Вода покидает тёплые планеты — станет ли Земля похожа на Марс?

Вода покидает тёплые планеты — станет ли Земля похожа на Марс?

Две ближайшие к Земле планеты — Венера и Марс — однажды имели огромные океаны, простирающиеся на многие миллионы квадратных километров. Но все планеты с жидкой водой на поверхности очень хрупкие. Венера не смогла удержать свои океаны, и они улетучились в космос. Недавно мы узнали, что и Марс потерял большую часть своей воды, после чего превратился в сухую и холодную пустыню.

А ты, Земля? Как насчёт тебя? Даже не так: как насчёт нас? Какое будущее уготовано для самого ценного ресурса нашей планеты? Можем ли мы растратить незаменимые резервы воды и превратить Землю в пустыню, похожую на Венеру или Марс?

Если парниковой эффект ещё немного поднимет температуру планеты, вода может начать улетучиваться в космос.

Вода на молекулярном уровне

Вещество, которое мы называем водой, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Ядро атома водорода состоит из одного положительно заряженного протона, и вокруг него вращается один отрицательно заряженный электрон. Тем не менее в ядре может также содержаться один незаряженный нейтрон. Даже с этим нейтроном заряд ядра остаётся положительным, но есть одно важное отличие: атом с нейтроном в ядре гораздо тяжелее обычного атома водорода.

Химики называют такой «тяжёлый» водород дейтерием. Во всех химических реакциях дейтерий ведёт себя так же, как и обычный водород; он просто тяжелее. Если в молекуле воды заменить атомы водорода дейтерием, она останется такой же на вкус, ей всё так же можно будет поливать цветочки — с той лишь разницей, что она станет тяжелее.

И всё дело в этом дополнительном весе: сила тяжести притягивает дейтерий сильнее, чем обычный водород. Когда дейтерий и водород находятся в атмосфере нашей планеты, водород поднимается гораздо выше. И если гравитация планеты недостаточно сильная — как, например, у Венеры, Земли и Марса — обычный водород может подняться так высоко, что уже не вернётся назад и покинет планету. Дейтерий же будет удержан гравитацией планеты.

Первоначальное соотношение водорода к дейтерию

В 1995 году зонд NASA «Галилео» измерил соотношение водорода к дейтерию в атмосфере Юпитера. Результаты измерений говорят о соотношении 40 тысяч к одному. Юпитер — такая массивная планета, что её не могут покинуть ни водород, ни дейтерий. Поэтому учёные-планетологи уверены, что все планеты Солнечной системы сформировались с таким соотношением водорода к дейтерию.

Таким образом, все планеты земной группы в момент своего формирования содержали атомы водорода и дейтерия в пропорциях 40 тысяч к одному. Давайте подсчитаем: если бы мы хотели сделать 20 тысяч молекул воды, нам понадобилось бы 40 тысяч атомов водорода (из которых, согласно вышеупомянутому соотношению, 39 999 атомов водорода и один атом дейтерия) и 20 тысяч атомов кислорода. Из этого количества атомов можно сделать 19 999 молекул воды H2O и одну молекулу «тяжёлой воды» HDO, где водород замещён дейтерием.

Реальное соотношение

Если вы зачерпнёте стакан воды из любого океана Земли, любого озера на любом континенте, из альпийского ледника или йеллоустонского гейзера, соотношение атомов водорода к дейтерию в нём будет 6250 к одному. Не 40 000 к одному.

Почему так? Когда-то давно наша планета содержала огромное количество водорода. Постепенно атомы водорода покидали Землю, снижая соотношение с первоначальных 40 000 к 1 до 6250 к 1. Таким образом, к настоящему моменту Земля уже потеряла 80% своего водорода, а поскольку на нашей планете водород содержится главным образом в воде, потеря водорода эквивалентна потере воды.

Космическая станция NASA «Пионер» в 1978 году выпустила зонд в атмосферу Венеры, который измерил её физические и химические свойства. Одним из самых неожиданных открытий стало соотношение атомов водорода к дейтерию — всего лишь 62 к одному, в сто раз ниже, чем на Земле.

Какой из этого следует вывод? Однажды Венера была влажной планетой, но потом превратилась в сухую пустыню. Как мы знаем, температура на поверхности Венеры — более 460 градусов Цельсия. Когда-то на Венере были океаны, но они выкипели, а ультрафиолетовый солнечный свет разделил молекулы воды на атомы кислорода и водорода. В результате этого лёгкие атомы водорода поднялись слишком высоко и «утекли» в космос, в то время как тяжёлый дейтерий остался в атмосфере. Соотношение водорода к дейтерию на Венере — свидетельство того, что случилось с нашей соседкой миллиарды лет назад.

