейфа материков. Геологи из Университета Осло решили получше разобраться в этих процессах, создали компьютерные модели водного обмена и прогнали их с учетом того, как двигались литосферные плиты в последние 230 млн лет.

На эту тему

Считается, что вся суша на планете минимум пять раз то собиралась в один громадный континент, то распадалась на отдельные материки, как сейчас. Плиты, из которых состоит земная кора, медленно сталкиваются. В одних случаях возникают складки — горы. Если же океаническая кора упирается в континентальную, то обычно она уходит вниз, тонет в мантии планеты и уносит с собой воду. Только вода не утекает, как в дырявом ведре, — она заключена в самих породах в виде минералов. В других местах разворачивается встречный процесс: вместе с лавой — например, при извержениях вулканов — вода возвращается наружу.

Что происходит быстрее: «отток» в недра или «приток» на поверхность, — загадка, но норвежские ученые и их предшественники склоняются к тому, что вода все-таки убывает. В соответствующем сценарии компьютерная модель показала, что каждый год под землю уходит в среднем 200–400 млн т воды. На первый взгляд, это значительное количество, но оно в 15–30 млрд раз меньше массы всех океанов. Впрочем, согласно модели, в таком случае уровень моря за 230 млн лет упал на целых 130 м.

Ледники Антарктики

Исследователи оговариваются, что в расчетах велика неопределенность, поэтому, как на самом деле перемещается вода, до конца не ясно. Но в любом случае подъем уровня моря из-за изменения климата происходит в тысячи раз быстрее, и беспокоиться нужно именно об этом, а также о других тревожных последствиях растущей концентрации парниковых газов. Мы толком не изучили океаны, но догадываемся, какую колоссальную роль они играют, и знаем наверняка, что из-за нас они меняются. Если не изменить свое отношение к природе, многие тайны глубин люди просто не успеют раскрыть.

Марат Кузаев

Сохраним моря и океаны — Природный парк «Вулканы Камчатки»

Очередное воскресенье объявлено «нескучным» сотрудниками природного парка «Вулканы Камчатки». Юных елизовчан специалисты ждали в детской библиотеке города на познавательном экологическом уроке «Сохраним живую природу России. Моря России: угрозы и сохранение».

Природный парк «Вулканы Камчатки» при поддержке Ассоциации ООПТ Камчатского края в декабре прошлого года запустил новый эколого-просветительский проект «Школа евражки и его друзей». В рамках проекта специалисты учреждения знакомят младшее поколение с природой родного края, ее достопримечательностями и особенностями, особо охраняемыми природными территориями. Отдельное внимание в работе уделяется вопросам экологии, бережного отношения к окружающему миру. С юного возраста ребята понимают значимость заботы о природе и сохранения в чистоте нашего общего дома – планеты Земля. А еще они знают, что порядок в природе начинается с нас самих.

В рамках первого этапа «Школы евражки и его друзей» природный парк «Вулканы Камчатки» совместно с МБУК «МЦ библиотечная система» Елизовского района проводит цикл мероприятий в библиотеках города и филиалах муниципалитета. Уже состоялось 13 эколого-просветительских занятий. Слушателями стали более 300 человек – среди них воспитанники детских садов, школьники, учащиеся средних образовательных учреждений.

В минувшее воскресенье площадкой для получения и распространения новых знаний стала детская библиотека г. Елизово. Ее гости – ребята в возрасте от 5 лет и старше – «отправились» в путешествие по морям России вместе со специалистами отдела развития, туризма и экопросвещения природного парка «Вулканы Камчатки» Ольгой Винокуровой и Еленой Гонцовой.

Во время тематического урока, материалы которого были специально разработаны WWF России, дети узнали о том, как много в жизни нашей планеты значат моря и океаны: вода – это настоящая «колыбель жизни», из нее появились первые живые организмы на Земле и произошли разные виды. Океаны поддерживают своей живительной влагой всех обитателей планеты, производят кислород, хранят и передают тепло. Ребята были впечатлены тем, сколько пользы приносят моря и океаны не только их обитателям, но и самому человеку. Например, морской воздух и вода помогают нам быть здоровыми. А сколько экзотических фруктов доставляется к жителям разных регионов водным транспортом!

Специалисты поведали юным слушателям о том, как и для чего человек исследует подводные миры. Значительную часть беседы посвятили антропогенному влиянию на экосистему Мирового океана: ребята узнали, какая деятельность человека может прямо или косвенно угрожать водной стихии.

Интерактивный урок сопровождался тематическими играми с «погружением», просмотром видеороликов со съемками подводного мира и веселыми физкультминутками. Заскучать в этот воскресный день не смог никто!

В завершении встречи со специалистами природного парка «Вулканы Камчатки» ребята пришли к выводу, что нужно и важно каждому прилагать усилия к сохранению красоты и здоровья морей океанов и защищать хрупкий водный мир.

Узнать подробнее о мероприятиях «Школы евражки и его друзей» можно по телефонам: 8-961-963-95-59, 8-924-685-10-11.

Деев М. | Мировой океан: происхождение, возраст, эволюция

Доклад, прочитанный в День учителя географии 2 апреля 2009 г.

Земля во многих отношениях уникальная планета, но, пожалуй, самое удивительное на ней — наличие большого количества жидкой воды. Водяной пар и лед можно найти на других планетах, в астероидах и метеоритах, но жидкая вода есть только на Земле. Особенность жидкой фазы воды заключается в том, что она может существовать лишь в очень узком диапазоне температур — от 0 до 100 °С, и такие температурные условия сохраняются продолжительное время только на Земле. Именно присутствие жидкой воды сделало возможным возникновение и развитие жизни на Земле в ее современных формах. Самым большим хранилищем воды является Мировой океан, который, как показывают данные палеогеографии, никогда полностью не замерзал и не испарялся.

Приведем определение этого интересного географического объекта, данное в одной из последних работ известного океанолога академика А.С. Монина: «Мировой океан — непрерывно распределенная по поверхности Земли (на площади, охватывающей около 71%) и ограниченная снизу и с боков причудливой формой рельефа дна и береговой линией континентов толща соленой воды с массой 1377·10⁶ гигатонн, имеющая среднюю глубину около 3800 метров, с многочисленными разбросанными на ее поверхности островами, и разнообразной формой жизни в ее глубинах».

После первого знакомства с океаном вполне естественно возникает желание знать, когда и как он образовался, всегда ли был таким, каким мы его знаем сегодня, и как эволюционировал на протяжении истории Земли? Вопрос тем более интересен, что историю формирования и развития материков и всей нашей планеты можно понять только в том случае, если хорошо известна история возникновения и дальнейшей эволюции Мирового океана. Следует заметить, что история океана весьма сложна, во многом еще недостаточно изучена и пока не может быть истолкована однозначно. Поэтому далее будут приведены наиболее широко распространенные, но иногда требующие дополнительных подтверждений научные представления по интересующему нас предмету.

Прежде всего, зададимся вопросом о времени появления жидкой воды, о том, как быстро это произошло после образования самой планеты. В настоящее время считается, что образование Земли началось 4,6 млрд лет назад. Согласно некоторым гипотезам, промежуточной стадией формирования планет из межзвездной пыли и газов считается образование так называемых планетезималей — твердых и крупных (до нескольких сотен километров в поперечнике) тел, последующее скопление и объединение которых становится процессом аккреции ¹ уже непосредственно планеты. По геологическим меркам, Земля сформировалась очень быстро, примерно за первые сто миллионов лет своей истории достигнув 93—95% сегодняшней массы. Наиболее вероятно, что первоначально Земля не имела атмосферы и гидросферы, а ее поверхность непрерывно изменялась в результате интенсивной метеоритной бомбардировки.

Образование планеты сопровождалось сильным гравитационным сжатием и выделением столь большого количества тепла, что первые сотни миллионов лет у поверхности Земли существовал магматический океан, или расплавленная первичная астеносфера. Так как в расплаве (магме) находились вещества разные по составу и плотности, началась гравитационная дифференциация. При этом более плотные вещества (тяжелые металлы) погружались, образуя металлическое (железное) ядро планеты, а менее плотные (силикаты) всплывали, постепенно создавая мантию и литосферу. Дифференциация сопровождалась дегазацией мантийного вещест-ва, при которой легко кипящие фракции переходили в газообразное состояние и, выходя на поверхность, формировали первичную плотную и горячую атмосферу Земли. Наиболее вероятно, что вначале атмосфера состояла из углекислого газа (СО₂), аммиака (NH₃), возможно также сернистого водорода (H₂S) и хлористого водорода (HCl), но главное, в ней появился водяной пар, количество которого постепенно увеличивалось и, по некоторым оценкам, могло достигать величины порядка 10²¹кг, что составляет около 70% массы современной гидросферы Земли.

Постепенное истощение источников внутреннего тепла Земли привело к остыванию и кристаллизации магмы с последующим образованием первичной твердой земной коры. Дальнейшее остывание верхних слоев планеты и понижение температуры ниже точки кипения неизбежно вызвало конденсацию водяного пара и тем самым появление жидкой фазы воды. Можно полагать, что озера первичной гидросферы на поверхности молодой планеты неоднократно испарялись и появлялись вновь, пока не установился температурный режим, в среднем повсеместно допускавший существование жидкой воды. Когда это могло произойти?

Самые древние (из известных сегодня) горные породы найдены в Западной Австралии, их возраст оценивается в 4,2—4,0 млрд лет. Большое внимание привлекли извлеченные из них зерна минерала циркона (химическая формула ZrSiO₄, часто радиоактивен). Изотопный анализ древнейших цирконов показал повышенное содержание тяжелого изотопа кислорода ¹⁸О, характерное для жидкой воды. Это служит косвенным доказательством того, что эти минералы образовались в присутствии жидкой воды. В тех же западноавстралийских цирконах оказалось аномальное содержание еще некоторых изотопов, свидетельствующее о земном (не метеоритном) происхождении минералов.

Помимо косвенных получены и прямые доказательства существования жидкой воды. В горных породах возрастом 3,9—3,8 млрд лет, найденных в юго-западном районе Гренландии, обнаружены железистые кварциты водного происхождения, что позволяет предположить существование жидкой воды в этом районе на 200—300 млн лет ранее указанного времени. Таким образом, гидросфера Земли начала формироваться не позднее 4 млрд лет тому назад при постепенном остывании поверхности планеты и конденсации водяного пара первичной атмосферы. Первые, еще весьма мелководные, моря будущего Мирового океана заполняли впадины застывшего рельефа, разрастались, сливались с соседними водными бассейнами.

Полагают, что первичная земная кора, которая выплавлялась из мантии, состояла из пород, близких по своему составу к базальтам. Во всяком случае, первичная кора имела основной или ультраосновной состав, то есть была идентичной современной земной коре океанического типа. Протоконтинентальная кора начала формироваться почти в то же время, но занимала значительно меньшие площади. Ее первые острова расчленяли неглубокий первичный океан на отдельные бассейны.

Собрано большое число подтверждений существования океана в ранние геологические эпохи. Одним из первых обоснованные предположения о возрасте и эволюции Мирового океана высказал в 1901 г.австрийский геолог Эдуард Зюсс. В основе его рассуждений лежала смелая гипотеза о том, что привычное расположение материков и океанов на поверхности Земли не было незыблемым и постоянным в геологическом прошлом. По заключению Зюсса, в позднем палеозое — раннем мезозое (порядка 350 млн лет тому назад) существовал мегаконтинент Гондвана, в котором слились фрагменты Африки, Индостана, Южной Америки, Австралии и Антарктиды. Спустя четырнадцать лет немецкий геофизик Альфред Вегенер, развивая гипотезу Зюсса, предложил теорию дрейфа континентов. Он считал, что Гондвана Зюсса была частью еще более крупного суперконтинента Пангеи, окруженного сплошным кольцом океанических вод. Постепенно появлялись данные о том, что Атлантический и Индийский океаны с геологической точки зрения молоды, а Тихий океан значительно более древний. Согласно палеомагнитным данным, древние океаны шириной до 3,5 тыс. км существовали в палеозое (400—500 млн лет тому назад), а еще более широкие, до 5 тыс. км, — в раннем протерозое (1,7—2,5 млрд лет тому назад).

