Глобальный океан древней Земли появился благодаря высокотемпературной мантии
В раннем архее, от 4,0 до 3,2 миллиарда лет назад, поверхность Земли, по-видимому, была практически полностью покрыта глобальным океаном. К такому выводу пришли ученые на основе расчета зависимости между температурой мантии и темпами ее дегидратации, служившей главным источником образования Мирового океана. Более горячая, чем сегодня, мантия раннеархейской Земли активно теряла связанную в породах воду, в результате чего баланс водного обмена между недрами и поверхностью планеты был сдвинут в пользу увеличения объемов океана, сообщает статья в журнале AGU Advances.
Вода вошла в состав вещества примитивной Земли еще на стадии
аккреции и, по-видимому, сразу начала поступать на поверхность в ходе
дегазации, сопровождавшей гравитационную дифференциацию недр. Благодаря этому
процессу на планете сформировались первичная атмосфера и океан. После того как
начал действовать механизм тектоники плит, вода через зоны субдукции стала
попадать обратно в мантию, и за счет регидратации мантийных пород объем океана
уменьшился.
Оценка величины эвстатических (глобальных и медленных) колебаний уровня океана показала, что по крайней мере на протяжении фанерозойского эона (от 543 миллионов лет назад до настоящего времени) количество воды на поверхности Земли оставалось приблизительно постоянным. Однако в более ранние эпохи оно могло существенно отличаться от современного. Косвенно на это указывают исследования изотопного состава серпентинизированных, то есть подвергшихся гидратации, пород океанического дна раннеархейского (3,8 миллиарда лет) возраста. Древний океан был обеднен дейтерием на 25 ± 5 промилле по отношению к современному, и для того чтобы фракционирование изотопов водорода в процессах континентального роста и субдукции привело к нынешнему содержанию тяжелой воды, океан ранней Земли должен был быть примерно на 26 процентов больше по объему.
При этом, как показало одно из недавних исследований, вода,
попадающая в мантию при субдукции, концентрируется главным образом на глубинах
от 410 до 660 километров — в переходном слое, состоящем в основном из вадслеита
и рингвудита — высокобарических модификаций оливина (Mg,Fe) 2SiO4.
На границе нижнего слоя при давлении около 24 гигапаскалей рингвудит переходит
в бриджманит (Mg,Fe)SiO3, способность которого к
аккумуляции воды гораздо ниже.
Группа исследователей во главе с Цзюньцзе Дунем (Junjie Dong) из Гарвардского университета оценила, как изменялась способность главных компонентов мантии к удержанию воды в зависимости от температуры. Согласно современным моделям ранней эволюции Земли, в начале архея (4,0–3,2 миллиарда лет назад) мантия была горячее, чем в настоящее время. В качестве показателя в этих моделях берется так называемая потенциальная температура — величина, характеризующая температуру мантийного вещества на средней глубине, адиабатически (то есть без теплообмена с окружающей средой) охладившегося при подъеме на поверхность, в условия атмосферного давления. Потенциальная температура современной мантии составляет около 1600 кельвин, а в раннем архее она могла достигать 1800–2000 кельвин, и мантийные минералы удерживали воду хуже.
Насколько хуже, показали расчеты, выполненные учеными на
основе экспериментальных данных о фазовом поведении главных компонентов мантии,
дополненных результатами моделирования для бриджманита и других составляющих
нижней мантии.
Объединив данные об условиях плавления, при котором происходит
высвобождение связанной воды, исследователи построили модель водоаккумулирующей
способности вещества в глубоких недрах Земли. В этой модели максимальное
количество воды, которое могут удерживать минеральные ассоциации в мантии,
представляет собой функцию потенциальной температуры: чем она выше, тем меньше
воды связывается в веществе. Главная роль в регуляции содержания воды принадлежит
бриджманиту, составляющему более половины массы всей мантии.
