Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

Поскольку вода на планетах никогда не бывает чистой, эти состояния являются лишь идеальными. Добавьте побольше соли, и вы получите рассол с высокой плотностью и более низкой температурой замерзания. Именно поэтому зимой тротуары посыпают солью: она понижает температуру замерзания, так что воде труднее превратиться в лед. Планета, состоящая из соленой воды, может иметь очень своеобразную геологию. Одно из таких небесных тел – Тефия, другое – Япет с его хребтом, придающим ему форму грецкого ореха. Некоторые считают, что эти горы возникли, когда спутник треснул от внутренних напряжений, возникших при замерзании воды. (Другие полагают, что это результат конвекции льда и рассола. Есть и мнение, что так получилось из-за спутника второго порядка, который когда-то обращался вокруг Япета, но потом упал на него. Да, Япет действительно странный.)

При большем давлении, характерном для еще больших глубин, особенно если еще подбавить жара, структура силикатных минералов может меняться так, что в нее встраиваются молекулы воды. Получатся гидросиликаты, такие как тальк и серпентин, где вода включена в молекулярную структуру, или же глины. На самых крупных из спутников (Ганимеде и Титане) гидросиликаты могут преобладать в мантиях, которые перемешивались термальной конвекцией или гигантскими столкновениями во время аккреции. Жидкая вода в тесном контакте с теплыми горными породами и достаточное количество геотермальной энергии, чтобы запустить глобальную конвекцию, – достаточно ли этого для зарождения жизни? Солнечный свет тут бы не помешал, но раз на Земле существуют организмы, обитающие глубоко под землей, он не является обязательным.

Наличие жидкой воды в месте соприкосновения поверхности и атмосферы (то есть открытый океан) действует как ограничительный механизм для температуры на планете. Именно это позволяет удерживать физические условия на Земле в районе тройной точки. Пока существуют океаны, температура на планете не поднимется выше точки кипения, потому что любая избыточная энергия уйдет на превращение воды в пар. (Когда вода испарится полностью, все поменяется: посмотрите на Венеру.) Подобным же образом, до тех пор, пока открытый океан не замерз, в масштабе всей планеты температура не опустится ниже точки замерзания [156]. Кроме того, колебания температуры ограничивает атмосферная влажность, подобно тому, как наша кожа испаряет влагу в сухой воздух, чтобы охладить тело [157].

Если поверхность раздела жидкости и пара исчезает (то есть океана больше нет), всем ограничениям приходит конец: температура может подниматься и опускаться до любых значений. Когда холодным сырым вечером столбик термометра начинает опускаться, в определенный момент похолодание прекращается (хотя из-за сырости кажется, что очень холодно). Пар из воздуха начинает конденсироваться на мокрых ветках, оседать в виде росы на траву и на одежду. Может даже начать моросить мелкий дождь. Все эти капли и аэрозоли имеют свои поверхности. Температура перестает снижаться, когда формирование таких поверхностей приводит к равновесному значению величины, называемой энтропией (я не буду даже пытаться объяснять это понятие, потому что сам его не понимаю). В сухой пустыне, где относительная влажность составляет примерно 20 %, в теплый солнечный день температура может резко упасть ниже точки замерзания, потому что там нет воды, чтобы конденсироваться. Кроме того, поскольку там меньше молекул H 2O, поглощающих инфракрасное излучение, тепло уходит быстрее, и по ночам очень холодно. Такого не может случиться в тропических джунглях или на богатой углекислым газом болотистой планете.

Приведу еще один знакомый всем пример: поставленная в морозильник банка с водой быстро охлаждается до 0 ℃ и потом остается при этой температуре, пока вся вода не замерзнет. Только полностью затвердев, лед продолжит охлаждаться дальше. В процессе превращения в твердое тело содержимое банки расширяется на 9 %, поэтому, если банка наполнена доверху и закрыта, она лопнет. Расширение льда не только губит банки и заставляет лед плавать по поверхности океанов и озер; также оно является одной из важнейших эрозионных сил на Земле. Вода находит себе путь вглубь горных пород, а затем замерзает, и, расширяясь, крошит их. Именно так в Италии добывают мрамор: зимой заливают воду в щели, которые предварительно высекли в камне. Вода твердеет и расширяется, прикладывая огромную и достаточно ровно распределенную силу. Циклическое замерзание и таяние воды, а также тот факт, что ее молекулы притягиваются друг к другу (поскольку они полярны – то есть несут асимметрично расположенные заряды), являются причиной самых разных геологических процессов: от появления из земли валунов в любом месте, где происходит цикл глубокого промерзания-оттаивания грунта [158], до прорастания в арктических регионах бугров пучения, когда массивы льда до сотен метров в диаметре выдавливаются из земли, как прыщи, из-за накапливания воды вокруг постоянно замерзшего ядра.