Реликтами земной коры океанического типа считаются офиолиты — особый комплекс интрузивных, эффузивных и осадочных пород, широкое распространение которых в том или ином районе свидетельствует о существовании древнего океана. Найдены офиолиты раннепротерозойского и даже архейского (3—4 млрд лет) возраста.

Первоначально древние океаны были мелководными, но вместе с постепенным увеличением объема жидкой воды глубины возрастали — от 150—700 мв архее до 2900 м в среднем протерозое (1,2 млрд лет). Воды Мирового океана достигли объема близкого к современному приблизительно к началу кембрийского периода, около 570 млн лет назад, а в дальнейшем пополнялись в процессе продолжавшейся дегазации мантии во время вулканиче-ских извержений (в особенности подводного вулканизма) и перераспределялись между отдельными океанами.

Итак, первые бассейны, наполненные жидкой водой, появились на Земле не позднее 4 млрд лет тому назад. С тех пор температурные условия на поверхности Земли в среднем всегда находились в пределах существования жидкой воды, иными словами, океан никогда полностью не исчезал. Это важно отметить, так как далее предстоит разрешить любопытный парадокс. Дело в том, что на дне современных океанов нигде не найдено не только осадочных пород с возрастом более 170 млн лет, но и коренные породы океанического дна оказались с геологической точки зрения удивительно «молодыми».

Несоответствие между возрастом Мирового океана, соизмеримым с возрастом Земли, и молодостью океанического дна объясняется с позиций теории новой глобальной тектоники. Согласно ее положениям, земная кора не есть единая твердая и неизменная оболочка земного шара, а представляет собой своеобразную мозаику из нескольких жестких литосферных плит площадью в десятки миллионов квадратных километров, находящихся на плаву в вязкой астеносфере и непрерывно испытывающих вполне упорядоченные горизонтальные перемещения. Объясним кажущийся временной парадокс на примере Атлантического океана.

Через центральную часть океана с севера на юг простирается срединно-океанический хребет. В осевой части хребта располагается рифтовая долина, по которой проходит граница между соседними литосферными плитами: Американской — к западу от хребта, Африканской и Евразийской — к востоку. Рифтовая долина есть зона спрединга, или раздвижения, плит. Под ней происходит поднятие расплавленного мантийного вещества, формирование из него новых участков океанической коры и их перемещение в обе стороны от хребта. Скорость раздвижения литосферных плит составляет единицы сантиметров в год. По сторонам рифтовой долины расположены самые молодые участки океанического дна. С удалением от хребта возраст донных осадков постепенно увеличивается и достигает наибольших значений в прибрежных зонах океана. Достигнув берега, океаническая часть плиты «ныряет» под нависающий край континента, происходит ее поддвиг под соседнюю плиту и погружение в мантию. Таким образом, возраст океанического дна зависит от расстояния между рифтовой зоной (осью спрединга) и областью погружения (называемой зоной субдукции), а также от скорости горизонтального перемещения плит.

Механизм, приводящий в движение литосферные плиты, объясняется следующим образом. Конвекция, возбуждаемая внутренним теплом Земли, порождает в мантии конвективные ячейки. Под зонами спрединга находятся восходящие ветви, в зонах субдукции —нисходящие, в промежутке — горизонтальные ветви конвективных ячеек. Горизонтальные размеры ячеек соответствуют расстояниям между зонами спрединга и субдукции, вертикальные составляют в современную геологическую эпоху около 400 км.

Интересно, что базальты, кристаллизующиеся из расплава в рифтовой зоне, одновременно намагничиваются в магнитном поле Земли и впоследствии сохраняют свои магнитные свойства. Это позволяет, сравнивая магнитные характеристики образца базальта с соответствующими характеристиками современного магнитного поля, определять возраст разных участков океанического дна.

Считается, что тектоника литосферных плит начала действовать не позднее 3,5—3,0 млрд лет назад, но размеры плит были меньше, а число их больше. Современные черты динамики этот механизм приобрел в начале позднего протерозоя (около одного миллиарда лет назад). Теперь можно в общих чертах проследить, как менялись очертания океанов и континентов на поверхности Земли.

Первые структуры континентов возникли около 3 млрд лет назад. На рубеже архея и протерозоя (2,5 млрд лет тому назад) горизонтальные перемещения литосферных плит привели к сближению и постепенному слиянию древних материков, что привело к формированию первого суперконтинента Пангеи, окруженного единым океаном Панталассом. Названия даны по старой научной традиции использования грече-ского языка: пан — всеобщий, гео — земля, таласс — океан. Примерно через 300—500 млн лет Пангея раздробилась на обособленные континенты, между которыми возникли океанские бассейны. В дальнейшей истории Земли подобная компактная группировка материков в единый континент возникала, существовала и разрушалась трижды, с периодичностью около 800 млн лет. Последней была палеозойско-мезозойская Пангея, существование которой первым обосновал А. Вегенер. Интересно, что компоновка каждой Пангеи была сходна с «вегенеровской». Во всяком случае, многие факты говорят о том, что в перемещении литосферных плит прослеживается определенная упорядоченность. Таким образом, сегодняшняя конфигурация материков и океанов не есть нечто застывшее навсегда. Она меняется буквально на наших глазах, только эти изменения происходят очень медленно, со скоростями в среднем 4—6 см в год.

Рис. 1. Реконструкция суперконтинента Пангея, около 200 млн лет назад (по Я. Голонке, 2000 г.)

Геологический прогноз движений литосферных плит в ближайшие примерно 50 млн лет в главных чертах выглядит следующим образом. Атлантический океан станет шире, а площадь Тихого океана сократится. Австралия продвинется на север и подойдет ближе к Евразийской плите. Азия соединится с Северной Америкой в районе Алеутских островов. Красное море раздвинется — это зародыш будущего океана, полуостров Калифорния станет островом. Океаны Земли в ходе своей эволюции проходят последовательно этапы развития от узкого моря (Красное море сегодня) до размеров современного Тихого океана. Одновременно происходят сближения и расхождения материков, изменение их числа и пространственной ориентации.

Мировой океан это, прежде всего, морская вода, привлекающая к себе пристальное внимание океанологов. Одной из важнейших характеристик вод, наполняющих Мировой океан, является соленость. В практических целях соленость принято характеризовать концентрацией раствора, которую измеряют в промилле (‰), то есть в тысячных долях, и средняя соленость морской воды составляет около 35‰.

Под соленостью понимается выраженная в граммах масса всех твердых веществ, растворенных в 1000 г морской воды, когда карбонаты превращены в окислы, бром и йод замещены эквивалентным количеством хлора, а органические вещества сожжены при 480 °С. Кратко можно сказать, что соленость морской воды есть отношение массы растворенного твердого вещества к массе раствора.

Вода является одним из лучших растворителей, поэтому на Земле невозможно найти химически чистое вещество Н₂О, все природные воды в той или иной степени минерализованы. Воды первичного океана также представляли собой раствор солей, по концентрации близкий к современной солености, но солевой состав раствора был отличен от настоящего. Ювенильный раствор, поступавший на поверхность Земли при дегазации мантии, на первых порах, по-видимому, полностью выпаривался, но с понижением температуры ниже точки кипения воды стал растворяться в воде первых земных морей. Одновременно в раствор переходили легко растворимые вещества первичной земной коры. Кроме того, в воде первых морей растворялись газы, содержавшиеся в первичной атмосфере: HCl, HF, HBr, B(OH)₃ и некоторые другие. Поэтому первое время существования океана его воды должны были проявлять кислую реакцию из-за присутствия в растворе сильных кислот.

В дальнейшем происходило приспособление солевого состава первичного океана к изменяющимся термическим и гидрохимическим условиям на поверхности Земли. В растворе оставались те элементы, для которых не нашлось достаточного количества сильных осадителей, например такие, как хлор и бром. Их процентное содержание в растворе почти не изменилось. Содержание других элементов, прежде всего углерода, сильно уменьшилось. Это свидетельствует о том, что в океане постоянно протекают процессы, выводящие углерод из раствора. Основная реакция этого типа — перевод углекислого газа в угольную кислоту с дальнейшим переходом в нерастворимый и потому выпадающий в осадок карбонат кальция. Этот процесс происходил всегда и протекает до сих пор. Сильные кислоты в океане архейского времени вступали в реакцию с сильными основаниями, что в результате привело к постепенной нейтрализации первично кислых вод.

Рис. 2. Литосферные плиты и скорости их перемещения в мм/год (по В.Е. Хаину, 2008 г.)

Существенные изменения в солевом составе океанских вод начались с возникновением и дальнейшим развитием жизни. С появлением биосферы начала проявляться реакция фотосинтеза, в ходе которой из морской воды выводятся, прежде всего, углерод и азот. В процессе фотосинтеза создается свободный кислород, что открыло возможность формирования современной азотно-кислородной атмосферы. В результате фотосинтеза из атмосферы почти полностью был извлечен углекислый газ, что способ-ствовало стабилизации карбонатной системы, возникновению скелетных организмов, а в дальнейшем — накоплению карбонатных осадочных толщ на дне океанов.

Эти и другие природные процессы постепенно видоизменяли солевой состав океанических вод, который стал преимущественно хлоридно-сульфатным и практически идентичным со-временному. В настоящее время морская вода представляет собой равновесный природный раствор, обладающий исключительно высокой химической инертностью, сохраняющий свой состав и концентрацию солей практически неизменными на протяжении, по меньшей мере, последней геологической эпохи.

¹ Аккреция (лат. accretio приращение, увеличение) — гравитационный захват вещества и последующее его падение на космическое тело под действием гравитации, сопровождается выделением гравитационной энергии.

Следующая публикация — см. № 20

Иссыхающее Мертвое море: низшая точка Земли становится все ниже

Кевин Коннолли
Корреспондент Би-би-си на Ближнем Востоке

20 июня 2016

Автор фото, ThinkStock

Подпись к фото,

Каждый год уровень воды в Мертвом море падает на метр

Мертвое море — соленое озеро, расположенное в низшей точке Земли, — постепенно высыхает под палящим ближневосточным солнцем. Для живущих на его берегах это медленно протекающий кризис: найти дополнительные запасы воды для поддержания моря невероятно сложно.

Пожалуй, единственный факт о Мертвом море, известный абсолютно всем, — в нем нельзя утонуть.

Оно в восемь или девять раз более соленое, чем мировые океаны, настолько плотное и насыщенное минералами, что даже не похоже на нормальную воду — скорее на оливковое масло, смешанное с песком.

Десятилетиями ни один отдых в Святой земле или Иордании не обходился без фотографии купальщика в полулежащем положении прямо на поверхности, обычно читающего газету — для наглядности.

Автор фото, ThinkStock

Подпись к фото,

Почти каждый, побывавший на Мертвом море, привозит оттуда подобную фотографию

Однако Мертвое море — это еще и уникальная экосистема и чувствительный барометр состояния окружающей среды в этой части мира, где засушливый климат и необходимость орошать фермы приводят к постоянной нехватке воды.

Возможно, вы читали о том, что Мертвое море умирает. Нетрудно догадаться, почему эта формулировка так привлекает авторов заголовков, однако на самом деле это не совсем так.

По мере того как уровень воды снижается, ее плотность и процентное содержание соли возрастают — и рано или поздно наступит момент, когда масштабы испарения будут совпадать с объемом поступающей воды. Поэтому оно действительно может сильно уменьшиться, но полностью не исчезнет.

И все же море иссыхает тревожными темпами — его уровень падает более чем на метр за год.