Согласно расчетам Цзюньцзе Дуня и его коллег, породы мантии
в настоящее время аккумулируют от 1,86 до 4,41 массы современного Мирового океана,
которая определена примерно в 1,335 × 1021 килограмм. Большой
разброс верхней и нижней границ в оценке содержания воды связан с недостаточно
точными данными по бриджманиту; статистическая медиана оценки составляет 2,29
масс океана. Если принять, что в раннем архее мантия была на 300 градусов горячее,
чем сейчас, она могла удерживать лишь 0,52–1,69 масс океана (при медиане 0,72).
Высвобождаемая вода — от 1,19 до 1,56 масс океана — в основном поступала на
поверхность Земли (некоторая часть ее могла оставаться в мантийных расплавах).
Насколько планета напоминала «водный мир», зависит от степени развития прото-континентальных массивов раннего архея, то есть от их площади и высоты. В рамках построенной исследователями модели наиболее вероятна ситуация, когда водой была покрыта практически вся поверхность, за исключением немногих возвышенных участков. Хотя геологические записи раннего архея редки, они согласуются с картиной глобального или чрезвычайно обширного океана. Так, данные изотопных исследований показывают, что практически все крупные вулканические провинции этого периода были подводными.
Следствием существования глобального океана, по мнению
авторов модели, могла стать активная гидратация примитивной океанической литосферы,
способствовавшая возникновению тектоники плит. Альбедо Земли, поверхность
которой скрывалась под плотной облачной атмосферой, насыщенной водяными парами,
должно было быть достаточно высоким, что уже в середине архея привело к
снижению температуры на поверхности.
Ранее ученые связали континентальный внутриплитный вулканизм с накоплением воды в переходной зоне мантии в результате субдукции, обнаружили признаки мощного магнитного поля на самой ранней стадии существования Земли, а также выяснили, насколько пригодными для жизни могут быть водные миры.
Винера Андреева
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Мы живём на дне
Кирилл Власов
«Кот Шрёдингера» №9–10, 2017
Учебник российской истории начинается с событий, происходивших чуть больше тысячи лет назад. А что было на месте нынешних Москвы, Санкт-Петербурга или Самары на протяжении миллионов лет? Ответ состоит из одного слова: море. Причём не одно, а несколько. Значительная часть Центральной России не раз оказывалась покрыта водой. Фактически мы ходим по дну древних морей.
Представьте, что у вас в руках оказалась портативная машина времени. Неважно, откуда она взялась. Может, её потеряли инопланетяне во время тайного визита на Землю, или же выпуск таких гаджетов наладили китайские корпорации.
Вы любите фильм «Парк юрского периода» и потому первым делом решаете отправиться к динозаврам. Это ж какое видео можно будет записать и выложить на YouTube! В предвкушении миллионов просмотров вы выставляете на табло машины число 150 000 000. Нажимаете на красную кнопку. И…
Через мгновение слышите громкое «плюх». В нос и рот заливается тёплая солёная вода. Справившись с испугом, вы начинаете, покачиваясь на волнах, смотреть по сторонам. Тропических лесов нет. Динозавров нет. Повсюду море. «Так, ошибся», — думаете вы, возвращаетесь домой и идёте сохнуть после неожиданной ванны. Если попробуете снова попасть в прошлое, вполне вероятно, ваше путешествие завершится тем же «плюх».
У реальных учёных пока нет такого прибора, и отправляться в далёкое прошлое приходится, исследуя горные породы. Самая доступная из них — известняк. Обычный белый камень — его можно найти где угодно: на обочине дороги, на стройке, на автостоянке, на берегу реки.
Если присмотреться к нему, то можно заметить окаменевшие останки моллюсков и иных морских существ. Но как они оказались на территории Москвы или любого другого города Центральной России? До ближайшего моря отсюда сотни километров.
