Главная | Обратная связь

Вплив ГДР на появу та формування атмосфери та гідросфери

Згідно сучасним уявленням, атмосфера і гідросфера виникли в результаті дегазації магми, виплавляється при вулканічних процесах з верхньої мантії і створює земну кору. Атмосфера і гідросфера складаються з легких летючих речовин (сполук водню, вуглецю та азоту), зміст яких на Землі в цілому дуже мало - приблизно в мільйон разів менше, ніж у космосі. Причина такого дефіциту полягає в тому, що ці летючі речовини були "вимиті" ще з протопланетного хмари сонячним вітром (тобто потоками сонячної плазми) і тиском світла. У момент утворення Землі з протопланетної хмари всі елементи її майбутньої атмосфери та гідросфери перебували у зв'язаному вигляді, в складі твердих речовин: вода - в гідроксиди, азот - в нітриду (і, можливо, в нітратах), кисень - в оксидах металів, вуглець - в графіті, карбіду і карбонатах.

Сучасні вулканічні гази приблизно на 75% складаються з води і на 15% - з вуглекислоти, а залишок припадає на метан, аміак, сполуки сірки (H₂S і SO₂) і "кислі дими" (HCl, HF, HBr, HJ), а також інертні гази; вільний кисень повністю відсутній. Вивчення вмісту газових бульбашок в найдавніших (катархейського) кварцитах Алданського щита показало, що якісний склад цих газів повністю відповідає тому, що перераховано вище. Оскільки ця первинна атмосфера була ще дуже тонкою, температура на поверхні Землі була дорівнює температурі променистого рівноваги, що виходить при вирівнюванні потоку сонячного тепла, що поглинається поверхнею, з потоком тепла, випромінюваним нею; для планети з параметрами Землі температура променистого рівноваги дорівнює приблизно 15^оC.

В результаті майже весь водяний пар зі складу вулканічних газів повинен був конденсуватися, формуючи гідросферу. В цей первинний океан переходили, розчиняючись у воді, та інші складові частини вулканічних газів - велика частина вуглекислого газу, "кислі дими", окису сірки і частина аміаку. В результаті первинна атмосфера (що містить - в рівновазі з океаном - водяні пари, CO₂, CO, CH₄, NH₃, H₂S та інертні гази, і що є відновлювальної) залишалася тонкою, і температура на поверхні планети не відхилялася скільки-небудь помітно від точки променистого рівноваги , залишаючись в межах існування рідкої води. Це і визначило одне з головних відмінностей Землі від інших планет Сонячної системи - постійна наявність на ній гідросфери.

Як же змінювався обсяг гідросфери протягом її історії? У розплавленому базальті (в астеносфері) за температури 1000^оС і тиску 5-10 тис. атмосфер розчинено до 7-8% H₂O: саме стільки води, як встановлено вулканології, дегазуються при зіслання лав. Велика частина цієї води (що має, таким чином, мантійних походження) поповнювала собою гідросферу, але частина її поглиналася назад породами океанічної кори (цей процес називається серпентінізаціі). Розрахунки геофізиків показують, що в катархеї і археї води в океанських западинах було мало - вона ще не прикривала серединно-океанічні хребти; в океанічну кору вона надходила не з океанів, а знизу - безпосередньо з мантії. На початку протерозою рівень океанів досяг вершин серединно-океанічних хребтів, але протягом всього раннього протерозою практично весь обсяг надходила в океани води поглинався породами океанічної кори. На початок середнього протерозою процеси серпентізаціі закінчилися, і океанічна кора знайшла сучасний склад. З цього часу обсяг океанів знову почав наростати, і процес цей буде тривати, поступово вповільнюючись, і далі - поки на Землі не припиняться вулканічні процеси.

