После кратких пояснений, относящихся к выяснению понятия «гидросфера», ее границ, состава и количества образующих ее вод и к утверждению единства всех видов природных вод, вернемся вновь к одному из двух основных вопросов главы — к вопросу о происхождении воды.
Изучая специальную литературу, посвященную этому трудному вопросу, можно было пометить разные аспекты истолкования проблемы происхождения воды.
По современным подсчетам, атомы водорода составляют около 93% всех атомов Вселенной, что соответствует 76% мировой массы (Соколов, 1966). На втором месте находится гелий, который вместе с водородом составляет 99% массы Солнца, звезд, межзвездной среды и больших планет (Мороз, 1967). Атомы всех остальных элементов (кислорода, углерода, азота, кремния, магния, железа и др.) составляют менее 1% общего количества атомов Вселенной, а по массе — 1—2%.
В своей обзорной работе о составе атмосфер планет Дж. П. Койпер (Kuiper, 1957) приводит содержание элементов в Космосе, по Гринштейну, подсчитанное на основании геохимических данных, анализа метеоритов и состава солнечной атмосферы. Согласно этому подсчету, если за единицу принять содержание в Космосе кислорода, на долю водорода приходится наибольшая величина, 1600 единиц, а на долю гелия — 160 единиц. Содержание всех остальных элементов, в том числе железа, кремния, углерода, азота, алюминия, составляет не более десятой, сотой и даже тысячной доли содержания кислорода. Эти данные также указывают на абсолютное преобладание в Космосе водорода.
В недавнем обзоре Л. Аллера (1963), посвященном распространению химических элементов в Космосе, на первых местах по обилию стоят также водород и гелий.
Если теперь обратиться к среднему химическому составу Земли и отдельных ее геосфер, то легко убедиться в резком несоответствии его химическому составу Вселенной. По обобщенным данным А. П. Виноградова (Вернадский, 1954), первое место в химическом составе Земли принадлежит железу (36,9%), второе — кислороду (29,3%), третье — кремнию (14,9%). Далее в убывающем порядке располагаются магний, алюминий, кальций, никель, натрий и другие элементы. Данные о содержании водорода не приводятся.
По Б. Мейсону (Аллер, 1963), для железа, кислорода, кремния и магния остается тот же порядок их расположения в химическом составе Земли, что подтверждает данные А. П. Виноградова.
В литосфере, если мощность ее принять равной 16 км, по данным Виноградова, первое место по весу занимает кислород (47,2 %), второе — кремний (27,6%), третье — алюминий (8,8%), затем в убывающем порядке — железо, кальций, натрий, калий, магний и др. Водорода в литосфере содержится всего около 0,15%. Однако Виноградов отмечает, что эта величина требует проверки.
По сводке Л. Аллера (1963), элементы земной коры (изверженные породы) располагаются в следующем нисходящем порядке: кислород, кремний, алюминий, натрий, кальций, железо, магний, калий и др. Первые восемь элементов составляют около 98% земной коры.
Новейшие расчеты М. М. Ермолаева (1967) подтверждают этот порядок расположения элементов по их массе в земной коре. Масса водорода, по данным того же автора, составляет 0,186 • 1024 г в земной коре, причем этот элемент занимает по кларкам десятое место.
В. И. Вернадский (1954) считает, что количество водорода в земной коре составляет около 1 % с учетом водорода свободного и связанного. В морской воде гидросферы по весу кислород так же, как в литосфере и почве, находится на первом месте (85,8%); водород — на втором месте (10,7%), хлор — на третьем и натрий — на четвертом. Приблизительно то же количество водорода в процентах по весу показывает средний состав живого вещества, в котором первое место по-прежнему принадлежит кислороду (70%), второе — углероду (18%) и третье — водороду (10,5%), Наконец, в нижней атмосфере (ниже 80—100 км) содержится ничтожное количество водорода, едва улавливаемое точными химическими анализами. Согласно современным данным (Соколов, 1966), в нижней атмосфере азота 78,08%, кислорода 20,95%, аргона 0,93% и углекислого газа 0,03%; содержание паров воды колеблется от сотых долей до 3—4% от объема.