Мы привыкли, что континенты имеют чёткие очертания и находятся на своих местах. Пока мы летим из Москвы в Сочи, Чёрное море не перельётся в другую низину, а Крым так и останется полуостровом. Но если по завету Дока Брауна из «Назад в будущее» думать в четырёх измерениях, то выяснится: рельеф менялся настолько радикально, что, посмотрев на глобусы разных геологических эпох, мы вряд ли узнали бы родную планету.
Моря — явление временное. Их существование зависит от двух основных факторов. Первый — наличие углубления на континенте, в которое вода может затечь. На больших отрезках времени поверхность суши гуляет, как полотнище флага в ветреный день: одни участки повышаются, другие понижаются. Второй фактор — уровень Мирового океана. Количество жидкой воды на планете зависит от климата и размера снеговых шапок на полюсах.
А потепления и похолодания в истории Земли случались не раз.
Как учёные узнают, что в том или ином месте было море? Они изучают осадочные породы: известняки, песчаники, глины, мергели, доломиты, которые покрывают почти всю земную кору. Грубо говоря, пробурили скважину в сто метров, подняли образцы, изучили особенности породы и сохранившиеся в ней останки живности. После этого можно сделать вывод, что здесь было море: глубина такая, солёность сякая, температура эдакая.
Углубили скважину ещё на десять метров — выяснили, что здесь происходило в более раннюю эпоху. И так далее. Если бурить не получается (нет денег, слишком сложный рельеф, ушёл в отпуск буровик), можно довольствоваться естественными обнажениями пород — речными откосами, скалами и т. д.
Моря были настолько распространённым и стремительно менявшимся геологическим явлением, что рассматривать их в масштабах планеты или даже страны размером с Россию нельзя: список получится неохватным.
Мы решили ограничиться Восточно-Европейской платформой.
На общем фоне этот блок континентальной коры можно назвать островком стабильности. При этом за последние 700 миллионов лет он почти весь успел побывать под водой, а некоторые территории так даже по нескольку раз. Мы взяли самые известные моря — те, что хоть и существовали в далёком прошлом, но сумели внести большой вклад в наше геологическое настоящее.
Море Зимнего берега
На всякий случай напоминаем: Земля сформировалась за 4,5 миллиарда лет до того, как вы приобрели этот номер «КШ». Известно, что часть воды на планете была изначально, другую принесли ледяные кометы. Можно уверенно предполагать, что моря и суша существуют давно: примерно четыре миллиарда лет назад поверхность планеты остыла до температуры, при которой вода из пара начинает превращаться в жидкость. Но очертания океанов и материков совсем древней Земли известны лишь очень-очень приблизительно. Поэтому три миллиарда лет мы для ясности опустим.
Во времена, куда мы таким образом перенеслись, все блоки земной коры были соединены в огромный суперконтинент.
Обитатели нынешних материков могли бы запросто кочевать из Африки в Австралию и Америку. Жаль, что никаких обитателей не было: суша была практически безжизненна, хотя в море существовали относительно развитые организмы.
В мировой науке этот гигантский континент получил имя Родиния. Первые гипотезы о нём были высказаны в 1970 году, а название предложено в 1990-м супругами Марком и Дианой Макменамин. В этом месте можете испытывать прилив патриотизма: топоним Родиния американские палеонтологи образовали от русского Rodina. Имя для океана, окружавшего этот суперконтинент, тоже взято из нашего языка — Мировия.
Одно из морей, входивших в этот океан, покрывало северную часть современной Центральной России. Правда, тогда российский Север находился в южном полушарии, ближе к экватору.
Когда это море появилось, точно сказать сложно. Но известно, что оно было совершенно непохоже на современные моря, ведь тогдашняя Земля радикально отличалась от нынешней. Сутки длились менее 21 часа, год — около 423 дней.
Кислорода в атмосфере было всего 7% вместо нынешних 23.
А ещё было холодно. Есть даже концепция «Земли снежка», согласно которой 630–650 миллионов лет назад наша планета представляла собой ледяную пустыню вроде планеты Хот из «Звёздных войн». И море, скорее всего, было покрыто ледяным панцирем.
