Історія планетарної води

В.В. Орлятко

Нове в схемах кругообігу земної води. У схемах загального кругообігу води обсяг випарувалася над океаном вологи зазвичай вважається рівним обсягом води, що надійшла з континентів в формі річкового стоку, дощових опадів, танення льодовиків, підземного стоку. Однак ця схема вірна лише в першому наближенні і реалізується за умови сталості загальної маси води на поверхні Землі і незмінною ємності океанічних і морських западин. Насправді картина балансу води на планеті виявляється більш складною (Орлятко, 1985). Справа в тому, що планета не є закритою ізольованою системою. Тисячами глибинних розломів, добре видимих ​​на космічних знімках, і сотнями коренів діючих вулканів кам'яна оболонка планети пов'язана з глибокими надрами. За ним виноситься тепло, газоподібні продукти, магма і вода. Сто тисяч щорічних землетрусів і десятки вулканічних вивержень свідчать, що Земля - ​​геологічно активна жива планета. Поверхня її і газоподібна атмосфера відкриті космосу і сонячного випромінювання. Тут у високих шарах атмосфери під дією сонячних частинок високих енергій відбувається розкладання молекул води на складові - молекули водню і кисню. Цей процес називається фотоліз. При фотолізі важка молекула кисню під дією поля тяжіння Землі буде поповнювати атмосферу, а легша молекула водню, отримавши другу космічну швидкість, буде випаровуватися в космос - диссипировать.

Таким чином, розглядаючи нашу планету як відкриту термодинамічну систему, ми повинні враховувати глибинні внутріпланетарних надходження води і її втрати при фотолізі. При цьому не можна забувати, що вода втрачається також на зволоження морських опадів, біосфери. Але вода надходить до нас з космосу разом з метеоритами і тектитами, іншими космічними прибульцями при їх згоранні в атмосфері. Можливо також утворення води у високих шарах атмосфери шляхом приєднання сонячних протонів з електронами атмосфери з подальшим перетворенням їх на атоми водню і кисню і далі в молекулу води. Однак ця реакція йде значно вище озонового екрану. Тому через ультрафіолетового випромінювання час життя цієї молекули буде мізерно - вона неминуче зазнає фотолизу. Таким чином, в балансі глобального кругообігу води на Землі повинні бути присутніми, крім традиційних (випаровування, опади, стік), щонайменше, ще дві статті (Орлятко, 1985):

Неврахування цих факторів, особливо при переході на геологічний масштаб часу (тисячі і мільйони років), призводить, як ми побачимо, до невірних уявленням про всю спрямованості еволюції лиця Землі. Досить сказати, що при традиційно "безводному" підході до проблеми еволюції Землі природознавство "переглянуло" найважливіший етап її геологічної історії - епоху океанізації. Чи не був помічений і рубіж, що відокремлює доокеаніческую стадію розвитку Землі від епохи океанізації. Правда, передумови для встановлення цієї невідомої раніше особливості розвитку нашої планети з'явилося лише останнім часом. Вони пов'язані з програмою глибоководного буріння, розпочатого в 1969 р з американського судна "Гломар Челленджер". В ході виконання цієї безпрецедентної програми були встановлені два найважливіших, на наш погляд, факту - відсутність на дні опадів древнє 165 млн. Років і виявлення древніх мілководних відкладів на глибинах 1000 - 6000 м під рівнем моря. З цього випливало, що океани - надзвичайно молоді геологічні утворення і що вони виникли на місці поринула суші або мілководних морських басейнів, подібних Баренцеву або Балтійського морів. Але найголовніше полягає в тому, що дані по мілководним опадів дозволили вирішити проблему визначення згаданих вище статей водного балансу ендогенних надходжень і фотолітичних втрат земної гідросфери (Орлятко, 1985, 1987).

Класичне рівняння водного балансу М.І. Львовича

Е = Р + R, (III.2)

вірне для Світового океану як закритої термодинамічної системи, з урахуванням отриманих нами нових зовнішніх статей відтепер набуває більш повне вираження:

Р + R + Т - Е - F = N, (N> 0), (III.3)

де Е - випаровування; Р - атмосферні опади; R - річковий; підземний та інші види стоку, контрольовані атмосферними опадами; Т - ендогенні (внутріпланетарних) надходження води; F - втрати на фотоліз.

Рівняння (III.3) показує, що в реальному світі рівноваги (III.2) не існує, так як відбуваються безповоротні втрати води при фотолізі і подальшої дисипації в космос водню, а також за рахунок безперервного надходження внутріпланетарних води на поверхню Землі. Малі в річному обчисленні ці статті балансу, як ми побачимо, відіграють вирішальну роль в еволюції лику планети в геологічному масштабі часу.

