Warum bleibt das Wasser auf der Erdoberfläche?

Man muss den geologischen Aufbau der Erde studieren:

Abbildung 1: Die innere Struktur der Erde mit einer Nahaufnahme der Lithosphäre/Asthenosphäre-Grenze. Neu gezeichnet von Plummer & McGeary, 1997.

Es gibt die ozeanische Kruste, die die Grenze zwischen dem Großteil des Wassers und der Lithosphäre darstellt. Es hat eine sehr geringe Durchlässigkeit und somit enthalten die Ozeane das Wasser wie eine Schale aus Keramik. Eine Kruste existiert auch unter den Kontinenten. Dort kann der Aquifer ziemlich tief sein und viel Wasser enthalten

Der Mantel ist im Allgemeinen heiß und jedes Wasser, das dort sickert, würde sich in Dampf verwandeln und zum Gasdruck der Lava beitragen, wo immer es erscheint.

Schwere. Die Materialien der Erde sind so weit wie möglich vertikal gewandert, um sich einer Anordnung zu nähern, die näher am hydrostatischen Gleichgewicht liegt. Flüssiges Wasser oder Wasserdampf hat eine viel geringere Dichte als Gestein und kann durch verbundene Porositäten in der Erdkruste fließen. In Gestein in der Tiefe verformt das Gewicht des darüber liegenden Gesteins das Gestein, kollabiert Poren und verdrängt Wasser nach oben zur Oberfläche. Wasser kann sich auch als gelöster Stoff in geschmolzenem Gestein auflösen und kann ein Bestandteil wasserhaltiger Mineralien sein, diese Materialien sind dichter als flüssiges Wasser und könnten Wasser in viel größere Tiefen in der Erde transportieren. Da wir jedoch Wasser an der Oberfläche finden und weil ein Teil des Wassers von Vulkanen ausgegast wird, wissen wir, dass nicht das gesamte Wasser der Erde im Inneren gespeichert ist.

In Xenolithen und Mineralien gefundene Einschlüsse können Hinweise darauf geben, welche wasserhaltigen Mineralien im Erdinneren existieren. Die möglichen Mengen dieser Mineralien können nur durch geophysikalische Messungen der Erde (seismische Eigenschaften und Dichte usw.) und durch theoretische Berechnungen oder Laborexperimente über die chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Mineralien eingegrenzt werden. Zum Beispiel:

Kompressibilitäts- und Wärmeausdehnungsstudie von wasserhaltigem Fo100-Ringwoodit mit 2,5 Gew.-% H20

Ich denke, die Antwort darauf ist ziemlich kompliziert und hat mit chemischen Veränderungen zu tun, die während der Subduktion im Gestein stattfinden. Gesteine ​​absorbieren im Allgemeinen gerne Wasser (sie werden hydratisiert), aber unter dem intensiven Druck und der Temperatur der Subduktionszone werden die Wassermoleküle und die Mineralien getrennt. Ich weiß nicht genau, warum das passiert (ich habe tatsächlich einmal ein paar Geochemiker danach gefragt, aber ich wusste nicht genug Chemie, um die Antwort zu verstehen), aber ich denke, es liegt im Grunde daran, dass Dehydration eine endotherme Reaktion und viel Wärme ist geliefert wird. Sobald dies geschehen ist, ist das Wasser weniger dicht als das Gestein und gelangt irgendwie zurück an die Oberfläche.

Allerdings ist der Mantel wahrscheinlich nicht ganz trocken. Ich denke, es ist sehr schwierig abzuschätzen, wie viel Wasser es im Inneren der Erde gibt, aber einige Forscher glauben, dass der Feuchtigkeitsgehalt wichtig ist, um die Bewegung der tektonischen Platten zu schmieren. Aber obwohl sie etwas Feuchtigkeit enthalten, sind Gesteine ​​im Mantel im Allgemeinen viel trockener als die an der Oberfläche. Wir wissen das, denn wenn neues Gestein durch die Ausbreitung tektonischer Platten freigelegt wird, unterliegt es Hydratationsreaktionen, die viel Wärme freisetzen.

Die Hauptkräfte, die das Wasser auf der Oberfläche des Planeten halten, haben also mit der Plattentektonik zu tun. Wenn sich die Platten nicht mehr bewegen würden, würde das Wasser wahrscheinlich irgendwann ins Innere aufgenommen werden, obwohl dieser Vorgang in der Tat sehr lange dauern würde.

Es heißt spezifisches Gewicht und Wasser hat ein geringeres spezifisches Gewicht als Gestein, wenn Sie Wasser zwischen Felsen finden, nur weil es die Luft in den Rissen ersetzt, die sonst dort wäre. Es ist die gleiche Frage, warum Heißluftballons fliegen. Dasselbe gilt, weil heiße Luft ein geringeres spezifisches Gewicht hat als kalte Luft.

In den letzten Wochen gab es Meldungen über die Entdeckung riesiger Wassermengen im oberen Mantel und in der Kruste. Es ist schwer, Nachrichtenartikeln zu vertrauen, die für den allgemeinen Gebrauch geschrieben wurden, aber es wurde berechnet, dass es ein Vielfaches an Wasser ist, als es in den Ozeanen gibt, knapp unter den Vereinigten Staaten (die anderen Kontinente nicht einmal erwähnt). Nach 4,5 Milliarden Jahren wäre es nicht verwunderlich, dass die Felsen unter uns so viel Wasser enthalten, wie sie aufnehmen können, und sich wahrscheinlich in einem groben Gleichgewicht mit den Ozeanen und der Atmosphäre befinden.

Ich erinnere mich, dass ich vor ein paar Jahren gelesen habe, dass einige geophysikalische Modelle vorhergesagt haben, dass die Felsen und Ozeane noch nicht im Gleichgewicht sind (und es vielleicht nicht sein werden, bevor die Sonne die Ozeane wegkocht). Die Sorge war, dass die Ozeane weiterhin in die Kruste und den oberen Mantel gesaugt würden (durch Plattensubduktion), wodurch die Ozeane schließlich trocken bleiben würden. Ich weiß nicht, ob diese jüngste Arbeit diese Angst behebt, oder was.

Die Erde hat einen Durchmesser von 8000 Meilen. Die durchschnittliche Tiefe der Ozeane beträgt 12.100 Fuß. Wenn Sie das auf einen Kreis/Ball mit 40 Fuß Durchmesser herunterskalieren, der die Erde darstellt, würden die Ozeane auf diesem 40-Fuß-Ball etwas mehr als 3 Millimeter tief sein. Das bedeutet, dass die Ozeane im Verhältnis zur gewaltigen Größe der Erde nichts weiter als ein dünner Wasserfilm sind, der ihre Oberfläche bedeckt. Fügen Sie Salzgehalt, Elektromagnetismus, Elektrostatik, Oberflächenspannung, Adhäsion, Kohäsion, atmosphärischen Druck, Subduktion, Oberflächenunregelmäßigkeiten, Pflanzenwelt und die Tatsache hinzu, dass es im Weltraum kein Oben oder Unten gibt, und Sie haben mehr als genug Naturphänomene, um das zu halten Ozeane zur Erde.