Впрочем, подтвердить или опровергнуть это утверждение пока невозможно: не хватает данных. Зато мы точно знаем, что в этом море уже обитали первые многоклеточные организмы. Считается, что их ассортимент не отличался разнообразием — до кембрийского взрыва, в результате которого на планете появились сотни тысяч видов, оставалось больше ста миллионов лет.
Информации об этих формах жизни крайне мало: в те далёкие времена организмы ещё не додумались обзавестись скелетами или чем-то ещё, что не разлагается со временем. Палеонтологам приходится довольствоваться редкими отпечатками в горной породе. Их можно найти на Зимнем берегу Белого моря, где выходят на поверхность образовавшиеся на дне осадочные породы.
Так были открыты существа, напоминающие современные морские перья, — чарнии; аналоги ползающих медуз — дикинсонии и похожие на червей сприггины. Все они первопроходцы многоклеточного мира, ведь до этого больше миллиарда лет на Земле жили лишь бактерии да прочие одноклеточные.
Границы моря указать сложно. Но что оно было — это уж наверняка.
Почти Балтийское море
Ничто не вечно под луной. Примерно 750 миллионов лет назад суперконтинент Родиния начал распадаться. Одним из продуктов распада стал континент Балтика. На северо-западе этой платформы образовалась впадина, куда начала затекать вода. Её становилось всё больше: климат на планете теплел, лёд таял, полярные шапки почти исчезли, уровень океана повышался. Так сформировалось море, которое можно назвать Балтийским, хотя оно совсем не похоже на современный одноимённый водоём. Отличали его не только очертания, но и температура — как на южном курорте: общее потепление усугублялось в данном случае близостью к экватору.
В таких условиях грех было не расплодиться всякой живности. Правили бал представители членистоногих — трилобиты. Выглядели они как если бы художнику-авангардисту заказали редизайн таракана: тело, состоящее из сегментов, глаза на стебельках и отходящие во все стороны шипы. В «Фантастической саге» Гаррисона участники голливудской съёмочной группы, оказавшись на доисторическом острове, «ловят их при свете фонаря, жарят целиком и едят с пивом».
Несмотря на устрашающий вид, трилобиты были относительно мирными существами — целыми днями рылись в донном осадке, выискивая вкусности. При этом нередко становились добычей. В то время как раз начали появляться первые головоногие моллюски, для которых хрустящие членистоногие были лакомым обедом. По существующим данным, именно трилобиты первыми освоили защитную стратегию «свернуться в клубок и ждать».
К концу силурийского периода — около 420 миллионов лет назад — эта часть платформы начала подниматься, и моря не стало.
Уральский океан
Жители Перми, Уфы и соседних регионов могут считать себя настоящими подводниками.
На протяжении двухсот миллионов лет на планете существовал Уральский океан — огромное водное пространство, разделявшее древние континентальные плиты — Балтику (Фенносарматию) и Сибирию.
В девоне вдоль берегов Уральского океана вытянулся большой коралловый риф. А со стороны Балтики были ещё и островные дуги с действующими вулканами. Они отделяли мелкие моря от океана — что-то вроде современного Карибского моря, обособленного от Атлантического океана Антильскими островами.
Радуют названия островных дуг: Тагильская (была в ордовике — силуре) и Магнитогорская (появилась в девоне). Вряд ли Нижний Тагил или Магнитогорск ассоциируются у кого-то с тёплым морем и экваториальной жарой. Но всего лишь несколько сот миллионов лет назад в этих местах были поистине райские условия, правда, без мохито, шезлонгов и мулаток в бикини.
В Уральском океане хозяйничали рыбы, неслучайно неофициальное название девона — «век рыб». Эволюция экспериментировала с дизайном этих животных: панцирные, кистепёрые, двоякодышащие, хрящевые — все они родом отсюда.
Часть опытов оказалась удачной. Кистепёрые и двоякодышащие рыбы со временем выползли на сушу, став предками современных четвероногих. Потомки хрящевых здравствуют и поныне, самый очевидный пример — акулы.