Если вспомнить, что поверхность Мертвого моря — низшая точка на планете (сейчас это 420 метров ниже уровня моря), значит, ежегодно меняется и отметка низшей точки.

Оно находится настолько низко, что, когда едешь вдоль дороги, спускающейся к берегу, начинает закладывать уши — как при посадке самолета.

Пейзажи Мертвого моря невероятно, почти по-лунному красивы: представьте себе Большой каньон с озером Комо в его глубине. Люди древнего мира понимали, что в этом месте есть нечто особенное, даже если они не были точно уверены в том, что именно.

По легенде, вещества из этого района — часть секрета красоты Клеопатры, наравне с молоком ослицы и экстрактом миндаля, хотя на самом деле подобных сказок по всему Ближнему Востоку пруд пруди.

Возможно, что сюда наведывался поправить здоровье и царь Ирод, зимний дворец которого располагался неподалеку. Хотя его подпорченная историческая репутация, конечно, несколько обесценивает его как «звездного посетителя» этих мест.

Что-то мы знаем точно: например, римляне во времена господства на Ближнем Востоке установили жесткий контроль над дорогами вокруг Мертвого моря, обладающего огромными запасами соли — товара столь ценного, что он использовался в качестве платежного средствами.

Да и польза для здоровья, судя по всему, действительно есть. Высокое атмосферное давление может создавать условия, благоприятные для астматиков: я сам страдаю от астмы и почувствовал некоторую разницу.

А комбинация обогащенной минералами воды, смягчающей грязи и яркого солнца приносит облегчение людям с псориазом — тяжелой кожной болезнью. В некоторых странах работающие в сфере здравоохранения организации посылают сюда страдающих этим заболеванием людей в бесплатные терапевтические туры.

Так что, хоть Мертвое море иссыхает и меняется, от него все же есть экономическая польза. Туристы могут отдыхать на курортах как Иордании, так и Израиля, и обе страны экспортируют произведенную здесь косметику.

Автор фото, EPA

Подпись к фото,

Уникальные свойства воды, а также глины Мертвого моря используются в оздоровительных целях

Часть береговой линии проходит по палестинскому Западному берегу реки Иордан, оккупированному Израилем, так что, возможно, в будущем палестинцы также смогут пожинать экономические плоды уникальных свойств этого моря.

Но нет сомнений в том, что масштабы падения уровня воды поражают.

Во время Первой мировой войны британские инженеры нацарапали на скале свои инициалы, чтобы отметить уровень воды. Век спустя эти царапины — высоко на высушенной скале.

Чтобы достичь оттуда моря, сейчас вам нужно спуститься вниз по скалам, пересечь оживленную магистраль, продраться через заросли болотных растений и перебраться через илистую отмель. В общей сложности два километра.

В нескольких километрах отсюда, в туристическом комплексе в Эйн-Геди, отступление воды создало огромную проблему.

Когда в конце 1980-х годов тут строили главное здание — с рестораном, душевыми и сувенирным магазином, — волны ударялись о его стены.

Сейчас заведению пришлось организовать специальный «поезд»: трактор тянет за собой вагончики до самого пляжа, еще около 2 км.

Нир Вангер, отвечающий за финансовые вопросы туристического комплекса, говорит, что уровень моря меняется пугающими темпами.

«Когда мне было 18, море было вот здесь. Речь не идет об отрезке времени в 500 или 1000 лет, — говорит он. — Мертвое море было здесь, а сейчас оно в 2 километрах. Трактор, бензин, персонал — все это обходится нам в 500 тысяч долларов в год — и все для того, чтобы догнать море».

«Я здесь вырос, на Мертвом море, здесь вся моя жизнь. И, к сожалению, последние несколько лет это не очень веселая жизнь — грустно видеть, как твой родной пейзаж исчезает, и понимать, что детям и внукам останется совсем не то, что было у тебя в детстве», — добавляет Вангер.

«Когда мы строили новый дом, жена спросила меня, хочу ли я вид на море, и я сказал, что нам нужно построить его с видом на горы, потому что они стоят на месте, а море постоянно отдаляется», — рассказывает он.

Нетрудно понять мистику Мертвого моря — с его уникальным химическим составом, сложным микроклиматом и взмывающими ввысь горами верблюжьего цвета — пейзаж, который и сейчас узнают даже Ирод и Клеопатра, с поправкой на странноватого вида многоэтажный бетонный отель.

Однако для геолога это лишь бессточное озеро, куда впадает река Иордан. Она впадает в озеро на севере, но дальше никуда не течет, просто испаряясь с его поверхности.

И хотя говорить о том, что Мертвое море умирает, — преувеличение, эта формулировка довольно точно описывает то, что происходит с рекой, которая его подпитывает.

Во время короткого сезонного дождей действительно бывают подтопления, когда вода начинает струиться по вади, пересохшим руслам рек. Но большую часть года они сухи, а сама река едва ли полноводнее ручейка.

В Израиле и на оккупированном Западном берегу есть места, где в сезон засухи через нее почти можно перешагнуть.

Когда-то Иордан был одним из великих водных путей древнего мира — в ней был крещен Иисус Христос, и даже в относительно недавнем прошлом он представлял собой бурную реку, подверженную разливам в дождливые зимы.

В 1847 году правительство США направило военно-морскую экспедицию для исследования Иордана.

Ее возглавлял доблестный офицер по имени Уильям Ф. Линч, заслуживающий упоминания в истории религии хотя бы только потому, что он, возможно, первый человек, установивший, что Мертвое море находится ниже уровня моря.

Описания Линчем своих приключений занятны, даже несмотря на его привычку описывать коренное население региона в манере, задевающей чувства людей XXI века.

Однако наиболее интересно его описание самой реки: в одном месте экспедиция натыкается на серию пятиметровых водопадов, разделенных порогами. Линч даже опасается, что может потерять на них одну или несколько лодок.

«Мы остановились у руин старого моста, сформировавших препятствия, через которые пенящаяся река несется, как горная лавина, — пишет он. — Река была 30 ярдов в ширину (27,5 м).

Еще 80 лет назад и даже позже в Иордане все еще было достаточно воды, чтобы позволить приехавшему из России инженеру Петру Рутенбергу построить в долине реки гидроэлектростанцию — ее заброшенные постройки все еще выделяются на фоне этого засушливого ландшафта.

Подпись к фото,

В 30-х годах прошлого века воды в Иордане было достаточно для работы гидроэлектростанции, сеегодня от ГЭС Нагараим остались руины

Сегодня все совершенно иначе.

География региона, конечно, не изменилась. Северный участок реки впадает в Галилейское море, откуда южный участок течет к Мертвому морю.

Однако объемы воды, циркулирующей в этой системе, поразительно изменились за последние десятилетия — из-за сложной государственной политики в отношении воды на Ближнем Востоке.

Израильтяне построили плотину через южную часть Галилейского моря, которая дает стране контроль над объемами воды, поступающими в Иордан.

Израиль считает Галилейское море стратегически важным водным ресурсом, несмотря на то что производство пресной воды на опреснительных установках в Средиземном море также увеличивается.

Израильское правительство начало забор воды из долины Иордана в пятидесятых годах прошлого века — за 10 лет до того, как было завершено строительство дамбы.

Это создает проблемы для фермеров — как в Иордании, так и на палестинских территориях на Западном берегу, поскольку всем им нужна вода для орошения хозяйств и повседневных нужд.

Однако и у Израиля есть проблемы, несмотря на то что у него достаточно средств и энергетических ресурсов для обеспечения своего населения водой.

В реку Иордан вода поступает из реки Ярмук, которая течет по территории Сирии. За последние три десятилетия сирийцы построили на Ярмуке, которая когда-то питала Иордан, свыше 40 плотин.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Уровень воды в Мертвом море начал снижаться еще быстрее с тех пор как на Иордане начали строительство плотин

Кое-кто в Иордании полагает, что Сирия построила некоторые из этих дамб, чтобы наказать Израиль и Иорданию за подписанный в 1994 году мирный договор.

Аналогичный договор в 1979 году был заключен ранее между Израилем и Египтом и вызвал крайне отрицательную реакцию арабских стран, в том числе и Сирии.

Остальные готовы согласиться с тем, что сирийцы строили дамбы, поскольку им была нужна вода. Так или иначе, результат один: некогда могучая река получает все меньше воды.

Разумеется, Иорданское Королевство также строило плотины для своих собственных нужд.

Если взглянуть шире, то долина реки Иордан – далеко не единственное место на Ближнем Востоке, где строительство дамбы вызвало серьезные споры.

Когда Турция в 1990-х годах построила на Евфрате плотину Ататюрка, Ирак и Сирия пожаловались на то, что в результате поступление воды на их территорию сократилось.

Существуют и другие факторы, влияющие на уровень воды в Мертвом море: и Израиль, и Иордания используют огромные испарительные бассейны для получения из воды фосфатов, которые затем экспортируются в качестве удобрений.

Этот процесс ведет к сокращению объема воды в реке Иордан, что, в свою очередь, является одной из главных причин кризиса Мертвого моря.

На иорданском берегу проживает небольшая община: несколько семей, выращивающих помидоры, бананы и арбузы на полях, которые орошаются грунтовыми водами, поступающими с окрестных гор.

Салим аль-Хувемель – один из этих фермеров. Подобно Ниру Вангеру из Эйн-Геди, он чувствует тесную связь с этими местами.

«Мы никогда отсюда не уедем, — говорит мне Салим, пока молодые мужчины из деревни прохладным вечером занимаются сбором дынь. — Даже если бы была опасность того, что Мертвое море поднимется и смоет нас в карстовую воронку, мы бы все равно всегда остались здесь».

Карстовые воронки – общий враг сельских жителей и малого бизнеса как на иорданском, так и на израильском побережье Мертвого моря.

Они формируются, когда на месте отступающей воды остаются подземные соляные залежи, которые затем обрушиваются в огромные расселины либо вымываются подземными водами.

Некоторые из кратеров просто гигантские – примерно 100 м в диаметре и 50 м глубиной.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Некоторые карстовые воронки достигают 100 м в диаметре и 50 м в глубину

Местность, испещренная воронками, выглядит так, словно здесь в течение нескольких десятилетий происходили мощные землетрясения.

Иорданские фермеры показали мне место, где когда-то стояла старая соляная фабрика, которая в один момент обрушилась под землю.

На участке побережья, относящемся к палестинской территории, был закрыт курорт, поскольку часть его поглотила еще одна карстовая воронка.

В Израиле пришлось закрыть бензозаправку: дорога на подъезде к ней начала покрываться трещинами, образовались провалы.

Всего у берегов Мертвого моря сейчас насчитывается свыше 5500 таких воронок, в то время как еще 40 лет назад не было ни одной.

Здесь можно стать свидетелем геологических процессов, которые происходят в реальном времени. Замечательное место для ученого, считает доктор Гиди Баер из Геологической службы Израиля.

По словам доктора Баера, предсказывать места образования карстовых воронок у ученых получается все лучше и лучше.

Это важно, если вспомнить, что неподалеку от Мертвого моря проходит несколько трасс с интенсивным движением. Однако проблема усугубляется.

Подпись к фото,

Геологические процессы здесь идут в режиме реального времени

«В этом году, например, образовалось около 700 воронок, в предыдущие годы это число было меньше. В девяностые речь шла о нескольких десятках, а теперь это сотни», — говорит Баер.

Диагностика того, что происходит с Мертвым морем, не так сложна – в конце концов, мы знаем, что уровень воды уменьшается уже по меньшей мере сто лет – с тех пор как британские инженеры оставили свои имена на скале.

Однако ответить на вопрос о том, что следует делать, намного сложнее. Это серьезный научный и политический вопрос. Геологи допускают, что в далеком прошлом уровень воды мог быть и выше нынешнего, и ниже.

