Файл: Кудельский, А. Новеллы о воде.pdf

В земной коре, начиная с глубины 12 километров и выше, где температура ниже критической для воды (374 градуса по Цельсию), отмечается еще одна оболочка Земли, названная в 1875 году Э. Зюссом гидросферой.

Вверхних частях коры подземная гидросфера смыкается

споверхностной, выше которой расположены только тро­ посфера, стратосфера и ионосфера.

Теперь, когда мы познакомились с гипотезами образо­ вания нашей планеты, ее внутренним устройством и узна­ ли, что вода встречается не только на поверхности, но и опускается глубоко в недра Земли, мы достаточно под­ готовлены, чтобы вспомнить о заданных в начале этого раздела вопросах.

3. ТАК ОТКУДА ЖЕ ВОДА?

По мнению советского геохимика академика Алек­ сандра Павловича Виноградова, происхождение воды на нашей планете следует связывать с общим расслоением метеоритного вещества Земли при уплотнении его и разо­ гревании. А. П. Виноградовым этот процесс представляет­ ся в виде известной металлургам зонной плавки. При медленном разогревании пород мантии Земли происходит

их плавление и разделение на легкоплавкие и тугоплав­ кие. Легкие химические соединения, в том числе и вода, представляющая собой составную часть пород мантии, переходят при этом в легкоплавкую фазу. Благодаря разнице удельных весов под влиянием силы тяжести тугоплавкая часть пород мантии, кристаллизуясь и обра­ зуя так называемые базальты, остается внизу, а легко­ плавкая, увлекая за собой воду и другие летучие вещест­ ва, растворенные в ней, оттесняется к периферии Земли.

На определенной глубине, где температура не превы­ шает критической (то есть температуры, выше которой вода может существовать только в виде пара), происхо­ дит охлаждение, разгазирование и кристаллизация рас­ плава: образуются граниты и перегретые пары воды. Проникая в верхние, более холодные слои земной коры, пары конденсируются и появляется новорожденная, или, как ее называют, ювенильная, вода. Матерью новорож­ денной является мантия Земли.

Сколько воды в мантии? Предполагается, что материя Солнца и метеоритов сходна по содержанию различных химических элементов. Это довольно определенно свиде­ тельствует об общности происхождения и развития сол­ нечного и метеоритного вещества, а следовательно, и ве­ щества Земли. Поэтому А. П. Виноградов сделал допу­ щение, что вещество мантии соответствует по своему со­ ставу веществу каменных метеоритов — хондритов. Если принять, что мантия, из пород которой выплавилась зем­ ная кора, содержит в среднем, как и хондриты, 0,4—0,5 процента воды, то общий запас воды в мантии составляет около 200 миллиардов кубических километров. По отно­ шению к этому числу количество воды в свободном состо­ янии, которое содержится в Мировом океане, реках, озе­ рах и ледниках (1,4 миллиарда кубических километров), составляет в настоящее время меньше 1 процента."

Итак, вода из расплавленных пород, из магмы, из вул­ канической лавы, вода из огня! Невероятно? Но это так. И удивительного здесь не так много, как может показать­ ся на первый взгляд. Достаточно вспомнить, что лорд Генри Кавендиш (1781—1782) и Антуан Лоран Лавуазье (1783) впервые получили «искусственную» воду, сжигая водород в атмосфере кислорода, а в школьных лаборато­ риях этот опыт уже многие и многие годы поражает во­ ображение будущих химиков...

4. ВСЕГДА ЛИ ОКЕАНЫ И МОРЯ БЫЛИ СОЛЕНЫМИ

В жизни Земли был период, когда не было еще горных цепей и глубоких впадин, не было воды, не было жизни. В непроглядном мраке вечной ночи плотные облака скользили над плоскими равнинами, усеянными редко разбросанными вулканическими конусами и провальными воронками, которые изливали раскаленную лаву, извер­ гали чудовищные тучи газов и паров. Плоские простран­ ства между вулканами были покрыты тонкой пленкой первичного океана, среди которого конусы вулканов вы­ сились, как острова.

Не оговорились ли мы, утверждая, что еще не было воды, но уже пленка первичного океана покрывала Зем­ лю? Нет. Водой эту заполняющую межвулканические пространства жидкость можно было назвать лишь с боль­ шими оговорками. Крепкий раствор соляной, фтористо­ водородной, борной и других кислот, в котором в боль­ шом количестве содержались сероводород, метан, угле­ кислый газ и многие другие соединения, — вода ли это?

Проходило время и в соответствии с внутренними особенностями строения планеты на ее поверхности наме­ тились области интенсивной вулканической деятельности, где формировались мощные толщи изверженных пород, и области преимущественного опускания, в которых проис­ ходило накопление океанических вод. На территории первых впоследствии образовались массивы древнейшей суши — материки, вторые превратились в морские и, воз­ можно, океанические бассейны.

По мере увеличения объема Мирового океана в хими­ ческом составе вод постоянно возрастала доля щелочных компонентов, воды из хлоридных вследствие привноса карбонатных соединений с суши превращались в хлорид- но-карбонатные. Постепенная смена кислой среды нейт­ ральной и слабощелочной способствовала возникновению условий, благоприятных для зарождения и развития жизни в морских водоемах.