Представляют интерес концентрации некоторых газовых примесей в нижней атмосфере. По обобщенным данным В. А. Соколова (1966), концентрация водорода составляет в процентах 10-5, метана 10-5—10-6, озона 10-5—10-6, окиси углерода 10-5—10-6, двуокиси азота 10-6, тяжелых углеводородов 10-7, воды 101—10-3.
Выше 80—100 км начинается диффузионно-гравитационная дифференциация газов. Состав атмосферы постепенно меняется с высотой (Истомин и др., 1961; Кондратьев, 1965; Соколов, 1966; Данилов, 1967) в сторону увеличения относительных концентраций легких и уменьшения тяжелых газов. Под воздействием проникающего в верхнюю атмосферу солнечного ультрафиолетового излучения происходит диссоциация находящихся там молекул газов. Сначала в заметном количестве появляется атомарный кислород, ионы которого на высотах около 250 км становятся существенным ионным компонентом верхней атмосферы; выше 250—300 км растет концентрация атомарного азота, но она остается малой по сравнению с концентрацией ионов атомарного кислорода (до 9%).
Атомарный водород составляет значительную часть верхней атмосферы, начиная с экзосферы, нижняя граница которой колеблется в пределах 500—1000 км и в среднем может быть проведена на уровне 700—800 км от поверхности земли. По данным, полученным во время полетов советского спутника «Электрон-2» (Истомин, 1965), равенство концентраций атомарного водорода и атомарного кислорода имеет место на высотах около 900 км. Выше этого уровня кислородная ионосфера переходит, по В. Г. Истомину, в водородную ионосферу, или протоносферу, где в газовом составе атмосферы преобладает водород и отчасти гелий.
Критический уровень, выше которого происходит диссипация газов атмосферы в космическое пространство, определяет нижнюю границу экзосферы (Мороз, 1967).
На высотах между 1500—2000 км и 15 000—20 000 км в верхней атмосфере выделяют водородную геокорону, где преобладают ионы водорода (протоны) и концентрация заряженных частиц на порядок больше (Безруких, Грингауз, 1965). Всю внешнюю часть магнитного поля Земли, подверженную давлению постоянно действующего корпускулярного потока (солнечного ветра), называют магнитосферой (Плетнев и др. 1965).
Положение линии раздела магнитосферы и космического магнитного поля не является устойчивым и достаточно обоснованным. По имеющимся данным, оно колеблется приблизительно между 8R и 11R (здесь R — радиус Земли), или 45 000 и 65 000 км от поверхности земли (Грингауз, Хохлов, 1965; Ерошенко, 1965). Имеются некоторые данные («Земля и Вселенная», вып. 4, 1968) о сигарообразной форме магнитосферы.
В последние годы несколько пересматриваются существовавшие представления об изменении с высотой содержания воды в атмосфере. Долгое время считалось общепризнанным отсутствие воды в высоких слоях атмосферы, образование облаков связывали преимущественно с тропосферой и значительно реже со стратосферой (перламутровые облака). Однако светящиеся (серебристые) облака, находящиеся на высотах около 80 км, неоднократно были предметом наблюдения и изучения, особенно в первый час после захода солнца. Этот, с первого взгляда, малозначащий факт позволяет, как увидим дальше, предполагать различную природу происхождения серебристых облаков.
На основании сравнения химического состава межпланетного пространства и разных геосфер Земли можно, таким образом, убедиться в полном несходстве между ними. Этот вывод наталкивает на мысль о возможном происхождении воды в результате сложных процессов, происходящих в глубоких недрах Земли, о теллурическом ее генезисе. В этом аспекте воду можно рассматривать как продукт длительного исторического развития природы Земли, как вещество преимущественно земного происхождения.
—Источник—
Алпатьев, А.М. Влагообороты в природе и их преобразования/ А.М. Алпатьев. – Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1969.– 323 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
