تحلیل علمی و زمین‌شناسی درباره‌ی مقدار آب در زمین

چه مقدار از سیارهٔ زمین از آب ساخته شده است؟ در حقیقت بسیار اندک. اگرچه اقیانوس‌های زمین حدود ۷۰ درصد از سطح آن را پوشانده‌اند، این اقیانوس‌ها در مقایسه با شعاع زمین بسیار کم‌عمق هستند. تصویر ارائه‌شده نشان می‌دهد که اگر تمام آب‌های موجود بر سطح یا نزدیک سطح زمین به شکل یک گوی فشرده شوند، شعاع این گوی تنها حدود ۷۰۰ کیلومتر خواهد بود؛ کمتر از نصف شعاع ماه زمین، اما اندکی بزرگ‌تر از قمر رئا Rhea متعلق به زحل، که همانند بسیاری از قمرهای منظومهٔ شمسی بیرونی، عمدتاً از یخ آب تشکیل شده است. گوی بعدی در تصویر، تمام آب شیرین مایع زمین را نشان می‌دهد، و کوچک‌ترین گوی نیز حجم کل آب موجود در دریاچه‌ها و رودخانه‌ها را نمایش می‌دهد. منشأ حضور این آب بر روی زمین و این پرسش که آیا مقدار قابل‌توجهی از آن در اعماق زیرسطحی زمین محبوس است یا نه، همچنان موضوعی پژوهشی به شمار می‌آید.

—-—-—-—-—-—-—-—

تحلیل علمی و زمین‌شناسی درباره‌ی مقدار آب در زمین

۱. سهم آب در مقیاس سیاره‌ای

گرچه در نگاه نخست به دلیل پوشش اقیانوس‌ها به نظر می‌رسد زمین یک «سیاره‌ی آبی» است، اما از دیدگاه حجمی، آب سهم بسیار اندکی در ترکیب کلی زمین دارد:

اگر تمام آب‌های سطحی و نزدیک به سطح زمین (اقیانوس‌ها، یخچال‌ها، آب‌های زیرزمینی و بخار آب جوی) به شکل یک کره متراکم شوند، شعاع این کره حدود ۷۰۰ کیلومتر خواهد بود.

این مقدار در برابر شعاع زمین (۶۳۷۱ کیلومتر) بسیار کوچک است و در واقع کمتر از ۰٫۰۲٪ از جرم زمین را تشکیل می‌دهد.

برای مقایسه، شعاع این کره‌ی آبی کمتر از نصف شعاع ماه (۱۷۳۷ کیلومتر) و کمی بزرگ‌تر از قمر رئا (Rhea) زحل است که بیشتر ترکیب آن از یخ آب است.

این بدان معناست که اقیانوس‌ها، علی‌رغم پوشاندن ۷۰٪ سطح زمین، تنها لایه‌ای نازک بر روی پوسته‌ی سیاره به شمار می‌روند.

- - -

۲. انواع ذخایر آب در زمین

بر اساس داده‌های زمین‌شناسی و هیدرولوژی (USGS و پژوهش‌های اقلیمی اخیر):

1. اقیانوس‌ها و دریاها: حدود ۹۷٫۵٪ کل آب زمین را شامل می‌شوند، اما عمدتاً شور هستند.

2. آب شیرین (۲٫۵٪):

یخچال‌های طبیعی و یخ‌پوش‌های قطبی: حدود ۶۸–۷۰٪ آب شیرین.

آب‌های زیرزمینی: حدود ۳۰٪ آب شیرین.

آب سطحی (رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، تالاب‌ها): کمتر از ۰٫۳٪ آب شیرین.

بخار آب جوی: سهم بسیار اندک (حدود ۰٫۰۱٪ کل آب زمین).

این مقیاس نشان می‌دهد که آب شیرین قابل دسترس برای زیست انسان و اکوسیستم‌ها بسیار محدود است.
- - -

۳. منشأ احتمالی آب در زمین

پرسش از اینکه آب زمین از کجا آمده هنوز یک حوزه‌ی فعال پژوهشی است. دو نظریه‌ی اصلی وجود دارد:

1. منشأ درونی (Degassing Hypothesis)

در اوایل تاریخ زمین (حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش)، زمانی که گوشته زمین داغ و مذاب بود، بخار آب همراه با سایر گازها (CO₂، N₂ و …) طی فرایند آتشفشانی از درون زمین آزاد شد.