Вопрос заключается в том, какова стоимость и каковы преимущества любой попытки «спасти» Мертвое море. И что это будет – попытка замедлить снижение уровня моря или же более амбициозная задача, заключающаяся в повышении уровня моря.

«Мы должны спросить себя, что мы пытаемся сохранить здесь», — говорит доктор Иттай Гавриели, сотрудник Геологической службы Израиля.

«Пытаемся ли мы повысить уровень моря? Для того чтобы сохранить уникальную среду Мертвого моря? И для чего – для развития туризма? Если мы хотим восстановить течение Иордана, тогда Израилю, например, придется опреснять больше воды, а для этого потребуются дополнительные средства, к тому же подобные изменения повлекут за собой серьезные изменения в окружающей среде», — считает доктор Гавриели.

И если поток Иордана будет восстановлен, вряд ли стоит ждать от отчаянно нуждающихся в воде палестинских и иорданских фермеров на обоих берегах реки, что они будут сидеть сложа руки, наблюдая, как река течет мимо в интересах науки.

Однако делать все-таки что-то надо.

Салем Абдель Рахман, активист ближневосточного экологического движения EcoPeace из Иордана говорит: «Мы говорим о спасении Мертвого моря не потому что это хорошо или плохо, а потому что то, что происходит с Мертвым морем сегодня – симптом неправильного управления водными ресурсами. Спасение Мертвого моря будет знаком того, что мы излечиваемся от этой болезни и двигаемся к более здоровой окружающей среде».

Если течение Иордана окажется невозможным возобновить, то наиболее вероятным способом изменения нынешней ситуации станет постройка трубопровода, который будет доставлять воду через пустыню из Красного моря, расположенного далеко на юге региона.

Подобные идеи витают в воздухе давно. Британские инженеры когда-то предполагали построить канал, соединяющий Средиземное море с Красным через Мертвое.

Такой канал мог бы стать альтернативой Суэцкому, находившемуся под контролем Великобритании. Однако из-за того, что уровень Мертвого моря ниже уровня моря, осуществить этот проект оказалось невозможным.

Даже при современном развитии инженерной науки, осуществление этого проекта было бы сопряжено с огромными техническими трудностями.

Согласно этому плану, воду из Красного моря нужно сначала опреснить (соленая вода загрязнит уникальный химический состав Мертвого моря). Затем ее необходимо поднять на большую высоту и направить в огромные трубы, которые уже будут доставлять ее через пустыню к месту назначения.

Дополнительные запасы пресной воды нужны не только Иордану и Израилю, но и палестинцам, поэтому Всемирный банк поддержал эту идею, а США, скорее всего, обеспечили бы проект как минимум стартовым капиталом.

Однако осуществлению этого проекта препятствуют разного рода технические, финансовые и политические трудности, и вряд ли он будет осуществлен в сколько-нибудь ближайшем будущем, если ему вообще суждено сбыться.

Не исключено, что страны Ближнего Востока сочтут подобное сотрудничество невозможным – подобного рода соглашения в этой части света очень редки.

В таком случае Мертвое море будет продолжать высыхать с такой же скоростью как сегодня, однако не умрет окончательно.

Изучение солености и плотности говорит о том, что Мертвое море однажды достигнет точки равновесия и пересыхание остановится. Проще говоря, объем воды в этом соленом коктейле и количество испаряющейся влаги достигнут баланса.

Кроме того, у Мертвого моря припасен еще один трюк: да, определенное количество воды испаряется, но море гигроскопично, то есть поглощает воду из окружающей атмосферы. Это своего рода встроенный механизм безопасности.

Вполне возможно, что пляжные лежаки в Иордании и Израиле еще какое-то время придется передвигать ближе к воде, однако, когда некоторый минимальный уровень будет достигнут, этот процесс остановится.

Так что эта история не о том, как Мертвое море умрет, а скорее — вдохновляющая история о том, как природа в регионе, где человек не всегда был осторожен в обращении с природными ресурсами, может найти способ, чтобы защитить себя.

Как образовались моря

Статистика

Известно, что Земля по форме очень похожа на шар, но на его поверхности имеются значительные понижения и поднятия. Разность уровней между ними доходит до 20 км. Естественно поэтому, что выпадающая из атмосферы вода, стекая по наклонным поверхностям, собирается в понижениях. Эти скопления воды положили начало океанам и морям. Посмотрите на глобус или карту полушарий и вы увидите, что все океаны и моря соединены между собой. На этом основании знаменитый русский ученый, географ и океанограф¹Юлий Михайлович Шокальский назвал всю совокупность океанов и морей Мировым океаном. Мировой океан обычно принято делить на четыре океана: Северный Ледовитый, Атлантический, Тихий и Индийский. Северный Ледовитый океан находится внутри почти сплошного материкового кольца, охватывающего приблизительно по Северному полярному кругу пространство вокруг Северного полюса (Европа, Азия, Северная Америка, Гренландия, Исландия).

От этого материкового кольца по направлению к Южному полюсу тянутся три материковых «языка»: американский (Северная и Южная Америка), европейско-африканский (Европа и Африка) и азиатско-австралийский (Азия и Австралия). Между ними последовательно находятся Атлантический, Индийский и Тихий океаны, соединенные между собой на юге проливами между южными оконечностями материковых «языков» и материком Антарктиды. Непрерывное океаническое кольцо вокруг Антарктиды, обладающее общими свойствами, можно выделить в пятый океан — Южный Ледовитый, или Антарктический. Границы между океанами показаны на физической карте мира. В каждом океане есть соединенные с ним моря и заливы. Моря по свойствам воды (соленость, температура, биологические и химические особенности) заметно отличаются от соседних с ними частей океана. У заливов такой разницы практически нет. Например, в Бискайском заливе по существу вода Атлантического океана, в Австралийском — Индийского. Вода же Красного моря значительно солонее, чем в Индийском океане, а в Белом море и особенно Балтийском и Азовском соленость меньше океанической.

На картах названия «море» и «залив» употребляются не всегда правильно. Так, например, «заливы» Гудзонов, Мексиканский, Калифорнийский, Персидский на самом деле не заливы, а моря. «Моря» же Каспийское, Аральское, Мертвое — не моря, а бессточные озера: они не соединены с Мировым океаном, не являются его частями. Эти неточности возникли в далеком прошлом, когда океанография еще не установила, что нужно называть «морем», а что «заливом».
¹ Океанография — наука, изучающая океаны и моря. Океанограф — ученый, посвятивший себя этой науке.

National Geographic признал существование пятого океана – Газета.uz

Фото: National Geographic

Картографы National Geographic официально признали существование пятого, Южного океана.

К нему относится большая часть вод, окружающих Антарктиду.

11 июня 2021, 16:31 Мир

Картографы Национального географического общества США (National Geographic) 8 июня признали существование пятого океана мира — Южного океана. Об этом говорится в заявлении на сайте организации.

«Южный океан давно признан учёными, но поскольку на международном уровне соответствующего соглашения не было, мы не признавали его официально», — отметил географ общества Алекс Тейт. Он уточнил, что на протяжении многих лет специалисты обсуждали, обладают ли воды вокруг Антарктиды уникальными характеристиками, чтобы заслужить собственное название.

В сообщении отмечается, что в плане морских названий National Geographic ориентируется на Международную гидрографическую организацию (МГО), которая в 1937 году признала Южный океан, а в 1953 отменила это решение под давлением научного сообщества.

К Южному океану относится большая часть вод, окружающих Антарктиду до 60 градусов южной широты, за исключением пролива Дрейка и моря Скоша. Если другие океаны определяются континентами, которые их ограждают, то Южный океан определяется антарктическим циркумполярным течением.

Признание согласуется с инициативой Общества по сохранению мирового океана, позволяя сфокусироваться на регионе, который особенно нуждается в природоохранных мерах. Сейчас учёные изучают, как изменение климата влияет на Южный океан и Антарктиду, следует из заявления National Geographic.

До этого момента научное сообщество признавало четыре океана: Атлантический, Тихий, Индийский и Северный Ледовитый.

Подпишитесь на наш Telegram «Газета.uz» 10 298
Океан сквозь время | Смитсоновский океан
Здесь два вида эвриптерид плавают на рифе с рыбой. (Юлиус Чотони, Смитсоновский институт)
На протяжении всего существования Земли взрывы и вымирания жизни часто происходят из-за глобальных изменений. Четырехкратное увеличение разнообразия во время ордовика ничем не отличается. В этот период большая часть континентальной суши входила в состав суперконтинента Гондвана. Из-за движения тектоники плит Гондвана постепенно смещалась на юг, пока не достигла Южного полюса.Когда это произошло, приятные умеренные температуры планеты стали ледяными, образовались массивные ледники, а уровень моря упал, поскольку большая часть воды, используемой для образования льда, поступала из моря.
Эти улитки бродили по морскому дну в этой сцене каменноугольного периода. (Смитсоновский институт)
Во время ордовика у большей части океанской жизни все еще не было позвоночника. Вместо этого жизнь полагалась на жесткие структуры, такие как раковины, для защиты от хищников. Трилобиты, бронированные своим жестким экзоскелетом, оставались выдающимися обитателями морского дна.Моллюски развили двойную систему раковин с левой и правой половинками, в то время как брахиоподы, менее известные беспозвоночные с панцирем, развили верхнюю и нижнюю створки и заняли илистое дно.
Среди ветвей криноидных морских лилий и под бревном плавает сообщество головоногих моллюсков. (Юлиус Чотони, Смитсоновский институт)
Хищникам тоже требовался крепкий внешний скелет. Эвриптериды, группа членистоногих, были одними из самых грозных хищников и могли вырасти до шести футов (2 метра).С длинными хвостами, оканчивающимися шипом, их часто называют «морскими скорпионами». Хотя сегодня головоногие лучше всего известны как существа с мягким телом, такие как кальмары и осьминоги, эта группа началась как существа с панцирем. Их простые раковины превратились в сложные спирали, подобные той, которую до сих пор используют наутилусы. Без многих позвоночных, с которыми можно было бы конкурировать, головоногие были главными хищниками.
Хотя в этот период времени появились первые позвоночные, только миллионы лет спустя они стали править морями.Позвоночные животные, жившие во время ордовика, были бесчелюстными рыбами, называемыми остракодерами, у которых были защитные пластины, покрывающие их тело.
Несколько акул каменноугольного периода. (Юлиус Чотони, Смитсоновский институт)
Хотя сегодня они в основном живут в глубинах океана, в период от кембрия до перми криноидные леса покрывали часть морского дна. Эти существа, известные как морские лилии за их красивые оперенные руки, являются двоюродными братьями современных морских звезд и морских ежей.Когда они росли плотными группами, они создавали защищенную разнообразную экосистему, которую другие существа могли называть домом. Но в отличие от деревьев, из которых состоят леса на суше, морские лилии не являются растениями. Беспозвоночные питаются, ловя дрейфующие частицы своими многочисленными руками. В лесу, полном морских лилий, конкуренция за пищу была жесткой, поэтому они развили стебли разной высоты, что позволило им ловить пищу на разных уровнях над морским дном. Основание их стеблей было изменено, чтобы надежно закрепить животное в мягком отложениях.Криноиды были относительными небоскребами в сообществе, иногда возвышаясь на высоту до двух метров (6,5 футов). В сообществе морских лилий кружевные мшанки занимали более низкий уровень. Под ними огромное количество плеченогих монополизировало илистое дно. К пермскому периоду акулы плавали над этими криноидными лесами, а более мелкие костистые рыбы и головоногие моллюски в панцирях плелись среди стеблей лилий.
Одним из уникальных хищников, плававших в океане в пермский период, около 260-290 миллионов лет назад, была акула по имени Helicoprion .У этой акулы был спиральный набор зубов, напоминающий циркулярную пилу, в отличие от любой другой акулы. Она настолько уникальна, что ученые до сих пор не уверены, как зубы оказались в челюсти акулы. Другой хищник, плакодерма, был рыбой, тело которой покрывали костные пластины. Без зубов он использовал острые края пластин, покрывающих его челюсть, чтобы разрезать добычу. Хотя изначально плакодермы были очень успешными и разнообразными, они существовали всего 50 миллионов лет, в то время как акулы, родословная, зародившаяся в то же время, просуществовала до наших дней.