Что касается Марса, полученные марсоходом NASA «Кьюриосити» данные говорят, что соотношении водорода к дейтерию на этой планете в семь раз меньше, чем на Земле. Это говорит нам о том, что Марс, как и Венера, в прошлом потерял почти всю свою воду.

Общий объём воды на Марсе (в ледяных полярных шапках, в атмосфере, в ледяных слоях под поверхностью планеты) мог бы покрыть всю планету океаном глубиной 21 метр. Измерения соотношения водород-дейтерий говорят нам, что раньше на Марсе было в семь раз больше воды — достаточно для океана глубиной 137 метров. Теперь очевидно, что Марс потерял почти всю свою воду.

Вода покидает тёплые планеты — станет ли Земля похожа на Марс?

Что дальше?

Венера и Марс. Планетологи знают, что когда-то давно обе эти планеты были влажными — совсем как Земля. Ни одна из них не смогла удержать свою воду достаточно долго для зарождения жизни. Их урок прост: водные миры очень хрупкие. Водные миры, которые могут пережить разрушительные явления, будь то естественные или вызванные их обитателями — очень редки и потому бесценны.

Если мы позволим температуре на нашей планете подняться на пару градусов выше, то сможем пережить эту небольшую экологическую катастрофу. Но кто знает, не станут ли эти несколько градусов последней каплей, которая запустит тот же смертельный процесс, который однажды лишил воды Венеру и Марс?

По материалам The Conversation


Похожие новости
NASA: древний океан покрывал 20% поверхности Марса 10 марта 2015 г.

NASA: древний океан покрывал 20% поверхности Марса

Марс, который мы знаем сегодня, сухой, пыльный и крайне негостеприимный. Но он не всегда был таким. Растет число доказательств, что Марс был более влажной планетой с умеренной температурой несколько миллиардов лет назад. Ученые NASA недавно опубликовали...

дальше...

Ученые обнаружили на комете Чурюмова-Герасименко кислород 29 окт. 2015 г.

Ученые обнаружили на комете Чурюмова-Герасименко кислород

Изучив все данные зонда, ученые пришли к выводу, что данное вещество образовалось еще до формирования Солнечной системы.Космический аппарат Rosetta, который исследует комету Чурюмова-Герасименко, обнаружил в ее хвосте молекулярный кислород. Изучив все...

дальше...

#химия | 14 фактов о водороде 05 мая 2014 г.

#химия | 14 фактов о водороде

Водород — самый распространенный во Вселенной химический элемент. Его символом в таблице Менделеева является H, его атомное число — 1. Именно водород — своеобразная «точка отсчета», «химическая единица», и каждому человеку будет интересно узнать об нем...

дальше...

NASA выяснили одну из причин исчезновения воды и атмосферы Марса 16 окт. 2014 г.

NASA выяснили одну из причин исчезновения воды и атмосферы Марса

Космический исследовательский аппарат MAVEN, прибывший к Марсу 21 сентября 2014 года, имеет задачу поисков ответа на вопрос, почему эта планета, которая в прошлом была теплой и влажной, стала сухой и холодной, какой является сегодня.Сейчас аппарат MAVEN...

дальше...

Планетологи обнаружили метан внутри метеоритов с Марса 16 июня 2015 г.

Планетологи обнаружили метан внутри метеоритов с Марса

Геологи онбаружили в марсианских метеоритах большое число молекул метана, которые указывают на то, что в недрах красной планеты постоянно образуется метан, и что его почвы являются более благоприятными для "глубинной" подземной жизни, чем мы считали ранее...

дальше...

Открыто новое дважды магическое ядро кальция 10 февр. 2016 г.

Открыто новое дважды магическое ядро кальция

Запуск лазерной станции на ISOLDEУченые из ЦЕРНа показали, что теоретическая ядерная физика не описывает наблюдаемые на эксперименте свойства изотопов химических элементов и доказали существование нового дважды магического ядра кальция. Результаты исследований...

дальше...

Создан первый в мире странный атом 29 янв. 2019 г.

Создан первый в мире странный атом

Международная группа ученых из коллаборации J-PARC E15 под руководством физиков из японского института RIKEN впервые получила ядро экзотического атома, состоящее из двух протонов и каона — частицы, содержащей странный антикварк. Об этом сообщается в пресс-релизе...

дальше...

Ученые NASA рассказали о внутреннем строении Марса 24 июля 2021 г.

Ученые NASA рассказали о внутреннем строении Марса

Эксперты миссии NASA по изучению Марса исследовали и нанесли на карту внутреннее строение планеты, руководствуясь данными сейсмической активности, которые собрал аппарат Mars InSight. Результаты этой работы сильно удивили специалистов, пишет The Wall...

дальше...

Последние новости

Новости на сегодня 30 июня 2022 г.