Сучасні уявлення про походження води. Тривалий час в природознавстві існують уявлення про велику стародавність сучасного обсягу земної гідросфери і надзвичайно повільних її зміни в сьогоденні, минулому і майбутньому. Найбільш популярні дві точки зору. Згідно з першою - вода на Землі утворилася конденсаційним шляхом з атмосфери відразу після утворення планети, тобто близько 4,5 млрд. років тому. За іншою - вода рівномірно накопичувалася на поверхні в процесі дегазації та вулканізму мантії Землі. Звідси робиться висновок про давність Світового океану сучасних розмірів і глибин, які він нібито придбав ще 600 - 1000 млн. Років назад. Так, академік В.І. Вернадський в 30-х роках писав: "Мабуть, кількість солоної морської води залишається більш-менш незмінним протягом сотень мільйонів років" (с. 109). В іншому місці він уточнює свою думку: "... Розподіл суші і океану в основному не змінювалося протягом не менше мільярда років, принаймні з початку палеозою, і це розподіл не є поверхневе географічне явище ..." (с. 691 ). Звідси випливає висновок про давнє і дуже стійкому розподілі континентів і океанів, суші і моря, тобто спостерігається асиметрія лиця Землі представляється як одна з її планетарних особливостей. Зауважимо, що до цього висновку В.І. Вернадський прийшов, спираючись на знаменитий синтез австрійського геолога Е. Зюсс у книзі "Лик Землі". Ще більш радикальну думку, засноване на даних вивчення ізотопного складу води, висловлює професор В. Ферронскій, вважаючи, що гідросфера, будучи конденсаційного походження, утворилася в період охолодження верхньої оболонки Землі за порівняно короткий термін в обсязі, близькому до сучасного. У багатьох роботах сучасних дослідників вважається мало не само собою зрозумілим, що Світовий океан з об'ємом води, близьким до сучасного, існував уже в палеозої (Леонтьєв, 1982; Хаїн, 1971 і ін.).

У наведених та інших аналогічних судженнях про природу води, як правило, відсутні надійні кількісні оцінки змін обсягу гідросфери протягом геологічної історії Землі, а самі вони побудовані на цілому ряді припущень і гіпотез.

Подання мало не про первинному утворенні земної гідросфери, по суті, не залишає місця для еволюції. Лик Землі виявляється сформованим з усією своєю асиметрією вже спочатку. Уразливі також уявлення про слабку мінливості природних умов Землі, повільному і рівномірному накопиченні гідросфери. Це не узгоджується з даними історичної геології про яскраво вираженому еволюційному, поступальному ході розвитку природного середовища і органічного світу Землі, суперечить сучасним спостережуваним темпами зміни рівня океану, клімату, швидкості руйнування гірських порід і т.д.

Слід також визнати, що у дослідників до недавнього часу не було ще надійного методу вирішення проблеми еволюції вільної води. Для цього, перш за все, потрібно було визначити ендогенні і фотолітіческіе статті балансу земної гідросфери. Вперше ці статті балансу були встановлені автором в 1980 р, для чого використовувалися дані про знахідки мілководних відкладів різного віку на дні Атлантичного, Індійського і Тихого океанів, отримані в ході виконання програми глибоководного буріння "Гломар Челленджер". В результаті протиріччя багато в чому інтуїтивна і гіпотетична картина еволюції земної гідросфери отримала надійне кількісне обгрунтування і виявилася не схожою на ту, що малювалася дослідниками (Орлятко, 1985).

Перш за все, уточнимо для себе важливе питання. Скільки вільної води на Землі? Форми стану води різні. Це звичайна рідка вода океанів, морів, річок і озер, вода в твердій фазі - це льоди Гренландії, Антарктиди і високогірні льодовики, вода в газоподібному стані - це пари води атмосфери і, нарешті, зв'язкова вода, зволожуюча тверді породи і живу речовину.

Вся вода, яка відокремилася від твердої речовини земних порід, являє собою так звану "вільну", або гравітаційну, воду. Ця вільна вода бере участь у кругообігу живого і неживого речовини на поверхні Землі. Випаровуючись над океанами і іншими водними басейнами, вона з опадами, річковим, підземним та льодовиковим стоком повертається в Світовий океан. Його площа становить 361 млн. Км2, середня глибина - 3800 м, і тут зосереджена основна маса вільної води - 1,42 × 1024 г, тобто 94% всієї гідросфери. У річках і озерах суші є всього 0,0005 × 1024 г води, в льодовиках значно більше - 0,035 × 1024 г і в атмосфері - 0,00013 × 1024 г. Крім того, у вільному вирі бере участь і грунтова вода. Маса її можна порівняти з льодовикової і дорівнює 0,0085 × 1024 г. Слід також враховувати воду, зволожуючу верхні 200 - 300 м морських опадів, яка в процесі їх ущільнення і діагенеза (перетворення в породу) піднімається до поверхні дна у вигляді мінералізованих розчинів. При середній вологості опадів (60%) її масу можна приблизно оцінити 0,1 × 1024 р

Таким чином, загальна маса вільної води, що звертається в круговороті на поверхні Землі, в даний час дорівнює приблизно 1,564 × 1024 г, або, округляючи, 1,6 × 1024 р

Ми не згадали інші статті кругообігу, маса бере участь води в яких багато менше отриманого порядку 1024 р

Незначний внесок дає космогенного речовина. За даними Е.В. Соботович, його щорічно випадає на земну поверхню і в океан від 1 до 10 млн. Тонн. Слід також врахувати, що кількість води, що йде на зволоження морських опадів, приблизно дорівнює кількості води, що витісняється з верхньої (100 - 200 м) осадової товщі в ході її ущільнення і діагенеза. Так що ця частина балансу є постійною.