Эоны PBS
Что мы знаем о происхождении земных океанов? Что более вероятно, что они произошли от ледяных комет, поразивших молодую Землю, или от материала, выброшенного из недр Земли во время вулканической активности?
Тобиас С. Оуэн из Института Астрономия в Гонолулу, Гавайи, предлагает этот обзор:
«Это очень хороший вопрос, потому что у нас еще нет ответ, который все принимают.
«Происхождение океанов восходит ко временам образование 4,6 миллиарда лет назад, когда наша планета формировалась за счет накопления более мелких объектов, называемых планетезималями. Есть в основном три возможных источника воды. Это мог (1) отделиться от горных пород, составляющих основная масса земли; (2) прибыли как часть позднего срастания облицовка богатых водой метеоритов, похожая на углеродистую хондриты, которые мы видим сегодня; или (3) прибыл в составе поздно срастающийся покров ледяных планетезималей, то есть комет.
«Состав океана дает некоторые подсказки относительно его источник. Если все кометы содержат один и тот же вид водяного льда которые мы исследовали в кометах Галлея и Хякутакэ- — единственные, чьи молекулы воды мы смогли изучить в деталь — тогда кометы не могли доставить всю воду в земные океаны. Мы знаем это, потому что лед в кометах содержит в два раза больше атомов дейтерия (тяжелого изотопа водорода) к каждому атому обычного водорода, как мы находим в морская вода.
«В то же время мы знаем, что метеориты не могли доставлена вся вода, потому что тогда земная атмосфера будет содержать почти в 10 раз больше ксенона (инертного газа), чем на самом деле делает. Все метеориты несут этот избыток ксенона. Никто еще не измерил концентрацию ксенона в кометах, но недавние лабораторные эксперименты по улавливанию газов льдом формирующиеся при низких температурах, предполагают, что кометы не содержат высокая концентрация ксенона.Смесь метеоритной воды и кометная вода тоже не подойдет, т. к. комбинация по-прежнему будет содержать более высокую концентрацию дейтерия, чем содержится в океанах.
«Следовательно, лучшая модель источника океанов на Момент представляет собой комбинацию воды, полученной из комет, и воды которое было захвачено каменистым телом земли при его формировании. Эта смесь решает проблему ксенона. Это также кажется решить проблему дейтерия, но только если каменистый материал около нынешней орбиты Земли подобрал немного местной воды из Солнечная туманность (облако газа и пыли, окружающее молодое солнце) до того, как они срослись, чтобы сформировать землю.Что-то новое лабораторные исследования того, как дейтерий попадает обмен между газообразным водородом и водяным паром показали что водяной пар в локальной области солнечной туманности имел бы примерно правильную (низкую) пропорцию дейтерия к сбалансировать избыток дейтерия, наблюдаемый в кометах.
«Здесь следует подчеркнуть, что это модель, рабочая гипотеза, которая должна быть тщательно проверена многими дополнительными измерения. Нам нужно изучить больше комет.Нам также необходимо узнать больше о воде на Марсе, где у нас есть еще один шанс исследовать источники, описанные выше. На земле, тарелка тектоника привела к тому, что океанические воды значительно смешались с материал из недр планеты; такая зараза наверное не произошло на Марсе, где тектоника плит, кажется, не происходить. Эти исследования (и другие связанные с ними исследования) в настоящее время осуществляется. Это активная область исследований!»
Джеймс С.Г. Уокер из Мичиганского университета подтверждает, что заключение, добавляя свою точку зрения:
«Сейчас лучше всего считают, что летучие вещества (элементы и соединения, включая воду, испаряющиеся при низких температурах) высвобождаются из твердой фазы по мере срастания земли. Таким образом, Земля, ее океаны и атмосфера срослись.
«Во время аккреции кинетическая энергия сталкивающихся планетезимали преобразовывались в тепловую энергию, поэтому Земля росла чрезвычайно горячо, как это собралось вместе. Вещество, образующее землю, было вероятно, слишком жарко, чтобы лед был основным переносчиком воды. Большая часть воды, вероятно, первоначально присутствовала в виде воды. захваченный глинистыми минералами или в виде отдельного водорода (в углеводороды) и кислород (в оксидах железа), а не в виде льда.
«С момента окончания периода аккреции более четырех миллиардов лет назад происходил непрерывный обмен летучих веществ, включая воду, между поверхностью землей и недрами планеты (то есть между земной корой и мантия).Вулканы выделяют воду и углекислый газ в атмосфера и океан. Субдукция отложений, богатых летучими веществами происходит в глубоководных желобах океана. Опускание океанической коры в зонах субдукции переносит воду и углекислый газ обратно в мантия. Все эти процессы можно увидеть в действии сегодня.
«Короче говоря, ледяной кометный материал, вероятно, не имел значения. в обеспечении водой земных океанов, но мало уверенные знания в этой области.
Океаны, моря и круговорот воды
• Школа наук о воде ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА • Круговорот воды •
Компоненты водного цикла »атмосфера ·  конденсация ·  Evapotranspiration ·  Evapotranspiration ·  пресноводные озера ·  пресноводные озера ·  Хранение подземных вод ·  Хранение подземных вод ·  Ice и Snow ·  Infiltration ·  Океаны ·  Осадки ·  Снеготаяние ·  Родники ·  Речной сток ·  Сублимация ·  Поверхность · 
Океан как (огромное) хранилище воды
Океаны содержат подавляющее большинство всей воды на Земле.
Круговорот воды звучит так, как будто он описывает движение воды над Землей, на ней и сквозь нее… и это так. Но на самом деле гораздо больше воды находится «в запасе» в течение длительных периодов времени, чем фактически движется по круговороту. Хранилищем подавляющего большинства всей воды на Земле являются океаны. Подсчитано, что из 332 500 000 кубических миль (ми ³) (1 386 000 000 кубических километров (км ³)) мирового запаса воды около 321 000 000 миль ³ (1 338 000 000 км 900)Это примерно 96,5 процента от всей воды Земли . Также подсчитано, что океаны поставляют около 90 процентов испаряемой воды, которая входит в круговорот воды.
Вода в океанах соленая (соленая вода), но что мы подразумеваем под «соленой водой»? Соленая вода содержит значительные количества (называемые «концентрациями») растворенных солей. В этом случае концентрация представляет собой количество (по весу) соли в воде, выраженное в «частях на миллион» (ppm). Вода считается соленой, если в ней содержится более 1000 частей на миллион растворенных солей; океанская вода содержит около 35 000 частей на миллион соли.

Объем океанов меняется… медленно
Конечно, ничто, связанное с круговоротом воды, не является постоянным, даже количество воды в океанах. За «краткосрочную перспективу» сотен лет объемы океанов не сильно меняются. Но количество воды в океанах действительно меняется в долгосрочной перспективе. Во время последнего ледникового периода уровень моря был ниже, что позволило людям перейти в Северную Америку из Азии через Берингов пролив (ныне под водой).
В более холодные климатические периоды формируется более ледяных шапок и ледников, и достаточное количество воды в мире накапливается в виде льда, чтобы уменьшить его количество в других частях круговорота воды. Обратное верно в теплые периоды. Во время последнего ледникового периода ледников покрывали почти одну треть суши Земли, в результате чего океаны были примерно на 400 футов (122 метра) ниже, чем сегодня. Во время последнего глобального «теплого периода», около 125 000 лет назад, размеры морей составляли около 18 футов (5,5 м).5. метров) выше, чем сейчас. Около трех миллионов лет назад океаны могли быть на 165 футов (50 метров) выше.

Океаны в движении: приливы
Конечно, океаны всегда в движении. Луна влияет на ежедневные приливы, что делает пляж более интересным местом для прогулок. Приливы сильно различаются по всему миру, а в некоторых местах могут быть довольно драматичными. Самые высокие приливы происходят в замкнутых эстуариях, таких как залив Фанди, Новая Шотландия, Канада, залив Унгава, Квебек и Бристольский пролив в Великобритании.В заливе Фанди максимальные приливы достигают 53 футов (16 метров) в определенное время года (залив Фанди, Ком).

Океаны в движении: «Реки» в океанах
Если вас когда-либо укачивало (надеемся, что нет), то вы знаете, что океан никогда не бывает спокойным. Вы можете подумать, что вода в океанах движется из-за волн, которые гонят ветры. Но на самом деле в океанах есть течения и «реки», которые перемещают огромное количество воды по всему миру.Эти движения оказывают большое влияние на круговорот воды. Течение Куросио, протекающее у берегов Японии, является самым большим течением. Он может проходить от 25 до 75 миль (от 40 до 121 км) в день, 1-3 мили (1,4-4,8 км) в час и достигает глубины около 3300 футов (1000 метров).
Гольфстрим несет теплую соленую воду на север вдоль северо-восточного шельфа (от залива Мэн до мыса Хаттерас, Северная Каролина), перенося тепло из тропиков в более высокие широты. Распространение теплых вод Гольфстрима на север и на сушу влияет на экологические процессы в океане, в том числе на распространение промысловых видов рыб.Это также влияет на погоду в регионе. Гольфстрим возвращает в атмосферу значительное количество тепла.
Авторы и права: НАСА. Карта Роберта Симмона
Гольфстрим — хорошо известный поток теплой воды в Атлантическом океане, движущийся из Мексиканского залива через Атлантический океан в сторону Великобритании. Со скоростью 60 миль (97 километров) в день Гольфстрим перемещает в 100 раз больше воды, чем все реки на Земле. Приходя из теплого климата, Гольфстрим перемещает более теплую воду в Северную Атлантику.Корнуолл, расположенный на юго-западе Великобритании, иногда называют «Корнуоллской Ривьерой» из-за более мягкого климата, связанного с течением Гольфстрима — там даже могут расти пальмы (правда, выносливые сорта)… и все потому, что течения Гольфстрим.
На этой карте показаны температуры поверхности моря в северной части Атлантического океана. Данные взяты из спутниковых наблюдений НАСА. Холодные воды показаны более темными цветами, тогда как оранжевый и желтый цвета указывают на самые теплые температуры. Гольфстрим виден как поток теплой воды, движущийся на север вдоль побережья Северной Америки и на восток в центральную часть Атлантического океана.По мере того, как он продолжает свое путешествие, тепло океана уходит в атмосферу, нагревая воздух над ним. Корнуолл и его пальмы расположены к юго-западу от Лондона, и если вы проведете линию на запад, вы окажетесь недалеко от Ньюфаундленда, Канада. Корнуолл и Ньюфаундленд могут находиться на одинаковых широтах, но вам будет трудно найти какие-либо пальмы, растущие на востоке Канады!

Сколько воды содержится в океанах?
Где на Земле вода?
Для примерного объяснения того, где на Земле есть вода, посмотрите на эту гистограмму.Возможно, вы знаете, что круговорот воды описывает движение воды на Земле, поэтому поймите, что диаграмма и таблица ниже представляют присутствие воды на Земле в определенный момент времени. Если вы вернетесь назад через тысячу или миллион лет, несомненно, эти цифры будут другими!
Обратите внимание, что из общего запаса воды в мире, составляющего около 332,5 миллионов кубических миль воды, более 96 процентов соленые. И из общего количества пресной воды более 68 процентов заперты во льду и ледниках. Еще 30 процентов пресной воды находится в земле. Источники пресной поверхностной воды , такие как реки и озера, составляют лишь около 22 300 кубических миль (93 100 кубических километров), что составляет примерно 1/150 часть одного процента от общего объема воды. Тем не менее, реки и озера являются источниками большей части воды, которую люди используют каждый день.
Одна оценка глобального распределения воды
Источник воды Объем воды в кубических милях Объем воды в кубических километрах Процент от общего количества воды
Океаны, моря и заливы 321 000 000 1 338 000 000 96.5%
Общее количество воды в мире 332 500 000 1 386 000 000 —
Источник: Gleick, P.H., 1996: Водные ресурсы. В Энциклопедии климата и погоды, изд. С. Х. Шнайдер, издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк, том. 2, стр. 817-823.