А вот панцирным повезло меньше. У матушки-эволюции была гипотеза: если навесить на рыбу много брони, рыбу не будут жрать. Но хищники таки наловчились раскусывать неповоротливых панцирных, и к концу девона они вымерли. Оказалось, что быстро плавать гораздо полезнее.
Многочисленные лагуны, атоллы и острова — идеальное пристанище для планктонных организмов. Их было много, очень много. И каждый российский гражданин должен сказать им большое человеческое спасибо. Почему? Потому что из них образуется нефть. Этот девонский риф изучен очень хорошо: он простирается от Ухты до Южного Урала и вскрыт множеством геологических скважин. Геологи называют его «доманиковой свитой», а такие породы — доманикитами. Эти породы — наш запас на чёрный день. Сейчас вести добычу не очень рентабельно: это так называемая сланцевая нефть, которую извлекать пока сложно и дорого.
Однако породы занимают огромную площадь, и в пору высоких цен на углеводороды была проведена детальная разведка региона. Причин для беспокойства нет: нефть в России закончится нескоро.
Вернёмся к Уральскому океану. Балтика и Сибирия медленно, но верно двигались навстречу друг другу. В конце девона океан превратился в протоку, в каменноугольном периоде континенты сошлись, а на месте встречи вздыбились Уральские горы.
Море Московское, белокаменное
Это море образовалось в результате события планетарного масштаба: 433 миллиона лет назад столкнулись континенты Балтика и Лаврентия, образовав суперконтинент Лавруссия (Еврамерика). В месте столкновения образовались высокие горы, платформа начала прогибаться, и туда хлынули воды Уральского океана — тогда он ещё был.
В конце каменноугольного периода наступление воды достигло максимума. Место, где сейчас находится Москва, представляло собой центр достаточно глубокого (несколько километров) моря.
Ему мы обязаны знаменитым белым камнем — известняком, из которого при Дмитрии Донском построили первый каменный Кремль.
Если рассмотреть кусочек этой породы, в нём наверняка обнаружится какая-нибудь окаменелость или её фрагмент.
Откроем маленькую тайну. Свою первую палеонтологическую коллекцию автор этого текста собрал на автостоянке возле дома, обсыпанной таким известняком.
Правда, главных героев той эпохи невооружённым глазом не разглядишь. В основе известняка миллиарды скелетиков одноклеточных организмов: фораминифер и радиолярий. Они строили свои домики из карбоната кальция (минерала кальцита). Возможности отдельно взятой фораминиферы весьма скромны, но когда тонны планктона отмирают каждый год на протяжении миллиона лет, результат оказывается впечатляющим: сотни метров белоснежной породы. Есть в Подмосковье даже коралловые рифы тех времён — один из них можно увидеть в карьере Пески около Коломны.
Что случилось с морем? В начале пермского периода в связи с закрытием Уральского океана и подъёмом этой части платформы оно сначала обмелело, а потом исчезло вовсе. В следующем, триасовом периоде здесь была уже суша.
Началась геократическая эпоха, когда заметно увеличилось количество не покрытых водой участков.
Пермское соляное море
Во второй половине каменноугольного периода окончательно исчез Уральский океан — граница между будущими Европой и Азией стала более менее сухопутной, на месте столкновения плит началось активное образование Уральских гор.
Остатки океана, зажатые между растущим Уралом и Восточно-Европейской платформой, превратились в цепь очень солёных мелких и тёплых водоёмов. На юге они соединялись с океаном Палеотетис, однако часть «мостиков» пришла в негодность из-за отступления моря и локальных поднятий.
Территория будущей России всё ещё в курортной зоне — примерно на широте Италии и Испании. Если бы тогда существовали туристические агентства, туры «всё включено» на уральские моря пользовались бы огромным спросом независимо от сезона. А косметологи наладили бы выпуск кремов, лосьонов и шампуней, аналогичных тем, что сейчас делают из минералов Мёртвого моря в Израиле, — это тоже высыхающий водоём с зашкаливающим уровнем солёности.