Свідоцтва грандіозних опусканий океанського дна. Найважливішим досягненням міжнародної програми океанського буріння, розпочатої в 1968 р з американського судна "Гломар Челленджер", як уже згадувалося, стало встановлення двох фактів: перший - на дні океанів не було виявлено опадів древнє 165 млн. Років, що само по собі стало несподіваним свідченням їх геологічної молодості. Справді, якщо уявити літопис Землі у вигляді книги, на кожній сторінці якої буде відображена історія в мільйон років, то така книга буде налічувати 4600 сторінок. Основний зміст книги - це життя Землі без океану, і лише на останніх 165 сторінках з'являється розповідь про нього.

Другим фактором стало встановлення на дні глибоководних улоговин всіх трьох океанів мілководних опадів і порід зі слідами субаерального вивітрювання, тобто колишнього знаходження їх вище рівня моря. З матеріалів 600 вивчених нами свердловин (більш ніж 200) були встановлені (причому самими учасниками програми буріння) незаперечні свідчення мілководності або навіть наземних умов в областях, які нині опущені на глибину від 1 до 6 км і більше.

При цьому виявилося, що чим давніший мілководні відкладення, тим глибше щодо рівня моря вони залягають (рис. 14). Звідси виникає питання: яка закономірність в розподілі древніх і молодих відкладень в поширенні їх на дні сучасного океану? Аналіз показав, що така закономірність є. В Атлантичному і Індійському океанах найдавніші опади віку 100 - 160 млн. Років приурочені до континентальних околиць (рис. 15). У міру наближення до серединно-океанічних хребтах їх вік закономірно зменшується. У Тихому океані, навпаки, вік опадів зменшується від центральних областей океану до його периферії, тобто до континентальних околиць. Виняток становить Східно-Тихоокеанський хребет, де картина схожа із серединної областю Індійського і Атлантичного океанів. Чудово, що в цих же напрямках змінюється вік подстилающих опади вулканічних порід. Висновок, який слідував з цих даних, був закономірним: освіта Атлантичного і Індійського океанів почалося з опусканий кори уздовж околиць майбутніх континентів, які в подальшому захоплювали все нові області суші або дрібного моря, поширюючись в напрямі до серединної області майбутнього океану (рис. 16) . Області серединно-океанічних хребтів тут виявилися залучені в опускання лише в останні 25 - 30 млн. Років. У Тихому океані процес опускання кори йшов від центру океану до периферії. Повсюдно опускання передували або супроводжували їх потужні вулканічні виверження. Це поєднання двох процесів, очевидно, не випадково. Воно проливає світло на причину процесу, який можна назвати процесом океанізації. У міру дегазації і вулканізму в надрах на глибинах близько 40 - 50 км неминуче повинні виникати розущільнення зони. Ось в ці зони навантажена базальтовими лавами кора буде пасивно просідати, займаючи простір, що звільнився. Надалі в ході триваючого охолодження і ущільнення земної речовини глибинних зон (колишніх магматичних резервуарів) опускання дна, хоча і з меншою швидкістю і амплітудою, триватиме. З огляду на загальну гравітаційну організацію речовини, цей механізм в умовах Землі видається єдино енергетично реальним. Він же в кінцевому рахунку обумовлює загальну контракцію, стиснення Землі і зменшення її радіуса.

Рис.14. Залежність віку мілководних відкладів від глибини їх залягання на дні Світового океану (по Орлёнку, 1990) (а) і швидкість опускання дна (б): 1 - хребти; 2 - внутрішньоконтинентальні моря; 3 - континентальний схил; 4 - улоговини; 5 - підняття і підводні гори

Яка була швидкість цих опускань і що ж відбувалося з водою?

У пошуках відповіді на ці та інші питання, що виникають ми пішли таким шляхом. Вік і сучасна глибина залягання мілководних відкладів по кожній свердловині відомі. Отже, можна визначити середню швидкість V опускання дна в районі кожної з понад 200 свердловин, що розкрила ці відкладення:

V = (H + h) / t. (III.4)

Тут Н - глибина океану; h - потужність що покривають мілководні відкладення опадів; t - їх вік.