Якщо запитати людину: "Чому море солоне?", Він майже напевно відповість: "Від того ж, чому солона безстічні озера (на кшталт озера Ельтон, що постачає нас харчової кухонною сіллю): впадають в море річки несуть деяку кількість солей, потім вода випаровується, а сіль залишається ". Відповідь цей хибний: солоність океану має зовсім іншу природу, ніж солоність внутрішньоконтинентальних кінцевих водойм стоку. Справа в тому, що вода первинного океану мала різні домішки. Одним джерелом цих домішок були водорозчинні атмосферні гази, іншим - гірські породи, з яких в результаті ерозії (як на суші, так і на морському дні) вимиваються різні речовини. "Кислі дими", розчиняючись у воді, давали галогенові кислоти, які тут же реагували з силікатами - основним компонентом гірських порід, і витягували з них еквівалентну кількість металів (насамперед - лужних і лужноземельних - Na, Mg, Ca, Sr, K, Li). При цьому, по-перше, вода з кислої ставала практично нейтральною, а по-друге, солі витягнутих з силікатів елементів переходили в розчин; таким чином, вода океану з самого початку була солоною. Концентрація катіонів у морській воді збігається з поширеністю цих металів у породах земної кори, а ось зміст основних аніонів (Cl-, Br-, SO₄-, HCO₃-) в морській воді набагато вище того їх кількості, яка може бути вилучено з гірських порід. Тому геохімік вважають, що всі аніони морської води виникли з продуктів дегазації мантії, а все катіони - із зруйнованих гірських порід.

Головний фактор, що визначає кислотність морської води - вміст у ній вуглекислоти (CO₂ - водорозчинний газ, і в океанах його зараз розчинено 140 трл. Т - проти 2,6 трл.т, що містяться в атмосфері). В океанах існує динамічна рівновага між нерозчинним карбонатом кальцію CaCO₃ і розчинною бікарбонатом Ca (HCO₃) ₂: при нестачі CO₂ "зайвий" бікарбонат перетворюється в карбонат і випадає в осад, а при надлишку CO₂ карбонат перетворюється на бікарбонат і переходить в розчин. Карбонатно-двокарбонатний буфер виник в океані на самому початковому етапі його існування, і з тих пір він підтримує кислотність океанської води на стабільному рівні.

Що стосується атмосфери, то її склад став змінюватися в протерозої, коли фотосинтезуючі організми почали виробляти (в якості побічного продукту своєї життєдіяльності) вільний кисень; зараз вважається твердо встановленим, що весь вільний кисень планети має биогенное походження. Кисень, на відміну від вуглекислоти, погано розчинний у воді (співвідношення між атмосферним і розчиненим у воді CO₂ становить, як ми бачили, 1:60, а для O₂ воно складає 130:1), і тому майже весь приріст кисню йде в атмосферу. Там він окисляє CO і CH₄ до CO₂, H₂S - до S і SO₂, а NH₃ - до N₂; самородна сірка, природно, випадає на поверхню, вуглекислота і сірчистий ангідрид розчиняються в океані, і в підсумку в атмосфері залишаються тільки хімічно інертний азот ( 78%) і кисень (21%). Атмосфера з відновлювальної стає сучасною, окисної; втім, докладніше історію кисню на Землі ми обговоримо пізніше, там, де мова піде про ранню еволюцію живих істот.

Крім кисню та азоту, в атмосфері міститься невелика кількість так званих парникових газів - вуглекислий газ, водяна пара і метан. Складаючи мізерну частку атмосфери (менше відсотка), вони, тим не менш, мають неабиякий вплив на глобальний клімат. Вся справа в особливих властивостях цих газів: будучи порівняно прозорими для короткохвильового випромінювання, що надходить від Сонця, вони в той же час непрозорі для довгохвильового - випромінюваного Землею в космос. З цієї причини варіації в кількості атмосферного CO₂ можуть викликати суттєві зміни теплового балансу планети: зі зростанням концентрації цього газу атмосфера за своїми властивостями все більше наближається до скляному даху парника, яка забезпечує нагрів оранжерейного повітря шляхом "уловлювання" променистої енергії - "парниковий ефект".

Висновки

З вище наданої інформації можна зробити такі висновки:

1. Гравіфтаційна диференціація речовини значною мірою впливала на появу та розвиток атмосфери та гідросфери, визначаючи їх хімічний склад та властивості.

2. Завдяки ГДР формувався склад літосфери, її будова та розподіл речовини серед неї.

3. Також завдяки ГДР відбувся розподіл речовини за її густиною, що вплинуло як на склад гірських порід, так і положення центру ваги планети.