Как Земля получила свой океан? – Океанографический институт Вудс-Хоул
Адам Сарафян пришел в Океанографический институт Вудс-Хоул (WHOI) в качестве аспиранта, чтобы узнать, как Земля получила свой океан.
«Большой вопрос в том, как и когда на планете появилась вода?» сказал Хорст Маршалл, один из докторов философии Сарафяна. консультанты WHOI. «У всех народов есть мифы о том, откуда взялась вода. В Книге Бытия, в Ветхом Завете, в скандинавских мифах, а также в греческих мифах — это старый вопрос».
Действительно, это один из старейших вопросов в Солнечной системе, и есть два возможных ответа, сказал Сарафян: «Либо Земля сформировалась и сухая, сидит там, ожидая воды, и вода пришла из комет или других влажных тел столкновение с Землей относительно поздно в истории.Или вода пришла изнутри Земли — это означает, что Земля получила воду, пока Земля еще формировалась, а затем вулканы выпустили пар и другие водосодержащие соединения на поверхность».
По иронии судьбы, ответы на эту загадку лежат не в жидкой воде, а в твердых породах. Сарафян и его коллеги прошли кропотливый путь, чтобы извлечь доказательства из редких образцов древних метеоритов, упавших на Землю.
Но настойчивость Сарафяну была не чужда. Он преодолел неспособность к обучению, из-за которой ему трудно читать, и покорил вершины всеамериканского прыгуна с шестом — и все это до того, как он начал научную карьеру, которая теперь позволила ему мчаться через вселенную и вернуться во времени к тому периоду, когда Земля все еще формировалась.
Высоты и препятствия
В третьем классе Сарафяну поставили диагноз «неспособность к обучению». «Я не мог по-настоящему прочитать абзац и понять, о чем он — любой абзац, — сказал он. «Вместо факультативов я посещал курсы специального образования. На протяжении всей школы это была борьба — я просто пытался заставить себя уметь читать».
Но он должен быть хорош в легкой атлетике. «Моя мать владеет школой гимнастики в Итонтауне, штат Нью-Джерси, — сказал он. «Я вырос в тренажерном зале.Я тусовался там и играл, пока моя мама работала».
Тренер по легкой атлетике в старшей школе уговорил его попробовать себя в прыжках с шестом, и он это сделал.
«В младшем классе я поставил перед собой цель выиграть чемпионат штата, — сказал он. «Поэтому я тренировался без перерыва».
«Адам тщательно готовился и уделял внимание деталям, — сказал его тренер Марк ДеСомма. «Он знал все правила и положения. На нашей встрече чемпионата конференции он сообщил директору соревнований, что яма для прыжков с шестом не регламентирована.Директор встречи сказал ему: «Сын, ты можешь выбирать, прыгать или не прыгать, но это наша яма, и она никуда не денется».
Сарафян побил рекорд штата в 16 футов 6 дюймов, который держался 25 лет. Затем он прыгнул на 17 футов 4½ дюйма на чемпионате конференции, побив рекорд на поразительные 10½ дюймов.
Это принесло ему стипендию по прыжкам с шестом в Университете Джорджии, где он стал всеамериканским членом NCAA. Однако к старшему году количество травм увеличилось.
«Я сломал руку, когда сломал шест. И я сказал: «Это мой последний год, я мог бы просто продолжать». Мы перевяжем руку, все будет хорошо». Затем, в конце сезона, мои ноги начали очень сильно болеть». Сарафян завершил свои последние два месяца своей карьеры в легкой атлетике NCAA с переломами обеих ног.
Легкая атлетика
На соревнованиях регионального чемпионата Сарафян едва мог ходить. «После каждого прыжка я даже не мог встать с ковра. Я бы уполз. Я подумал: «Ну, я не попаду на национальные соревнования, но это была хорошая поездка».
Он немного успокоился по другой причине. В колледже у него появилось еще одно увлечение: геология. Чтобы получить диплом геолога, потребовалось два месяца полевых работ, которые начались примерно в то же время, что и национальный чемпионат. «Тогда чиновник подходит и говорит: «Вы прошли на национальный уровень!»
В отборочных матчах национальных чемпионатов его ноги так распухли, что он носил обувь большего размера.
У него так сильно болели ноги, что он мог выдержать только короткие пробежки до бара.«Я подумал: «Хорошо, последний прыжок, вот и все!» Я сделал это и сказал: «По крайней мере, я сделал это на предварительных национальных отборах». в финал!», а я такой: «Неееет! Мне нужно идти на полевые работы».
Однако в последний момент он был исключен из соревнований. «Порезаться было горько, но я знал, что совсем не на высоте, и мое тело ломалось. Я смотрел финал и болел за всех своих друзей. Два дня спустя я был на Аляске в походных ботинках, карабкался по горам, выполняя полевые геологические исследования.
«Прыжки с шестом, — сказал ДеСомма, — повторяющиеся, размеренные, со многими разочаровывающими днями, едва пропущенными попытками и неудачей за неудачей, пока не наступят удивительные моменты успеха. Личность Адама заключалась в неустанном стремлении к совершенству».
Сарафян направил эту энергию на свою научную карьеру.
В начале
Вопрос о происхождении воды на Земле впервые возник у Сарафяна на курсах бакалавриата и продолжился, когда он получил степень магистра в Джорджии.«Ответ всегда был «мы не знаем!», — сказал он.
В дни зарождения нашей Солнечной системы около 4,6 миллиардов лет назад Земля и другие протопланеты все еще формировались, объяснил Сарафян. На определенном расстоянии от солнца было слишком жарко, чтобы вода оставалась стабильной, и любой пар был бы выдуван солнечным ветром. За пределами достаточно далекого от солнца расстояния, называемого «снежной линией», вода могла существовать в форме льда. Внутренний край снежной линии окружал пояс астероидов, в который входил большой астероид под названием Веста.«Это почти как планета, которая не полностью сформировалась», — сказал он.
Около 15 лет назад «ученые начали думать, что, возможно, вода на Земле образовалась из углеродистых хондритов», — сказал Сарафян. Это тип метеорита, который содержит много воды. Гипотеза заключалась в том, что орбита огромного протоЮпитера начала приближаться к Солнцу. «Юпитер сказал: «Уйди с моего пути», и все эти богатые водой углеродистые хондриты за пределами снежной линии были отброшены к солнцу и ко всем внутренним планетам, Меркурию, Венере, Земле и Марсу.Они врежутся в Весту или даже в Землю и встроятся в горные породы на внутренних планетах в течение первых 20 миллионов лет формирования Солнечной системы».
Так ученые начали сравнивать земную воду с водой в углеродистых хондритах. Ключом является водород, самый распространенный элемент во Вселенной. У водорода есть два изотопа — обычный водород с массой один и дейтерий или «тяжелый водород» с массой два. Соотношение этих изотопов различается в разных частях Солнечной системы.Солнце состоит в основном из обычного водорода. Но кометы, состоящие в основном из камня и льда, образовались гораздо дальше от Солнца и содержат больше дейтерия. Водород в земной воде находится где-то между солнцем и кометами.
Измерения изотопов водорода в углеродистых хондритах очень хорошо согласуются с земной водой. Это подтвердило идею о том, что земная вода образовалась из хондритов. Но когда это произошло? Проблема заключалась в том, что хондриты могли принести воду рано, врезавшись в растущую планету, или поздно, забросав Землю уже после ее образования.Чтобы это узнать, ученым нужно было найти воду в горных породах, образовавшихся очень рано, в том же регионе и в то же время, что и Земля.
Многообещающим источником был тип породы, называемый эвкритом. Это осколки астероида Веста, упавшие на Землю в виде метеоритов.
«Веста полностью замерзла и заперлась примерно через 14 миллионов лет после образования Солнечной системы, поэтому она получила всю свою воду раньше», — сказал Сарафян. «В то время Земля была от четверти до половины своего размера и продолжала расти.
Чтобы выполнить свой квест, Сарафяну нужно было преодолеть два препятствия: ему нужно было получить редкие образцы эвкритов, и ему нужно было найти способ измерить содержание в них воды.
Аппетит к апатитам
Чтобы получить эвкриты, Сарафян обратился в учреждения, собирающие образцы метеоритов, такие как НАСА, Смитсоновский институт и Американский музей естественной истории.
— Это не так просто, — сказал Маршалл. «Вы должны убедить их, что то, что вы хотите сделать, того стоит.Он убедил их, будучи студентом, даже без поддержки учебного заведения. Я очень ценю стремление и мотивацию Адама».
Далее пошло измерение. В отличие от хондритов, которые представляют собой богатые водой осадочные породы, Веста и эвкриты состоят из базальта, очень похожего на породу, слагающую морское дно.
Сарафян узнал, что геолог WHOI Нобу Симидзу разработал метод измерения количества воды, попавшей в стеклянные карманы в базальтовых породах морского дна, используя Северо-восточный национальный центр ионных микрозондов в WHOI.Сарафян хотел измерить воду в другом минерале, обычно встречающемся как в породах морского дна, так и в метеоритах: апатите. Поэтому он спросил Симидзу и геолога WHOI Генри Дика, может ли он провести лето в WHOI в качестве приглашенного студента, работая с ними, «чтобы взять уже имеющуюся у них технику и приспособить ее к измерению воды в апатитах».
«Многие специалисты в области планет, вероятно, сказали бы: «Вы не должны это измерять — в эвкритах нет воды», — сказал Сарафян. Но для своей магистерской работы в Джорджии он впервые сообщил о наличии воды в эвкритах.
Этот подвиг неумолимо привел его к следующему вопросу: что является источником воды? Это привело к еще одной высокой планке: измерение изотопов водорода в чрезвычайно низких концентрациях воды.
Вода, везде вода
После получения степени магистра Сарафян, естественно, вернулся в WHOI. Находясь здесь, он встретил Маршалла и другого геолога WHOI, Суне Нильсен. Они взяли его в качестве приглашенного студента еще на лето, а затем на год, чтобы продолжить свои исследования, пока он подавал заявку на участие в совместной программе MIT-WHOI.Эти двое теперь являются соавторами Сарафяна в его докторской диссертации. исследовательская работа.
«У нас также есть отличный лаборант в лаборатории ионных микрозондов по имени Брайан Монтелеоне, — сказал Сарафян, — и мы начали выяснять, как будем проводить измерения. Брайан всегда говорит, что его любимые проекты — это то, где мы доводим нашу машину до предела».
Есть две проблемы. Во-первых, «мы измеряем незначительное количество метеоритной воды, и мы должны убедиться, что мы ничего больше не измеряем. Мы постоянно думаем, что мы , а не хотим измерять любых земных вод. И вода есть везде на Земле. Мы должны обеззаразить машину как можно лучше».
Они поместили образцы под мощный вакуум на неделю или две, чтобы отсосать воду. Затем образцы попадают в ионный микрозонд в условиях сверхвысокого вакуума, который отсасывает практически весь воздух и воду. Практически всего. Исследователям еще предстоит провести тщательные измерения чрезвычайно низких концентраций любого остаточного водорода, рассчитать базовый стандарт водорода в машине, а затем вычесть его из своих окончательных расчетов.
Хорошей новостью является то, что минеральная структура апатита препятствует диффузии земной воды внутрь. Таким образом, любая вода, запертая внутри, является метеоритной. Но на каменных поверхностях все еще могут быть бесконечно малые трещины, которые могут удерживать бесконечно малое количество земной воды.
«Мы полируем образцы идеально ровно с минимальным количеством возможных трещин, а это требует много полировки», — сказал он.
Готов, целься, огонь. Повторение.
Ионный микрозонд фокусирует ионный пучок на очень маленьком участке образца, примерно 10 микрон в ширину, 10 микрон в длину и 1 микрон в глубину.
Луч выбрасывает из образца ионы, которые проходят через масс-спектрометр. Он обнаруживает и различает ионы по их массе и заряду — в данном случае по соотношению нормальных и тяжелых ионов водорода.