Рис. 15. Мілководі відкладення і напрямок океанізації (по Орлёнку, 1985):

а - карта древніх мілководних відкладів на дні океанів. Області переважного розташування відкладень:

1 - неогенових; 2 - палеогенових; 3 - позднемеловой; 4 - раннемелових; 5 - Рифт; 6 - розломи;

б - схема, що ілюструє напрям океанізації (по Орлёнку, 1985): 1 - в Атлантичному і Індійському сегментах; 2 - в Тихоокеанському сегменті

Рис. 16. Графік, що характеризує швидкість опускання океанічних сегментів Землі (права частина) і надходження ендогенної води в останні 160 млн. Років і в майбутньому, розрахований за даними про сучасну гипсометрии різновікових мілководних відкладів "Гломар Челленджер" (по Орлёнку 1985) по свердловинах 1 - Тихого, 2 - Атлантичного, 3 - Індійського океанів; 4 - вода, 5 - глибоководні опади, 6 - мілководні опади, 7 - базальти. Ліва частина графіка характеризує швидкість надходження води в майбутньому, штрихуванням показані довірчі інтервали, обчислені з ймовірністю 0,95%

Розрахунки були зроблені з урахуванням ущільнення осадової товщі після її утворення. Отримані таким чином понад 200 значень середньої швидкості опускання дна різних районів трьох океанів ми нанесли на графік (рис. 16).

В межах 95% довірчого інтервалу все розрахункові точки лягли, утворивши чітко виражену експонентну залежність (Орлятко, 1983):

, (III.5)

де a, b, c - коефіцієнти, легко визначаються з графіка (див. рис. 16).

Якщо ж продовжити лінію графіка вгору до перетину з віссю швидкостей (або допустити t = 0), то вона перетне вісь V (t) в районі значення 605 мм / 1000 років, або 0,605 мм / рік.

Вивчаючи отриманий графік, ми перш за все повинні відзначити разючу узгодженість даних з різних океанах - Тихому, Атлантичному і Індійському. Подібна узгодженість напівемпіричних параметрів не може бути випадковою для такого великого масиву вихідних даних. Вперше кількісно знайдена закономірність дозволила підійти до вирішення цілого ряду фундаментальних проблем. Але перш, ніж ми приступимо до їх розгляду, покажемо, що знайдена закономірність відображає не тільки швидкість опускання дна океану в послеюрскій період геологічної історії, а й темпи виносу внутріпланетарних води на поверхню Землі.

Планета, вивергають воду. Початок різкого підйому кривої опускання дна (див. Рис. 16) припадає на інтервал часу 50 - 60 млн. Років тому. Цей інтервал збігається з найяскравішим кордоном геологічної історії Землі, яка відділяє мезозойську еру від кайнозойської. Якби формування гігантських западин відбувалося без їх одночасного заповнення водою, то сталося б катастрофічне осушення континентів, різка зміна клімату і органічного життя в кайнозойську еру. Одночасно бурхливі потоки води утворили б глибокі каньйони на континентальних окраїнах, а на дні океанічних западин виникли б гігантські шлейфи галечників, що виносяться цими потоками. Однак нічого цього не спостерігається насправді, так само як і слідів катастрофічного осушення материків в останні 60 млн. Років. Але може бути, що формуються западини заповнювалися водою, що зливається з материків? І на це питання ми повинні відповісти негативно, так як переважна частина морських осадових відкладень суші не тільки кайнозоя, а й минулих епох є переважно мілководній. Це означає, що в межах сучасної суші ніколи не було глибоководних і великих океанів, подібних сучасним. В даний час у всіх водоймах суші маса води не перевищує 3% від маси води Світового океану. Отже, внесок материкових вод спільно з водами, які перебували в межах опускається суші і мілководних морів, був вельми незначним і не перевищував декількох відсотків від сучасної маси води Світового океану. До того ж він зафіксований в ненулевом рівні кривої нашого графіка в інтервалі 165 - 170 млн. Років.

Отриманий висновок підтверджується широким поширенням мілководних опадів і навіть континентальних відкладень в останні 165 - 25 млн. Років на місці сучасних океанів. Таким чином, побудований нами графік характеризує не тільки середню швидкість опускання різних ділянок дна в межах Атлантичного, Тихого і Індійського океанів, але відображає також швидкість надходження внутріпланетарних води на поверхню Землі. Звідси ясно, що опускається дно формувався в кайнозої океану одночасно заповнювався водою, яка надходила з надр Землі. Вона піднімалася разом з вулканічними виверженнями і по численних глибинних розломів кам'яноїоболонки. Сліди цього вулканізму відображені в потужному, майже два кілометри завтовшки, плащі базальтових порід, що покривають більшу частину площі дна сучасного океану.

Дивовижна картина останніх 160 млн. Років історії Землі відкривається нашому погляду при аналізі графіка (див. Рис. 16, с. 65). Виявляється, що навіть в цей вкрай невеликий відрізок часу вода на поверхню планети виносилася аж ніяк не так рівномірно, як це передбачалося вченими. Якщо до кордону мезозою і кайнозою (60 млн. Років) швидкість її надходження становила всього 25 - 30 мм / 1000 років, то пізніше, в кайнозої, відбувається її швидке збільшення. В даний час планета вивергає воду з максимальною за останні 160 млн. Років швидкістю, рівній 605 мм / 1000 років, або близько 0,6 мм в рік. Сюди не входить кількість води, що йде на зволоження безперервно накопичуються морських опадів, біосфери, губиться в атмосфері і ін., Тобто величину 0,6 мм на рік слід розглядати як нижню межу можливих темпів виносу на поверхню планетарної води. Розрахунки показують, що справжня цифра наближається до 1 мм на рік. Багато це чи мало?