بخار آب متراکم شده و اقیانوس‌های اولیه را شکل داد.

شواهد ایزوتوپی هیدروژن و دوتریوم (D/H ratio) نشان می‌دهد بخشی از آب کنونی می‌تواند چنین منشأیی داشته باشد.

2. منشأ برون‌زمینی (Delivery Hypothesis)

شهاب‌سنگ‌های کربناته (Carbonaceous Chondrites) و دنباله‌دارها که غنی از یخ آب هستند، در دوران «بمباران شدید پایانی» (Late Heavy Bombardment؛ حدود ۳٫۸ میلیارد سال پیش) به زمین برخورد کردند.

طی این برخوردها مقدار زیادی یخ و مواد فرار به زمین اضافه شد.

مقایسه‌ی ایزوتوپی بین آب اقیانوس‌های زمین و آب دنباله‌دارها نشان می‌دهد که احتمالاً شهاب‌سنگ‌ها سهم بیشتری از دنباله‌دارها در تأمین آب داشته‌اند.

احتمالاً هر دو فرایند در شکل‌گیری منابع آبی زمین نقش داشته‌اند.
- - -

۴. آب‌های عمیق و «مخزن‌های پنهان»

پژوهش‌های اخیر ژئوفیزیکی (با استفاده از داده‌های لرزه‌نگاری و بررسی کانی‌ها) نشان می‌دهد:

در لایه‌های گوشته‌ی بالایی (Transition Zone، در عمق ۴۱۰ تا ۶۶۰ کیلومتر) کانی‌هایی مانند رینگ‌وودیت (Ringwoodite) و واژلیت (Wadsleyite) قادر به ذخیره‌سازی مقدار زیادی آب در ساختار بلوری خود هستند.

برخی مدل‌ها تخمین می‌زنند مقدار آبی که در این اعماق به شکل «آب ساختاری» ذخیره شده است، می‌تواند چند برابر تمام آب‌های سطحی زمین باشد.

این مسئله هنوز موضوعی باز است و مطالعه‌ی آن به فناوری‌های پیشرفته‌ی ژئوفیزیک و شیمی معدنی وابسته است.

- - -

۵. اهمیت زمین‌شناسی و زیست‌کره‌ای آب

تنظیم اقلیم: آب با ظرفیت گرمایی بالا نقش اساسی در پایداری دمای زمین و انتقال حرارت دارد.

فرسایش و چرخه سنگ‌ها: آب عامل اصلی هوازدگی، فرسایش و شکل‌گیری چرخه سنگ‌هاست.

زیست‌پذیری سیاره: بدون آب مایع در سطح، حیات شناخته‌شده بر زمین شکل نمی‌گرفت.

چرخه هیدرولوژیک: انتقال پیوسته‌ی آب میان اقیانوس‌ها، اتمسفر، یخچال‌ها و پوسته، مهم‌ترین سامانه‌ی پویا در سطح زمین است.

- - -

۶. پرسش‌های باز علمی

1. دقیقاً چه مقدار آب در گوشته و اعماق زمین ذخیره شده است؟

2. نسبت واقعی سهم منشأ درونی و برون‌زمینی آب زمین چقدر است؟

3. در آینده‌ی دور و در مقیاس میلیارد سال، سرنوشت آب زمین چگونه خواهد بود (تبخیر تدریجی بر اثر افزایش تابش خورشید یا انتقال به گوشته)؟

- - -

✅ در جمع‌بندی: آبِ زمین، با وجود گستردگی ظاهری در سطح سیاره، سهمی بسیار اندک در کل ساختار آن دارد. منشأ این آب ترکیبی از فرایندهای درونی و برون‌زمینی است و بخشی از آن نیز احتمالاً در اعماق زمین نهفته است. درک این موضوع برای زمین‌شناسی، علوم سیاره‌ای و حتی جستجوی حیات فرازمینی اهمیت بنیادی دارد.

سماع قلم