«Мы также специально анализируем трещины, чтобы знать, сколько воды может быть в них и каково ее изотопное соотношение», — сказал он. «Поэтому приходится много фокусироваться, выравнивать и повторно запускать наши стандарты, и если луч отклоняется на маленьких бит, это проблема.У нас много стандартов и много кряков. И каждая трещина, которую мы запускаем, занимает час. Каждый стандарт, который мы запускаем, составляет час, и время от времени мы получаем точку данных. Это кропотливо, и нам приходится отбрасывать довольно много анализов, потому что мы не думаем, что они достаточно строгие».
В конце концов, соотношение изотопов водорода в эвкритах стало таким же, как на Земле. «Это означает, что вода в самой ранней Солнечной системе, когда формировались эвкриты, была точно такой же, как вода на Земле сегодня.
Исследование, опубликованное в октябре 2014 года в престижном журнале
Science , «показывает, что земная вода, скорее всего, образовалась в то же время, что и порода, формирующая планету», — сказал Маршалл. «Планета сформировалась как влажная планета с водой на поверхности».
— Ответ в том, что наши океаны всегда были здесь, — сказал Сарафян.
Чтение и письмо
Сарафян был ведущим автором статьи Science с соавторами Нильсеном, Маршаллом, Монтелеоне и Фрэнсисом МакКаббином из Института метеоритики Университета Нью-Мексико.Это заставило его вспомнить студенческие годы, когда чтение научной статьи было еще тяжелым испытанием.
«Как только я начал заниматься геологией, я сказал: «Мне действительно нужно уметь читать». Было много перечитывания статей, выделения, записи сбоку — часы, часы, часы. Сначала я просто смотрел на рисунки и подписи. Я посмотрел много слов.
«Я запирался в своей комнате или кабинете и часами не спал, перечитывая бумаги. У меня в офисе был спальный мешок и тостер, и я там бывал совсем немного.Я рассматривал это как то, что догоняю всех остальных, потому что чувствовал себя таким отстающим.
«Потребовалось значительное количество времени и много людей, чтобы иметь возможность прочитать научную статью и получить из нее что-нибудь . В конце концов, я мог читать научные статьи быстро и тщательно, чтобы получить всю информацию. Но я до сих пор совсем не умею читать художественную литературу. Думаю, я не хочу тратить , столько времени на вымысел».
Путешествие в прошлое
Исследовательский путь Сарафяна продолжается быстрыми темпами.Он начал анализировать образцы метеоров, которые на 10 миллионов лет старше эвкритов. Эти метеоритные осколки, время от времени падающие на Землю, называются ангритами, и они образовались примерно через четыре миллиона лет после образования Солнечной системы.
— Если у ангритов такие же изотопы водорода, как у Весты и Земли, это означает, что вода аккрецировала в эти планетарные тела на протяжении всего времени их формирования, почти с нуля, — сказал он. Он также исследует, могли ли другие элементы, необходимые для зарождения жизни, такие как углерод и азот, также сопровождать водород на углеродистых хондритах и доставляться на Землю раньше.
В настоящее время Сарафян проводит большую часть своего времени в Космическом центре НАСА имени Джонсона и в Институте Карнеги в Вашингтоне, где он использует ионный зонд, который специализируется на измерении чрезвычайно малых количеств водорода и углерода.
Тем временем где-то там Веста все еще вращается вокруг дальнего края нашей Солнечной системы, и студент ищет слово «эвкрит».
Это исследование поддерживается премией WHOI Mellon Award за инновационные исследования, Ocean Venture Fund WHOI и стипендией НАСА для выпускников.
Сколько лет океану? | Морская наука
Люди в восторге от «особой» воды. От пива, сваренного из канадского льда возрастом 25 000 лет, до различных дорогих бутилированных вод, поставляемых по всей планете, и общего отвращения к переработке сточных вод, мы, кажется, забываем, что вся вода на Земле была взята из одного и того же места и просто перемещается между разными пулами. Вот почему однажды я нарисовал гидрологический цикл на своей доске для серфинга: небольшое напоминание о том, что все взаимосвязано, и мы не должны загрязнять эти в конечном счете конечные резервуары.
Но если практически никакая вода на Земле не является «свежей», то сколько ей лет и как она сюда попала? Земля и другие планеты в нашей Солнечной системе, вероятно, образовались около 4,54 миллиарда лет назад в результате конденсации и аккреции пыли и камней в растущие глыбы, которые в конечном итоге стали планетами из-за гравитационного притяжения. Но первоначально на Земле, вероятно, не было жидкой воды (если эта теория формирования планет верна, то поначалу она была слишком горячей для жидкой воды).
Есть два основных сценария, по которым, по мнению ученых, могли образоваться океаны. Либо океаны возникли в результате выделения водяного пара, который охлаждался, конденсировался и выливался дождем в виде жидкой воды из расплавленных недр Земли (это продолжается и сегодня в связи с вулканической активностью) — в основном пар выходил из земных пород; и/или доставка из космоса при столкновении ледяных комет или метеоров с Землей. Какой из этих сценариев отвечает за большую часть воды в океанах, пока неясно, но мы знаем, что большая часть воды в океанах (и на остальной части планеты) очень древняя — возрастом порядка 4 миллиардов лет. .
Однако, когда ученые ссылаются на «возраст» океанских вод, они часто имеют в виду совсем другое — как долго вода находилась вне контакта с атмосферой на поверхности океана. Океаны не стоят на месте — по поверхности текут теплые тропические воды, движущиеся к полюсам на западных сторонах океанских бассейнов, и холодные арктические и антарктические воды, движущиеся обратно к экватору на восточных сторонах (см. эту страницу для некоторых удивительных визуализации).
Но океаны также переворачиваются вертикально — холодные и соленые (и, следовательно, плотные) поверхностные воды опускаются на дно в нескольких местах по всему миру, затем проходят через бассейны вниз в холодные темные глубины, прежде чем всплыть в другом месте. Это называется термохалинной циркуляцией, потому что она обусловлена разницей в плотности воды, вызванной температурой — «термо» и соленостью — «халин». Его также называют океанским конвейером. Один из способов получить очень плотную воду — это когда океан замерзает: соль отделяется ото льда, а окружающая жидкая океанская вода становится очень соленой.
Итак, сколько времени требуется средней капле морской воды, чтобы совершить один полный оборот вокруг бассейнов океана, от поверхности в северной части Атлантического океана до глубин северной части Тихого океана? Около 1000 лет.
Если вы думаете, что это означает, что старая вода полностью свободна от каких-либо грубых веществ, которые люди сбрасывают в океан, и поэтому вы должны пить ее, то действительно можете, по более высокой цене (примечание: я думаю, что вся эта идея это орехи).
Откуда мы знаем, что глубоководным водам Тихого океана около 1000 лет? На нем нет даты свежести или полезных функций датирования, таких как кольца на дереве.Одним из удобных инструментов для определения возраста моря является радиоуглеродное датирование, или ¹⁴ C датирование. Этот радиоактивный элемент естественным образом создается в атмосфере солнечным излучением и составляет небольшой процент всего углерода на Земле (остальная часть состоит из стабильных форм элемента: ¹² C и ¹³ C). Углеродсодержащие соединения, такие как атмосферный CO ₂, содержащие «свежий» радиоуглерод, могут растворяться в океанских водах при контакте с воздухом. Тогда эти поверхностные воды будут содержать такое же количество радиоуглерода, как и атмосфера, но когда они тонут, радиоактивный углерод начинает распадаться с заданной скоростью.
Измеряя количество оставшегося радиоуглерода в океанских водах на разных глубинах и в разных местах по всему миру, мы знаем, что в глубоком Тихом океане находятся самые старые воды океана, которые не контактировали с атмосферой около 1000 лет назад. они снова смешиваются с поверхностью.
Итак, что вы думаете? Почему перемешивание океана важно? Что может произойти, если циркуляция замедлится из-за глобального изменения климата? (Подсказка: вы видели фантастический фильм «Послезавтра»?)
Ссылки
Элкинс-Тантон, Л.Т. Образование ранних водных океанов на каменистых планетах. Астрофизика и космические науки 332, 359-364 (2011).
Hartogh, P., et al. Океаническая вода в комете семейства Юпитера 103P/Hartley 2. Nature 478 , 218-220 (2011).
Брайден Х.Л., Лонгворт Х.Р., Каннингем С.А. Замедление меридиональной опрокидывающей циркуляции Атлантики на 25° северной широты Nature 438 , 655-657 (2005).
земных океанов были доморощенными | Наука
Откуда на Земле появились океаны? Астрономы уже давно утверждают, что ледяные кометы и астероиды доставили им воду в эпоху тяжелых бомбардировок, которая закончилась около 3.9 миллиардов лет назад. Но новое исследование предполагает, что Земля поставляла свою собственную воду, выщелачивая ее из горных пород, сформировавших планету. Открытие может помочь объяснить, почему жизнь на Земле появилась так рано, и может указывать на то, что другие каменистые миры также затоплены огромными морями.
На нашей планете всегда была вода. Обломки, из которых образовалась Земля, содержали следовые количества вещества — от десятков до сотен частей на миллион. Но ученые не верили, что этого достаточно для создания сегодняшних океанов, и поэтому они искали инопланетное происхождение для нашего водоснабжения.Геолог Линда Элкинс-Тантон из Массачусетского технологического института в Кембридже не считала, что исследователям нужно заглядывать так далеко.
Чтобы доказать свою правоту, она провела химический и физический анализ земной библиотеки метеоритов — полезного аналога строительных блоков нашей планеты. Затем она ввела данные в компьютерную симуляцию ранних планет, похожих на Землю. Ее модели показывают, что большой процент воды в расплавленной породе быстро образует паровую атмосферу, прежде чем охладиться и сконденсироваться в океан.Процесс занял бы десятки миллионов лет, а это означает, что океаны плескались по Земле уже 4,4 миллиарда лет назад. Даже скудное количество воды в мантии, которая намного суше, чем песок в Сахаре, должно образовать океаны глубиной в сотни метров, сообщает Элкинс-Тантон в статье Astrophysics and Space Science .
Астробиологов постоянно удивляло, как быстро развивалась жизнь на Земле — в течение 600 миллионов лет после образования планеты, или около 3 лет.9 миллиардов лет назад. Выводы Элкинса-Тантона могут помочь объяснить, почему. «Если бы водяные океаны существовали вскоре после удара, образовавшего Луну [около 4,45 миллиарда лет назад], — говорит Дирк Шульце-Макух, астробиолог из Университета штата Вашингтон, Пуллман, — для эволюции жизни было бы доступно гораздо больше времени». , и это объясняет, почему жизнь уже была относительно сложной, когда мы находим первые ее следы в рок-записях».
Пин Чен, планетолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, говорит, что Элкинс-Тантон представляет убедительную научную историю о том, что океаны формируются очень рано в истории планеты земного типа.Чен отмечает, что работа также поддерживает предположение о том, что на раннем Марсе был более влажный климат, чем сегодня, и, таким образом, могла поддерживаться жизнь. То же самое может быть и с рядом похожих на Землю планет, которые астрономы только начинают открывать, говорит Шульце-Макух.
Несмотря на это, Макс Бернштейн, астрохимик из штаб-квартиры НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия, отмечает, что модели Элкинса-Тантона не включают возможность того, что огромные столкновения астероидов и комет, преобладавшие во время формирования нашей Солнечной системы, испарились из воды.«То, что раньше был океан, — говорит он, — не означает, что он существовал достаточно долго для жизни». Элкинс-Тантон возражает, что даже сильное столкновение не приведет к тому, что планеты, подобные Земле, потеряют более половины своих океанов.