Якщо підходити до отриманого значення швидкості дегідратації земних надр з повсякденних, життєвих позицій, то цей міліметр ми і не помітимо навіть при високоточних вимірах. Однак, якщо вимірювати час тисячами років, рахунок піде вже на метри. А це досить відчутно змінює наше уявлення про консервативність сформованих умов проживання на Землі. До того ж слід враховувати й інші фактори, що призводять до підйому рівня моря.

Отже, столітні спостереження на водомірних постах по берегах морів і океанів показали, що рівень океану дійсно піднімається з середньою швидкістю 1,5 мм на рік. До сих пір цей підйом пояснювали потеплінням клімату. І дійсно, клімат за цей же час теплішав, з 1880 по 1980 рр. температура піднялася в середньому на 0,8 ° С. Супутниковими спостереженнями і безпосередніми дослідженнями в Антарктиді і Гренландії встановлено, що щорічно відбувається скорочення їх льодовикових покривів приблизно на 250 км3. Це відповідає підйому рівня океану на 0,7 мм в рік. Крім того, воду витісняють теригенні опади, що виносяться ріками в океан, щорічний обсяг яких складає 7 км3, або 0,02 мм за рівнем. Ще менше піднімається рівень за рахунок щорічних надходжень 1 км3 вулканічного матеріалу. Отже, що залишилася від 1,5 мм частину - 0,78 мм на рік - поступає не за рахунок кліматичних потеплінь. Це глибинна, внутріпланетарних вода, що виноситься з продуктами вулканізму і по глибинних розломів. Як бачимо, отримана незалежним шляхом цифра мало відрізняється від розрахованої нами вище величини 0,605 мм на рік. Таким чином, в балансі води необхідно враховувати внутріпланетарних складову, рівну 0,6 - 1,0 мм в рік. Якщо помножити цю цифру на щільність морської води і обсяг западин Світового океану, то ми отримаємо масу щорічних надходжень глибинної води на поверхню Землі. Вона дорівнює 3,6 × 1017 р

Таким чином, в обсязі щорічно надходять в океан вод присутня постійна в історичному плані стаття, яка дорівнює 0,6 - 1,0 мм за рівнем і 3,6 × 1017 г по масі, яка не залежить ні від яких кліматичних змін.

Тепер неважко зрозуміти - якщо темпи надходження глибинної води будуть перевищувати швидкість поглиблення дна океану, тобто ємність океанічних западин не збільшуватиметься, то надлишок води виплеснеться на прилеглу сушу, затопить низовинні простори материків, почнеться трансгресія - наступ моря на сушу. Якщо ж темпи надходження води будуть менше швидкості просідання дна, то зростаючі западини океану поглинуть надлишок води і почнеться регресія моря, тобто осушення низинних територій материків.

Відомі нам приклади затоплення Голландії, Середземномор'я, інших районів свідчать, що ми живемо в епоху трансгресії, в епоху швидкого настання океану на сушу. Про це говорить і весь хід графіка швидкості надходження води за останні 60 млн. Років (див. Рис. 16, с. 65).

Ну а скільки води Земля втрачає щорічно при фотолізі в космічний простір? Щоб знайти і цю статтю балансу, визначимо з графіка середню швидкість виносу води на поверхню за останні 160 млн. Років. Вона дорівнює 0,1 мм на рік, або 3,6 × 1016 г / рік. Отже, за період океанообразованія, тобто за останні 60 млн. років, з надр Землі на поверхню було перекинуто 2,2 × 1024 г води. Це на 0,6 × 1024 г більше маси води в сучасному океані, рівній 1,60 × 1024 р Куди ж поділася ця величезна маса води? Отриманий надлишок характеризує обсяг втрат на зволоження морських опадів 0,1 × 1024 г і біосфери. Частина, що залишилася (0,50 × 1024 г) була втрачена Землею при фотолізі в верхніх шарах атмосфери. Звідси знаходимо, що середні щорічні втрати в космос становлять приблизно 7 × 1015 р, або близько 20% від сучасних щорічних надходжень води на поверхню планети. Сучасний баланс земної гідросфери відображений на рис. 17. Так ми знайшли ще одну невідому раніше статтю балансу земної води - втрати в космічний простір. Тепер ми знаємо, скільки наша планета щорічно отримує вільної води і скільки її втрачається безповоротно (табл. III.3). А це вже створює передумови для розробки наукового прогнозу майбутніх змін площі суші і моря на поверхні Землі, а з ними особливостей майбутнього клімату і умов життя.