Со временем моря мелели и исчезали, оставляя после себя толщи соли — хлорида натрия (он же минерал галит, он же обычная поваренная соль) и хлорида калия (минерал сильвин, на вкус отвратительно горький). Города Соликамск, Соль-Илецк находятся ровно там, где завершилась история этих морей.
В них, к сожалению, уже не искупаться. А вот взять пакет пермской соли, высыпать в ванную, закрыть глаза и представить, что ты двести семьдесят миллионов лет назад плаваешь в море на Урале, — реальная и приятная альтернатива.
Триасовый Каспий
Триас — совсем не морское время для Восточно-Европейской платформы. Суша поднимается вверх, моря стремительно отступают. Но кое-где им всё-таки удаётся вернуть утраченные позиции. Одно из таких мест — Прикаспийская впадина.
Морская вода заливалась в неё с юга из океана Палеотетис, образовавшегося 460 миллионов лет назад в середине ордовика, принося с собой типичную морскую триасовую фауну вроде аммонитов. Периодически площадь моря сокращалась почти до нуля.
А если вспомнить о вулканической дуге на юге… Цунами и землетрясения были в этих краях обычным делом. В общем, водным обитателям жилось несладко, видовое разнообразие резко сокращалось.
Поволжское море
Море отвоёвывает утраченные позиции. Центральная часть Восточно-Европейской платформы начинает понижаться — образуется длинный пролив, соединяющий тёплый экваториальный океан Тетис с морями в районе Северного полюса планеты.
Этот пролив занимал всю территорию Центральной России. Под водой оказалась также Центральная и Южная Европа, за исключением большей части территории Украины, которая была крупным островом.
Центром нового морского региона стало Поволжье. Нет, до появления главной русской реки было ещё далеко. В основном Волга вырабатывала свою долину самостоятельно, однако в нижнем течении её русло проходит по низменности, оставшейся ещё от тех морей.
Пришло время морских рептилий. Многочисленные виды ихтиозавров и плезиозавров были наиболее опасными и распространёнными хищниками, занимая экологическую нишу современных акул — с поправкой на то, что и добыча, и охотники были на порядок крупнее.
Морских пресмыкающихся развелось так много, что фрагменты их скелетов находят каждый год, даже в Подмосковье. Одна из последних любопытных находок — позднемеловой плиозавр Luskhan itilensis, обнаруженный в 2002 году на Волге. Внешне он напоминал гигантского дельфина с вытянутой пастью. Описание нового вида выполнил и недавно опубликовал международный коллектив палеонтологов. Эта рептилия восполнила так называемый раннемеловой пробел — отсутствие находок полных скелетов, относящихся к раннему мелу.
К концу мелового периода пролив, соединявший северное и южное моря, закрылся, а на этом месте в числе прочего появилось Подмосковье. Под воду оно больше не уходило.
Но в Поволжье море просуществовало почти до наших дней — в геологических масштабах, естественно. Причём то, что плескалось в тех краях 15–10 миллионов лет назад, называется Майкопским морем. А более позднее, порядочно уменьшившееся в размерах, — Сарматским. Главными островами Сарматского моря были Крым и Кавказ, населяли его кроме многочисленных костных рыб небольшие киты-цетотерии и тюлени.
Последний штрих к истории российских морей: 2–3 миллиона лет назад Сарматское море в результате поднятия современного Ставрополья и Краснодарского края развалилось на два: Акчагыльское и Куяльницкое. Акчагыльское море стало Каспийским и Аральским, Куяльницкое — Чёрным.
Границы нынешних российских морей известны каждому. Но если задумаете снова воспользоваться машиной времени и переместиться в будущее, на сто миллионов лет вперёд, то не удивляйтесь, услышав громкое «плюх».