Прошли миллиарды лет — и таинство свершилось: из минерального вещества в результате сложнейших физи­ ко-химических превращений возникло вещество живое! Проходило время, сотни миллионов лет потребовалось простейшим белковым комочкам-коацерватам для раз-

вития, превращения в сложные растительные и животные организмы. Их появление в океане знаменовало новую страницу в истории нашей планеты — эпоху фотосинтеза и накопления кислорода. В этот период, по мнению А. П. Виноградова, произошли последние резкие изменения в составе океанических вод, и вот уже 2,5—3,5 миллиарда лет океан с завидным успехом сохраняет свой геохими­ ческий облик.

— А из чего это видно?— спросите вы.

Чтобы ответить, геологи могут воспользоваться ре­ зультатами изучения химического состава твердых ске­ летных образований древних морских организмов, оса­ дочных горных пород, изотопных соотношений в ископае­ мых и современных жителях моря. Можно на этот вопрос ответить и по-другому.

Известно, что углекислый газ, содержащийся в атмо­ сфере, растворяется в морской воде с образованием угольной кислоты, которая диссоциирует на ионы водоро­ да (Н+) и карбоната (СОІ~~). Концентрация ионов водо-

как известно, преобладает О Н - , она отличается щелочны­ ми свойствами ( р Н = 8 ) .

Морские животные (и особенно их зародыши) очень чувствительны к изменению рН. Уменьшение рН всего на 0,5 (7,5 вместо 8) — для них катастрофа.

Говоря о постоянстве состава морской воды, Раймон Фюрон обосновывает свое мнение следующим примером. Если бы в атмосферу поступила хотя бы одна сотая часть углерода горных пород, то величина рН морской воды с 8—8,2 уменьшилась бы в конечном счете до 6,2. Это было бы биологическим бедствием. При рН ниже 7 в морской воде не может осаждаться известь, морские животные не смогли бы строить свои известковые скелеты. Геологи­ ческие данные свидетельствуют о том, что подобные ка­ тастрофы в истории океана неизвестны. Отсюда можно заключить, что рН океанических вод, а значит, и их со­ леность остаются неизменными на протяжении многих и многих сотен миллионов лет.

5. А ЕСЛИ УСОМНИТЬСЯ?

Итак, наука утверждает, что океаны и моря солеными были всегда.

Наука установила, наука утверждает... Как часто при­ ходится слышать эту приятную для нашего слуха фразу. Ведь действительно приятно сознавать, что усилия мно­ гих людей увенчались успехом, что одни теперь могут на­ слаждаться знакомством с истиной, а другие переклю­ чить свои силы для решения новых проблем.

К сожалению, так не бывает. Великий англичанин Джордж Бернард Шоу как-то сказал: «Она (наука) ни­ когда не решает вопроса, не поставив при этом десяток новых». В глубоком смысле этих слов, наверное, чаще других приходится убеждаться геологам — ежедневно, ежечасно.

Вот хотя бы о солености океана. Нам ведь известно, что при выпаривании даже очень соленой воды в резуль­ тате конденсации пара мы получаем воду пресную. Повидимому, и водяной пар, образующийся при дегазации продуктов расплава пород мантии и конденсирующийся у

поверхности Земли, должен быть пресным. Логично? Тогда и тот, самый первый, океан был пресным.

Так считали Бойль и Галлей, так считал и Лавуазье. По их мнению, первоначально океаны состояли из прес­ ной воды, а соли в них были принесены реками с матери­ ков в течение очень долгого геологического времени. В настоящее время эта точка зрения, эта гипотеза тоже имеет своих сторонников.

Им возражают, приводят убедительные аргументы в пользу того, что ювенильные воды, наполнившие когда-то и пополняющие до настоящего времени океанские чаши, должны быть солеными. Ведь помимо водяных паров про­ дуктами дегазации мантии являются и хлор, и натрий, и кальций, и магний... И что все эти элементы растворяет в себе новорожденная вода и выносит на поверхность зем­ ли, выносит в океан.

Это выглядит убедительно, и есть группа ученых, ко­ торые придерживаются «золотой середины»: часть солей поступает в океан из пород мантии, другаГя часть прино­ сится реками со всегда растущих и всегда разрушаю­ щихся материков.

— Да, но соли морской воды не имеют ничего общего с теми солями, которые растворены в речных водах, — го­ ворят инакомыслящие. И приводят состав солей вод мор­ ских (89% хлоридов, 10% сульфатов, 0,2%карбоцатов, 0,8% прочих веществ) и речных . (80% карбонатов, 13% сульфатов и 7% хлоридов). И даже утверждают, что со­ ли речных вод океан не приемлет и превращает их в мощ­ ные толщи изв'естняков, в тысячекилометровые барьер­ ные рифы, в скелеты рыб и раковины моллюсков.

— А так ли это все важно?— подумаете вы.

Важно, очень важно. Напомним, что вода в океанах составляет 94% всей воды на земном шаре.

6. ДЕБЕТ Й КРЕДИТ

Согласно библейским текстам, бог на третий день «творения» приказал водам собраться в одну седьмую часть Земли. Воды «ослушались» и в настоящее время занимают площадь в пять раз большую.

Если обратиться к справочникам, можно узнать, что общая поверхность земного шара равна 510 миллионам квадратных километров, из которых сушей занято 149

Мы говорили уже о трех источниках пополнения воды на земном шаре: дегазация мантии, синтез воды в верх­ них слоях атмосферы и поступление из космоса вместе с метеоритами. Это приходная часть баланса Земли, дебет.

По мнению академика Вернадского, развитие жизни на нашей планете было бы возможным только при условии стабильности, постоянства объема Мирового оке­ ана во времени. В связи с этим возникает вопрос о рас­ ходных частях общего баланса воды, о кредите.