Таблиця III.3

Кругообіг води на поверхні Землі

Рис.17. Сучасний баланс земної гідросфери

Але перш розберемося, якими водними ресурсами має в своєму розпорядженні наша планета. Незважаючи на свій поважний вік, вона, як ми бачимо, на кінець своїх 4,5 млрд. Років раптом виявляє бурхливу активність. Справді, за всю попередню історію, як показують розрахунки (Орлятко, 1985), було вироблено майже стільки ж води (4,2 × 1024 г), скільки за останні 60 млн. Років. А це означає, що земний океан міг виникнути лише в кайнозої, тобто це дуже молоде геологічне утворення. У минулому, внаслідок малої кількості вільної води і низьких (більш ніж на порядок) темпів її надходження, могли існувати лише мілководні моря, більш-менш рівномірно розсіяні по лику Землі. Якщо виходити із сучасних темпів підйому рівня моря, що спостерігаються в останні 100 років (1,5 мм / рік), то за 1000 років підйом складе 1,5 м. Погодившись з прихильниками рівномірного надходження внутріпланетарних води на поверхню Землі, ми при даній швидкості підйому рівня тільки за останні 50 млн. років отримаємо абсолютно абсурдну цифру приросту товщини вод океану - 75 км. Звідси випливає, що останнім часом темпи заповнення океанських западин водою були значно вищими, ніж в минулому. Причина тому - не загальне потепління клімату, бо клімат - явище вторинне і залежить від співвідношення площі суші і моря. Може йтися лише про збільшені темпи надходження води із земних надр (табл. III.3).

Вода на Землі в далекому минулому. Тепер ми знаємо, що основна маса води на Землі надійшла з її надр, тобто має "земне" походження. Космос дає мізерно мало - десятитисячний частку відсотка. Тому в розрахунках цим фактором можна знехтувати.

Розглянемо більш докладно питання: якими водними ресурсами володіє планета і який механізм транспортує воду на поверхню?

Те, що океанізація супроводжується активним вулканізмом, наводить на думку: а чи не є він джерелом вільної води на Землі?

Як показав вулканолог Є.К. Мархінін, в продуктах сучасних вулканічних вивержень вода дійсно присутня у вигляді пари, розчинів і входить до складу магми. Її середній вміст при цьому досягає 4 - 5% від маси вулканічного матеріалу. На поверхню Землі щорічно перекидається з надр 9 млрд. Тонн магми, попелу, газів і різних парів, тобто 9 × 1015 р На одностайну думку вчених, напруженість вулканізму в історії Землі була в середньому близька до сучасної. Тому, помноживши цифру 9 × 1015 р на період геологічної активності 4,5 × 109 років, отримуємо 4,2 × 1025 р Стільки вулканічного матеріалу було викинуто на поверхню. Якщо весь його рівномірно розсипати по поверхні Землі, то вийде шар завтовшки 30 км! Таким чином, можна зробити висновок, що верхня частина кам'яної оболонки Землі - її земна кора - сформована продуктами вулканізму, а все її шари колись побували на земній поверхні, зазнали окислення атмосферним киснем і перетворення в результаті життєдіяльності організмів.

Знаючи загальну масу вулканічного матеріалу, можна визначити, скільки води принесли вулкани на земну поверхню: 5% від 4,2 × 1025 г складає 2,1 × 1024 г. Але протягом всієї геологічної літописі Землі вода безперервно (зі швидкістю близько 2,0 × 1015 р в рік) губилася при фотолізі. Її загальні втрати склали близько 2,58 × 1024 р

Маса сучасної гідросфери дорівнює 1,6 × 1024 г, значить, все було вироблено планетою (1,6 + 2,5) × 1024 г = 4,1 × 1024 г води. Отже, відсутня частина води (2,0 × 1024 г) надійшла на земну поверхню невулканіческой шляхом. Вода може транспортуватися також по глибинних розломів, скидатися магмою на глибині при падінні тиску. Іншими словами, вулканізм дав лише половину наземної води. Інша половина надійшла невулканіческой шляхом.

Але далеко не вся маса води вийшла на поверхню. Значна її частина залишилася похованою в надрах Землі, пішла на зволоження морських опадів. Скільки ж з усієї цієї маси глибинної води досягло поверхні?

Для відповіді на це питання нам доведеться ще раз зазирнути в глибокі надра Землі.

