3.2. Pojavljuje se voda na Zemlji

Pre oko 

4 milijarde godina

U početku Zemljine istorije od vode nije bilo ni traga.

Tek kada se površina Zemlja dovoljno ohladila, mogli su se formirati okeani.

Kako su se molekuli vode našli u svemiru?

Molekul vode čine dva molekula vodonika i jedan molekul kiseonika. Vodonik je nastao u Velikom prasku, a kiseonik u jezgrima zvezda. 

Mada su nastali putem različitih procesa, vodonik i kiseonik su se združili i napravili molekul vode, čak i u svemiru, gde se nalazi obilje vode u gasovitom obliku

Kao to znamo?

Svaki molekul, pa i voda, ima jedinstveni „otisak prsta“ — spektar. Koristeći sofisticirane instrumente, naučnici su uspeli da slože kretanje molekula vode u oblastima svemira gde se zvezde i planete još uvek formiraju.

Misterija nastanka vode na Zemlji još uvek zaokuplja pažnju naučnika širom sveta. O tome kako je voda dospela na Zemlju postoji mnogo teorija. Navešćemo dve koje kažu:

• Većina vode na Zemlji potiče iz unutrašnjosti Zemlje — iz vulkana.
• Manji deo vode dolazi iz sudara Zemlje sa kometama i asteroidima bogatim vodom.

Takođe ćemo opisati i noviji model (iz 2020. godine) o poreklu vode na Zemlji.

Formiranje okeana odvijalo se u nekoliko faza:

Isprva je postojala samo vodena para u atmosferi!

Erupcije vulkana su bile česte pojave u ranoj istoriji Zemlje. Erupcijom vulkana izbacuju se gasovi, magma*, čvrsti delovi i pepeo. Površina Zemlje je postala obavijena vrelim gasovima i vodenom parom. Kako je površina Zemlje bila suviše topla, voda kao tečnost još uvek nije mogla postojati.

Hlađenjem atmosfere dolazi do kondenzacije vodene pare i pojavljuje se kiša. Kako je Zemlja bila još uvek topla, nije bila moguća akumulaciju vode na njenoj površini.

Daljim hlađenjem površine Zemlje voda počinje da se zadržava na površini. Kiša je padala bez prestanka oko milion godina! Ispunila je bazene koje danas poznajemo kao svetski okean. To je bilo pre oko 3.8 milijardi godina.

*Magma je istopljena stena temperature preko 1000 ^oC, koja se nalazi ispod površine Zemlje. Nakuplja se ispod vulkana. U erupciji vulkana ona izbija na površinu Zemlje. Kada izađe na površinu planete, magma se naziva lava.

Da, dobro ste pročitali. Do takvih saznanja došla su nova istraživanja (pogledajte na primer časopis Science iz avgusta 2020. godine).

Kako je to moguće?

Model koji su razvili naučnici otkriva da većina voda na Zemlji potiče od materijala koji su bili prisutni u unutrašnjem Sunčevom sistemu u vreme kada je planeta nastala. Dakle, voda je postojala od samog početka, u oblacima prašine iz kojih je formirana Zemlja.

Kako su naučnici došli do ovog modela?

Proučavali su 13 meteorita (enstatitski hondriti) koji datiraju još iz vremena nastanka Sunčevog sistema, dakle, iz perioda pre nego što je nastala Zemlja.

Zašto su odabrali baš te meteorite?

Razlog je to što su enstatitski hondriti meteoriti slični svemirskim stenama koje su formirale Zemlju pre oko 4.5 milijardi godina. Ovi meteoriti imaju izotope kiseonika, titana i kalcijuma, isto kao i Zemlja.

Analizirali su vodu u meteoritima?

Ne, nisu analizirali vodu u meteoritu, već jedan njen gradivni element, vodonik vezan u mineralima. Pretpostvili su da je taj vodonik bio deo molekula vode. 

Analizirali su i stene u sloju Zemlje koji se naziva plašt* i otkrili su da se vodonični potpis stena poklapa sa vodoničnim potpisom u meteoritima.

*Plašt (mantil, omotač jezgra) je debela ljuska, sastavljena od gustih stena, koja okružuje spoljašnje tečno jezgro. Nalazi se ispod tanke Zemljine kore i proteže se do 2900 km dubine. Srednji poluprečnik Zemlje je 6379 km, a poluprečnik jezgra je oko 3450 km.

Gde se to dešava?

To se dešava u magmi. Rastopljena stena sadrži rastvorenu vodu koja se iz plašta izdiže na površinu vulkana. Voda isparava i dospeva u atmosferu u vidu vodene pare, koja se potem kondenzuje i pada natrag na tlo.

Ovo je proces koji bi stvorio okeane na Zemlji od gradivnih blokova vode skrivenih u stenama planete.

Odakle potiču vodonik i kiseonik u stenama?

Vodonik je stvoren u velikom prasku, a kiseonik su oslobodile umiruće zvezde.

Šta je sa drugim izvorima vode na Zemlji?

Model ne isključuje naknadno nastajanje vode iz drugih izvora, kao što su komete/asteroidi. Međutim, smatraju da su hondriti* ti koji su značajno doprineli znatnoj količini vode u vreme kada je nastala.

*Hondriti su vrsta kamenih meteorita. Oni vode poreklo iz perioda formiranja Sunčevog sistema. Ima ih nekoliko vrsta, među kojima su ugljenični hondriti sa mineralima ti koji sadrže vodu.

Da li su naučnici pokušali da otkriju i vodu u meteoru?

Koristeći specijalne analitičke procedure, naučnici su uspeli sa izmere sadržaj i sastav malih količina vode u meteoritima!