Иллюстрации и фотографии: Shutterstock, Science Photo Library / East News, Wikipedia / Commons, Кирилл Власов.
Сколько лет океану? | Морская наука
Люди в восторге от «особой» воды. От пива, сваренного из канадского льда возрастом 25 000 лет, до различных дорогих бутилированных вод, поставляемых по всей планете, и общего отвращения к переработке сточных вод, мы, кажется, забываем, что вся вода на Земле была взята из одного и того же места и просто перемещается между разными пулами.
Вот почему однажды я нарисовал гидрологический цикл на своей доске для серфинга: небольшое напоминание о том, что все взаимосвязано, и мы не должны загрязнять эти в конечном счете конечные резервуары.
Но если практически никакая вода на Земле не является «свежей», то сколько ей лет и как она сюда попала? Земля и другие планеты в нашей Солнечной системе, вероятно, образовались около 4,54 миллиарда лет назад в результате конденсации и аккреции пыли и камней в растущие глыбы, которые в конечном итоге стали планетами из-за гравитационного притяжения. Но первоначально на Земле, вероятно, не было жидкой воды (если эта теория формирования планет верна, то поначалу она была слишком горячей для жидкой воды).
Есть два основных сценария, по которым, по мнению ученых, могли образоваться океаны. Либо океаны возникли в результате выделения водяного пара, который охладился, сконденсировался и вылился дождем в виде жидкой воды из расплавленных недр Земли (это продолжается и сегодня в связи с вулканической активностью) — в основном пар выходит из земных пород; и/или доставка из космоса при столкновении ледяных комет или метеоров с Землей.
Какой из этих сценариев отвечает за большую часть воды в океанах, пока неясно, но мы знаем, что большая часть воды в океанах (и на остальной части планеты) очень древняя — возрастом порядка 4 миллиардов лет. .
Однако, когда ученые говорят о «возрасте» океанских вод, они часто имеют в виду совсем другое — как долго вода находится вне контакта с атмосферой на поверхности океана. Океаны не стоят на месте — по поверхности текут теплые тропические воды, движущиеся к полюсам на западных сторонах океанских бассейнов, и холодные арктические и антарктические воды, движущиеся обратно к экватору на восточных сторонах (см. эту страницу для некоторых удивительных визуализации).
Но океаны также переворачиваются вертикально — холодные и соленые (и поэтому плотные) поверхностные воды опускаются на дно в нескольких местах по всему миру, затем проходят через бассейны вниз в холодные, темные глубины, прежде чем всплыть в другом месте. Это называется термохалинной циркуляцией, потому что она обусловлена разницей в плотности воды, вызванной температурой — «термо» и соленостью — «халин».
Его также называют океанским конвейером. Один из способов получить очень плотную воду — это когда океан замерзает: соль отделяется ото льда, а окружающая жидкая океанская вода становится очень соленой.
Итак, сколько времени требуется средней капле морской воды, чтобы совершить полный оборот вокруг бассейнов океана, от поверхности в северной части Атлантического океана до глубин северной части Тихого океана? Около 1000 лет.
Если вы думаете, что это означает, что старая вода полностью свободна от каких-либо грубых веществ, которые люди сбрасывают в океан, и поэтому вы должны пить ее, то действительно можете, по более высокой цене (примечание: я думаю, что вся эта идея это орехи).
Откуда мы знаем, что глубоководным водам Тихого океана около 1000 лет? На нем нет даты свежести или полезных функций датирования, таких как кольца на дереве. Одним из удобных инструментов для старения моря является радиоуглерод, или 14 С знакомства. Этот радиоактивный элемент естественным образом создается в атмосфере солнечным излучением и составляет небольшой процент всего углерода на Земле (остальная часть состоит из стабильных форм элемента: 12 C и 13 C).
Углеродсодержащие соединения, такие как атмосферный CO 2 , содержащие «свежий» радиоуглерод, могут растворяться в океанских водах при контакте с воздухом. Тогда эти поверхностные воды будут содержать такое же количество радиоуглерода, как и атмосфера, но когда они тонут, радиоактивный углерод начинает распадаться с заданной скоростью.