У центрі планети, як ми бачили, знаходиться металеве ядро, вище (до глибин 2900 км) - велика зона рідкого розплаву, так зване зовнішнє ядро, яке вбирається твердої мантією - оболонкою (див. Рис. 8, с. 28). У цій мантії і зосереджено первинне планетне речовина, з якого була сформована наша Земля. Вважається, що перетворення цього протовещества відбувається в результаті фізико-хімічних реакцій в зоні зовнішнього ядра. Продукти цього перетворення - важкі метали - опускаються вниз і формують щільне внутрішнє ядро, а легкі гази і силікати піднімаються в верхні горизонти планети. Оцінюючи масу ядра, земної кори і зовнішнього ядра, можна приблизно визначити, скільки протовещества вже піддалося переробці протягом всієї історії Землі. Ця величина складає 361 × 1025 р непрошедших через горнило фізико-хімічних реакцій речовина (240 × 1025 г) зосереджено в мантії Землі. Вважається, що склад протовещества близький складу випадають на Землю метеоритів. Але метеорити містять у середньому близько 0,5% води. Це дозволить оцінити, скільки води було вироблено при розпаді 361 × тисячі двадцять п'ять г протовещества; виходить 1,8 × 1025 г. З цієї величезної маси лише 4,2 × 1024 г надійшло на поверхню в рідкій фазі, що становить 23%. Значить, 77% води назавжди залишилося в надрах верхніх поверхів планети. Хто не пройшов через горнило фізико-хімічних реакцій частина протовещества оболонки (240 × 1025 г) здатна дати ще 1,2 × 1025 г води і, отже, 2,76 × 1024 г у вільній фазі. Іншими словами, земні надра ще повинні виробити півтора обсягу сучасного Світового океану!

Наведені розрахунки дозволяють зробити ряд важливих висновків щодо минулої історії вільної води і майбутньої еволюції Світового океану.

За все життя Земля вже виробила 2/3 води, що містилася в протопланетному речовині. В майбутньому вона ще виробить приблизно півтора обсягу Світового океану, після чого надходження води на земну поверхню припиниться.

З 4,2 × 1024 г винесеною на поверхню води за період океанізації, тобто за останні 70 млн. років, була вироблена майже половина - 2,2 × 1024 р Частина надійшла на поверхню протягом всієї попередньої історії Землі, тобто за 4 млрд. років. Природно, цієї води було недостатньо, щоб сформувати Світовий океан, подібний до сучасного. Її було занадто мало. Цієї маси води повинно було вистачити лише на утворення невеликих мілководних водойм. Оскільки пишна наземна рослинність з'явилася лише в середині палеозою - в кам'яновугільному періоді, то ми повинні визнати, що тільки до цього часу мілководні водойми більш-менш рівномірно покрили земну поверхню.

До карбону води ще було мало, тому життя не могла вийти на безплідну незволожених сушу, продовжуючи розвиватися в нечисленних морських басейнах докарбонового часу. З появою великого дзеркала водойм прискорився фотоліз, і, отже, став швидко накопичуватися в атмосфері кисень. У виробництво кисню включилася також зростаюча маса біосфери. Атмосфера Землі стає все більш кисневої, що сприяло розвитку вищих форм органічного життя.

Таким чином, вся історія Землі може бути розділена на два періоди - доокеаніческій, що включає криптозой і більшу частину фанерозою, і період океанізації, що почався в кінці мезозою (70 млн. Років) і триває з найвищою швидкістю в даний час. Причина такого поділу визначається поступовим характером накопичення виділяється з надр вільної води на земній поверхні. Іншими словами, еволюція лиця Землі і життя йшла з поступовим прискоренням.

З наведеного випливає також, що Світовий океан - надзвичайно молоде освіту. Ніколи на Землі не було раніше подібного глибоководного і великого резервуара вільної води. Тому марно шукати сліди древніх океанів на сучасній суші - їх там ніколи не було. Океан не дається планеті спочатку. Він з'являється в результаті тривалої і довгої еволюції протовещества, в результаті поступового накопичення виноситься з надр планети вільної води.

Виникає питання: як довго Земля ще буде виробляти воду і скільки років буде існувати океан?

Реальна фантастика блакитної планети. Середня швидкість надходження води в період океанізації становить 3,6 × 1016 г на рік, тобто на порядок нижчою за сучасну (3,6 × 1017 г на рік). При збереженні середніх темпів дегідратації, що встановилися в кайнозої, в наступні часи для вироблення решти маси вільної води в надрах планети (2,76 × 1024 г) потрібно 2,76 × 1024 г / 3,6 × 1 016 г / рік = 8 × 107 років. Отже, Земля ще 80 млн. Років буде виробляти воду, після чого ресурси її протовещества вичерпаються і надходження води на поверхню повністю припиниться. Якщо ми нанесемо цю цифру на ліву частину графіка (див. Рис. 16, с. 65) і припустимо, що наступні надходження води, внаслідок її зменшення в оболонці, будуть відбуватися все сповільняться, тобто аналогічно закону зростання в період океанізації, то отримаємо симетричний графік (див. рис. 16, с. 65). Значить, максимуму дегідратації слід очікувати в найближчий мільйон років, після чого швидкість надходження води почне зменшуватися. Звідси знаходимо, що тривалість періоду океанізації становить всього 120 - 140 млн. Років. Отже, океанізація - це фінал еволюції планети. Розвинена гідросфера виникла на Землі на заключному етапі її внутрішньої активності.

Як же буде змінюватися лик Землі в процесі фінального етапу океанізації?