Земля потеряла и приобрела множество океанов. Вот где может появиться новый.
В затемненной комнате Американского музея естественной истории в Нью-Йорке непритязательная каменная стена тянется почти до потолка. На первый взгляд он выглядит как плита, предназначенная для кухонного острова или столешницы, с черными, белыми и розовыми крапинками, смешивающимися в полосах минералов, которые тянутся высоко над моей головой.Но затем свет дисплея меняется с белого на черный, и 10-тонный камень начинает светиться неоново-оранжевым и зеленым.
«У вас не может не отвиснуть челюсть», — говорит Джордж Харлоу, куратор недавно отремонтированного Зала драгоценных камней и минералов Миньоне, где стоит камень.
Потрясающая яркость выдает уникальность минералов: они дно ныне исчезнувшего океана около 1,2 миллиарда лет назад, в то время, когда веретена водорослей размером меньше риса были одними из крупнейших форм жизни.В этом древнем океане частицы, богатые металлами, поднимались из гидротермальных источников и оседали на морское дно слоями, создавая особую смесь элементов, которые теперь флуоресцируют под воздействием ультрафиолетового света.
Скалы — яркое напоминание о том, как сильно изменились наши океаны за миллиарды лет истории под влиянием постоянно меняющейся сети тектонических плит планеты. Эти сдвиги колеблются, как падающие домино, через геологические, атмосферные и биологические системы, влияя на все, от разнообразия минералов Земли до путей океанских течений и атмосферных потоков.И все это влияет на жизнь, какой мы ее знаем сегодня.
Эта панель из флуоресцентного камня размером со стену, добытая в Огденсбурге, штат Нью-Джерси, представляет собой часть ныне исчезнувшего океана, существовавшего около 1,2 миллиарда лет назад.
Фотография Д. Финнина/©AMNH
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
«Изменения во всей земной системе, происходящие как часть меняющейся географии, огромны», — говорит Шанан Питерс, геолог из Университета Висконсин-Мэдисон, специализирующийся на совместной эволюции жизни и земных систем.
Сохранившиеся плиты морского дна, такие как эта, представленная на выставке, наряду с множеством других геологических подсказок помогают ученым воссоздать запутанную историю океанов, потерянных во времени, — Япет, Рейк, Тетис, Панталассик, Урал и другие. Точно так же, как эти древние водоемы, наши современные океаны также со временем закроются, а другие сформируются заново.
Как просто выразился Харлоу: «Вещи не остановились».
Подсказки, выгравированные на морском дне
Постоянно меняющиеся тектонические плиты нашей планеты не только возвышают горы и вырезают долины, но и заставляют океаны открываться и закрываться циклически — «почти как аккордеон», — говорит Эндрю Мердит. специалист по тектоническому моделированию в Университете Лидса.
Движение частично обусловлено зонами субдукции, в которых одна плита погружается под другую. Это действие перерабатывает морское дно в недра нашей планеты и тянет землю за собой, сужая промежутки между континентами.
Каменная плита в Американском музее естественной истории, например, родом из Огденсбурга, штат Нью-Джерси, и сохранилась во время древнего столкновения между предшественником Северной Америки и другим древним континентом. Разрушение уничтожило океан между массивами суши, превратив слоистые отложения морского дна при высоких температурах и давлениях в горную породу, которая стоит сегодня.
Тем не менее, несколько фрагментов древнего морского дна, сохранившиеся на суше, такие как скалы в Нью-Джерси или кусок мантии, обнаженный в Мэриленде, могут дать лишь небольшие намеки на смещение океанов во времени. Чтобы лучше понять эти движения, некоторые ученые обращаются к записи, выгравированной на морском дне: магнитные минералы.
Рождение океанических плит происходит вдоль самой длинной горной цепи в мире: подводной цепи, известной как срединно-океанический хребет. Извиваясь примерно на 40 390 миль вокруг нашей планеты, гребень отмечает, где тектонические плиты расходятся, а горячие породы из мантии поднимаются вверх, чтобы заполнить пустоту.По мере того как эта расплавленная порода остывает, некоторые из ее минералов выравниваются с магнитным полем планеты, создавая геологический штрих-код вдоль морского дна, который добавляет новые линии каждый раз, когда поле переворачивается. Ученые могут использовать эти штрих-коды для отслеживания наших изменяющихся форм океанов во времени.
Призраки океанов прошлого
Магнитная летопись, однако, несовершенна: «Чем дальше мы уходим в прошлое, тем меньше и меньше океанических пород нам приходится иметь дело», — говорит Грейс Шепард, геофизик и эксперт в области геофизики. тектонические реконструкции плит в Университете Осло.За исключением небольшой полоски горных пород, лежащих под Средиземным морем, возраст которой составляет 340 миллионов лет, большая часть морского дна возникла всего 100 миллионов лет назад, а возраст большей части моложе 200 миллионов лет.
Ученые, однако, нашли способ идентифицировать дно исчезнувших морей, которые погрузились в мантию Земли и теперь прячутся на океанском кладбище.
Метод включает в себя изучение скорости сейсмических волн от землетрясений, распространяющихся по планете.Потерянные участки океанского дна могут оставаться относительно прохладными в течение 250 миллионов лет или около того, и сейсмические сигналы отличаются при прохождении через холодные плиты по сравнению с шипящими недрами Земли.
Земля — единственная известная планета, на которой существует жизнь. Узнайте о происхождении нашей родной планеты и некоторых ключевых ингредиентах, которые помогают сделать это голубое пятнышко в космосе уникальной глобальной экосистемой.
«У нас под ногами всегда был черный ящик», — объясняет Доуве ван Хинсберген, специалист по тектонике плит из Утрехтского университета в Нидерландах.Но теперь сейсмический анализ позволяет ученым изучить эти древние плиты и повернуть геологические часы вспять, раскручивая подземные силы, управляющие нашим миром. Эти призрачные останки морского дна скрываются почти под каждым континентом, и ван Хинсберген и его коллеги каталогизировали почти сотню в своем так называемом Атласе подземного мира.
Среди самых старых фрагментов — остатки океанических плит возрастом примерно до 250 миллионов лет, которые сейчас находятся на границе между мантией и ядром. Это включает в себя океан Палео-Тетис, который когда-то омывал берега Гондваны, суперконтинента, в основном состоящего из того, что сейчас является Южной Америкой, Африкой, Индией, Аравией, Австралией и Антарктидой.
Объединение этих потерянных фрагментов морского дна, магнитных штрих-кодов и множества других геологических подсказок позволило группе ученых создать потрясающую реконструкцию миллиардного прошлого нашей планеты.
Мердит, один из архитекторов модели, отмечает, что это не последнее слово о ранней форме Земли, которая может продолжать меняться по мере появления новых данных. Но воспроизведение видео этого танца континентов и океанов подчеркивает завораживающую природу меняющейся формы поверхности нашей планеты.
«Все это часть глобальной головоломки, — говорит Шепард.
Рябь в средах обитания Земли
По мере того, как океаны открываются и закрываются, а континенты дрейфуют по планете, трансформирующаяся среда создает основу для трансформации жизни. Формирование нового океана, например, может быть благом для биоразнообразия, как это видно во время всплеска, который произошел, когда Пангея распалась, согласно работе Петерса и его коллег.
Пангея содержала группы предков всех основных земных существ сегодня, объясняет Петерс. После того, как суперконтинент раскололся на части, наземные животные превратились в разнообразные цвета, размеры и образ жизни на своих изолированных участках. Новые пути океанической циркуляции также несли влагу вглубь континентов, смачивая ранее высохшие пояса. Тем временем вдоль новых континентальных шельфов открылись свежие полосы мелких залитых солнцем вод, где процветает морская жизнь.
«Эти края полок — отличная недвижимость, если вы моллюск, рыба или что-то в этом роде», — говорит Питерс. Когда Пангея распалась, жизнь на Земле забурлила.
Даже небольшие тектонические сдвиги могут оказать серьезное влияние на поверхностный мир. Одним особенно поразительным примером является образование Панамского перешейка, кусочка земли, соединяющего Северную и Южную Америку, объясняет Питерс. Вода текла из Атлантики в Тихий океан через эту океаническую артерию около 20 миллионов лет назад. Но когда Тихоокеанская плита погрузилась под Карибскую плиту, она подняла морское дно и вызвала заряд подводных вулканов на поверхность.
Водная связь между океанами начала сужаться и, в конце концов, полностью прервалась.Это изменение привело к тому, что теплые воды устремились на север по течению, ныне известному как Гольфстрим, которое повысило температуру на северо-западе Европы, создав относительно мягкий климат в регионе, несмотря на то, что он находится на таком же расстоянии к северу от экватора, как и холодные районы Канады.
Это изменение также подготовило почву для современной конвейерной ленты океанских течений, которая контролирует модели штормов, поток питательных веществ и многое другое. «Закрытие Панамского перешейка имело огромный эффект, — говорит Петерс.
Океаны еще впереди
В будущем нашей планеты предстоит еще много тектонических сдвигов, которые изменят мир.Примерно через 250 миллионов лет земные массивы могут снова объединиться в суперконтинент: Ультима Пангея. В этом потенциальном сценарии, разработанном Кристофером Скотезе, директором проекта PALEOMAP, Атлантический океан почти закрывается и превращается в скромное внутреннее море.
Но геологическое будущее остается неопределенным. Возможно, могло произойти как раз обратное, и Тихий океан закрылся, образовав суперконтинент на противоположной стороне мира, получивший название Новопангея. Другие модели предполагают, что некоторая комбинация изменений может привести к закрытию Атлантического и Тихого океанов, поскольку в Азии рождаются новые океаны.
Каким бы ни был сценарий нашего далекого будущего, тектонические изменения уже происходят. Ученые считают, что следующий океан Земли может образоваться в Восточно-Африканской рифтовой зоне, где поднимающийся шлейф раскаленных скал медленно раздвигает полосу суши вдоль восточного побережья континента, объясняет Синтия Эбингер, геофизик из Тулейнского университета, которая провела обширное исследование. в регионе.
Сегодня этот раскол имеет вполне реальные последствия, о чем свидетельствует обилие вулканизма в этой части мира, включая разрушительное извержение горы Ньирагонго в Демократической Республике Конго, которое недавно привело к перемещению до 400 000 человек и гибели не менее 32 человек. .По словам Эбингера, другой вулкан на побережье Эритреи оказывает иное влияние: он держит Красное море в страхе, защищая участки северо-восточной Эфиопии, лежащие ниже уровня моря, от наводнений. Когда-то в этом регионе образовался небольшой океан, и, хотя вода уже давно высохла, сдвиг плит Земли может в конечном итоге вызвать новые наводнения.
В то время как тектоника была ключевой движущей силой геологического прошлого и будущего нашей планеты, сегодня в земные процессы вмешивается другая мощная сила: мы.Люди выбрасывают в небо согревающие планету газы с беспрецедентной скоростью, изменяя циркуляцию океана и атмосферы со смертельными последствиями. Люди также смешивают экосистемы за счет импорта и путешествий, как никогда раньше.
«Это процесс, которого Земля никогда раньше не видела, никогда. Ни разу», — говорит Питерс.
Эпоха людей — всего лишь всплеск в геологическом времени, но наши действия обещают оставить неизгладимый след в мире, особенно в перемешивании биосферы, — говорит Питерс.