Измеряя количество оставшегося радиоуглерода в океанских водах на разных глубинах и в разных местах по всему миру, мы знаем, что в глубоком Тихом океане находятся самые старые воды океана, которые не контактировали с атмосферой около 1000 лет назад. они снова смешиваются с поверхностью.
Итак, что вы думаете? Почему перемешивание океана важно? Что может произойти, если циркуляция замедлится из-за глобального изменения климата? (Подсказка: вы видели фантастический фильм «Послезавтра»?)
Ссылки
Элкинс-Тантон, Л. Т. Формирование ранних водных океанов на скалистых планетах. Астрофизика и космическая наука 332, 359-364 (2011).
Hartogh, P., et al. Океаническая вода в комете семейства Юпитера 103P/Hartley 2. Nature 478 , 218-220 (2011).
Брайден, Х. Л., Лонгворт, Х. Р., Каннингем, С. А. Замедление атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции на 25° северной широты Природа 438 , 655-657 (2005).
Огненное рождение самого большого океана Земли
Изменчивое расположение тектонических плит миллионы лет назад дало нам Тихий океан.
Тихий океан родился из геологического спазма, начавшегося 190 миллионов лет назад, когда земная кора разорвалась и из-под нее хлынула свежая лава. Теперь новая работа предлагает детали этого рождения на морском дне, и это намного сложнее, чем думали исследователи.
Исследование представляет собой редкий шаг вперед в понимании происхождения Тихого океана, одной из самых непреходящих загадок геологии.
«Это одна большая часть головоломки, которую мы сейчас сложили», — говорит Лидиан Бошман, геолог из Утрехтского университета в Нидерландах.
Она и ее коллега Доуве ван Хинсберген сообщают об открытии 27 июля в Science Advances 1 .
Океаны рождаются в нестабильных швах земной коры, где плиты расходятся, позволяя расплавленной породе заполнить щель и затвердеть. Свежая кора отталкивает более старую кору от шва к краю континента. В конце концов, океаническая кора врезается в континентальную кору и в процессе тектоники плит засасывается и перерабатывается глубоко внутри планеты.
Из-за этого непрерывного цикла созидания и разрушения ни одно морское дно не имеет возраст более 200 миллионов лет. Чтобы увидеть, как вели себя океаны в далеком прошлом, геологам нужно попытаться реконструировать трехмерную геометрию давно исчезнувших плит земной коры.
Следите за пробелом
Бошман и ван Хинсберген изучили древнейшую часть Тихоокеанской плиты, лежащую к востоку от Марианской впадины. Предыдущая работа предполагала, что Тихий океан родился в так называемом геологическом тройном соединении, где свежее морское дно простирается наружу от каждого из трех пересекающихся хребтов.
Но геометрия этой плиты геологически стабильна; в южной части Атлантического океана аналогичное тройное соединение существовало более 100 миллионов лет, не образуя новой плиты. «Нет причин, — говорит Бошман.
Вместо этого, говорит она, Тихий океан, должно быть, родился в нестабильном типе тройного соединения. Три пересекающихся шва должны были быть трансформными разломами, в которых две стороны разлома скользят одна мимо другой. Калифорнийский разлом Сан-Андреас движется таким образом.
Соединение трех трансформных разломов привело бы к треугольной щели в центре. «Тройной стык с гребнями не позволит создать новую плиту», — говорит Бошман. Но «тройной стык с трансформационными ошибками делает». Конфигурация, вероятно, была случайной, добавляет она.
Работа показывает, как базовые представления о тектонике плит могут по-прежнему преподносить сюрпризы, говорит Бернхард Штайнбергер, геофизик из Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ в Потсдаме, Германия. «Это один из тех редких случаев, когда открытие можно сделать просто благодаря элегантной мысли», — говорит он.