Сучасні темпи надходження ендогенної води становлять 0,6 мм на рік. Вони, як ми бачили, встановилися не один мільйон років тому. Тому у нас немає ніяких підстав вважати, що, скажімо, в найближчі тисячі і навіть сотні тисяч років (що в геологічному масштабі часу - всього лише мить) ці темпи можуть різко змінитися. Значить, через 10 тисяч років рівень океану при відсутності великих змін його ємності за рахунок значних поглиблень дна підніметься на 6,1 м. Але таке збільшення рівня неминуче спричинить за собою загальне потепління клімату, що може привести до повного або значного танення льодів Антарктиди і Арктики . Ліквідація цих льодовиків підвищить рівень моря ще на 63 м, тобто в сумі з глибинної водою рівень підніметься на 70 м. Це призведе до затоплення всієї низинної суши, третина якої лежить на позначці нижче 100 м. Людство, мабуть, буде безсило стримати цей наступ океану, тому що не можна побудувати уздовж всього океанського і морського узбережжя дамби висотою близько 80 м. Через 100 тисяч років рівень моря підніметься ще на 60 м і досягне позначки +240 м. Під водою опиняться всі рівнини Землі. Через мільйон років рівень підніметься ще на 500 м і досягне позначки 600 - 650 м. Тепер уже тільки гірські області у вигляді рідкісних островів будуть підніматися над гладдю безмежного океану. Наша Земля перетвориться в планету-океан. Все попереднє розгляд показує, що реальність такого швидкого і значного підйому рівня Світового океану надзвичайно висока. Тепер ми бачимо, що відбувається наступ океану на узбережжях Голландії, Середземного моря та в інших районах - це не випадкові явища. Спостережуване тут наступ океану є наслідком загальнопланетарного процесу, ім'я якому - океанізація Землі! Тому очікувати кардинальної зміни існуючих умов було б великою помилкою. Зусилля щодо захисту затоплюваних узбереж повинні бути потроєні. Недооцінка явища океанізації незабаром може обернутися значним подорожчанням робіт або навіть безповоротної втратою великих територій. Фантастика блакитної планети, на жаль, занадто реальна!

Що очікує планету в більш віддаленому майбутньому? Як було показано, в майбутні 70 - 80 млн. Років земні надра вироблять ще приблизно півтора обсягу Світового океану, тобто 2,76 × 1024 г води. Разом з наявною масою гідросфери (1,64 × 1024 г) це складе 4,4 × 1024 г. Сучасні щорічні втрати води на фотоліз складають приблизно 20% її щорічних надходжень, тобто 0,7 × 1016 г. При подальшому підйомі рівня моря площа дзеркала Світового океану збільшиться з 360 × 1016 до 400 × 1016 см2 і більше. Значить, обсяг випаровування буде більше, ніж тепер. В результаті фотоліз прискориться на одну третину, досягши 2,1 × 1016 г на рік (табл. III.4).

Таблиця III.4

Структура і баланс протовещества Землі (Орлятко, 1985)

Отже, при негативному балансі водних надходжень (тільки витрата, прихід води, як ми тепер знаємо, через 70 - 80 млн. Років припиниться) для повного зникнення гідросфери з поверхні Землі буде потрібно (з урахуванням поховання 20% Н2О від маси 4,4 × 1024 г в майбутньої 1 - 2-кілометрової товщі морських опадів) близько 40 млн. років. Таким чином, протягом найближчого мільйона років вся поверхня Землі, за винятком високогірних областей, буде покрита водами Світового океану, і на 40 млн. Років вона перетвориться в планету-океан. Згодом висихають океани знову відкриють поховані під морським мулом континенти, а потім вони назавжди зникнуть з лиця Землі. Поверхня планети перетвориться на мертву пустелю з зяючими западинами висохлих океанів, над якими будуть високо підніматися останци колись квітучих континентів.

Сучасний баланс суші і моря виявляється величиною вкрай мінливою. Розпочатий 60 - 70 млн. Років процес океанічної експансії продовжується. Звідси стає зрозумілим, що зародження і розвиток земної цивілізації довелося на кращу пору геологічного розвитку планети в сенсі збалансованості площі суші і моря, клімату і т.д. Для безтурботного існування людської цивілізації на нашій планеті відведено дивно мало часу. Уже в найближчі тисячоліття їй доведеться почати надзвичайно важку боротьбу з настанням океану або ж шукати шляхи пристосування до нових швидко мінливих умов.

Такий неминучий закон еволюції планети: від безплідної, безводної, вогнедишною Землі - до квітучого зелено-блакитному оазису, потім до планети-океану і, нарешті, до млявої пустелі. Весь етап займе близько 40 млн. Років. Здається, що у цивілізації буде достатньо часу, щоб навчитися управляти процесами і в глибоких надрах Землі. Можливо, будуть створені умови для життя на Місяці, Марсі, Венері, нарешті, людина зможе переселитися в інші, більш сприятливі для життя світи. Це доведеться рано чи пізно робити, бо саме Сонце, як ми побачимо, теж не вічне.