Da li su naučnici merili još nešto u E  hondritu?

Naučnici su takođe merili i sadržaj azota u ovom meteoritu. Pronašli su značajne količine azota, za koje pretpostavljaju da su mogle pomoći u formiranju Zemljine atmosfere.

Kako znamo kada su formirani okeani?

Čini nam se da je okean plave boje, a voda iz slavine u providnoj čaši bezbojna. Dugi niz godina vladalo je mišljenje da su okeani plavi, pošto reflektuju plavo nebo. A glavni „krivac“ za plavetnilo okeana je svetlost Sunca!

Sunce nas osvetljava belom svetlošću, sastavljenom od više različitih boja, a svaka od njih ima određenu talasnu dužinu. Kada se neki predmet osvetli belom svetlošću, on ne apsorbuje sve boje, već će neku boju i odbijati. Deo svetlosti koji je odbijen od predmeta je boja koju mi vidimo. Na primer, plava majica je upravo plava zato što osvetljena majica odbija plavu svetlost, a sve ostale boje apsorbuje.

Kada svetlost prolazi kroz molekule vode, oni apsorbuju veći deo svetlosti, od crvene do zelene boje i ljubičaste boje.  Plavi deo svetlosti molekuli vode odbijaju i to je razlog zbog čega vidimo „plavi” okean.

Kada sunčeva svetlost padne na površinu okeana, dolazi do interakcije sa molekulima vode na koje nailazi. Molekuli vode je apsorbuju.

Kako se talasna dužina svetlosti smanjuje od crvene do plave svetlosti, tako se smanjuje i sposobnost svetlosti da prodre u vodu. Molekuli vode prvo apsorbuju crvenu svetlost, a zatim žutu, zelenu i ljubičastu. Plava svetlost se u najmanjoj meri apsorbuje, te zbog toga i najdublje prodire u okean, čak 100 i više metara.

Plavo svetlo je jedina boja svetlosti koja ostaje, te je i jedina boja koja se može odbijati nazad iz vode i dospeti do naših očiju iz dubina od 100 i više metara. Ako je voda veoma duboka, ona izgleda kao veoma tamna — tamnoplava.

Zbog toga, ako krenete pogledom od obale ka pučini, primetićete da voda postaje sve plavlja i plavlja, da bi na pučini bila tamnoplava. Što više vode ima, više se svetlosti apsorbuje, pa ostaje samo plava svetlost koju vidimo kao boju vode.

Zašto okeani imaju i druge boje?

Ponekad vidimo da okean ima i druge nijanse: plavo-zelenu, skoro ljubičastu, zelenu ili čak žutu do braonkastih nijansi. Razlika u boji vode okeana povezana je sa sadržajem vode i njenom dubinom. Tako na primer, kada se u vodi nalaze suspendovane čestice, one povećavaju rasipanje svetlosti.

Najvažnija supstanca koja apsorbuje svetlost u okeanima je hlorofil (vidi više u poglavlju 5.5), kojeg sadrže sićušne biljke u okeanima, fitoplanktoni. Hlorofil ima zeleni pigment, te apsorbuje crveni i plavi deo svetlosti, a odbija zeleni. Zbog toga, tamo gde su koncentracije fitoplaktona velike voda poprima nijanse zelene boje (od plavo-zelene pa sve do zelene).

Voda u našoj providnoj čaši je bezbojna jer molekuli vode ne abosrbuju svetlost u području spektra (boja) na koje je osjetljivo naše oko.

Šta su komete?

Komete su nebeska tela sastavljena od leda (smrznuti gasovi) pomešanog sa kamenom i prašinom. Zbog toga je ponekad nazivaju i „prljava ledena grudva“. Nastale su na samom početku razvoja sunčevog sistema, a ono po čemu su komete poznate je njihov „rep“.

Zašto komete imaju rep?

Komete putuju kroz Svemir. Daleko od Sunca komete su smrznute, pa imaju samo jezgro. Kada prolaze dovoljno blizu Sunca, zagreju se i dolazi do isparavanja leda, pri čemu se oslobađa oblak gasa i čestica prašine. Sunčev vetar oduva gas i prašinu od jezgra komete, te se formira rep u suprotnom smeru od Sunca.

Pri svakom prolasku pored Sunca kometa gubi oko 0.1% leda. Nakon mnogo prolazaka oko Sunca (oko 1000 puta), komete nestaju i od njih ostane samo gomila prašine i šljunka.

U poslednjoj deceniji otkriveno je da se gradivni materijal asteroida i kometa ne razlikuje mnogo. Komete imaju više leda nego asteroidi.

Za razliku od kometa asteroidi nemaju rep, pošto ne sadrže dovoljno isparivog materijala.

Tačna definicija asteroida još uvek ne postoji. Najčešće se sreće definicija da su to čvrsta i hladna tela, bez svetlosti, koja kruže oko Sunca.

Asteroidi su padali na Zemlju, a neki od njih su bili toliko veliki da su uspeli da iskorene dinosaoruse pre oko 65 miliona godina.

Asteroid koji je udario u Zemlju podigao je guste oblake prašine, čađi i pepela, te izazvao vulkanske erupcije i pokrenuo lanac zemljotresa. Prašina je zaklanjala Sunce, što je dovelo do naglog pada temperature. Veći deo vegetacije je nestao. Dinosauri koji nisu stradali od udara asteroida pomrli su od gladi. Preživele ‎su manje životinje, i to prvenstveno naši toplokrvni preci.

Kada se prašina slegla, ponovo se počeo razvijati biljni svet. Za dinosaure je bilo kasno i oni su izumrli.