Орчлон ертөнцийн ус ба усны нас /Water in Universe and ages of water/

Орчлон ертөнцийн ус ба усны нас

Зураг: Ус нарнаас ахмад. Эх үүсвэр: http://blogs.discovermagazine.com

Дэлхий бөөрөнхий (шинжлэх ухаанаар тогтоосон хэлбэр нь геод) гэдгийг хүн бүр л мэднэ. Хэлбэрийн талаар дуусгахаас өмнө орчлон ертөнцийн усны үүслийн тухай авч үзье. Хэдэн тэрбум жилийн (ойролцоогоор 13.8 тэрбум жил) өмнө ертөнц хязгааргүй их жинтэй, хэт халуун, хязгааргүй бага эзлэхүүнтэй матери (асар жинтэй үрэлтэй зүйрлэж болно) байсан агаад тэсэрсэнээр орчлонгийн өнөөгийн үүсэл гаралын эрин эхэлсэн гэдгийг шинжлэх ухаанчид тайлбарлаж байна. Мөн орчлон ертөнцийн мөхөл (төгсгөл) энэ л хязгааргүй бага эзлэхүүнтэй, хэт халуун бас хэт их жинтэй матери гэж таамаглаж байна. Үүний дараа дахин дэлбэрч өөр хэлбэрийн орчлон ертөнц үргэлжлэх буй. Хэт халууны улмаас уг цул матери тэсрэх үзэгдлийг их тэсрэлт гэж нэрлэх ба ихэнх гариг, одууд тэсэрч цацагдсан материйн бөөгнөрөлөөс (татах хүчний улмаас) үүсэж одоогийн байрлалд ирээд байгаа билээ. Нэг цэгээс тэсэрсэн учир тэлж байгаа нь ойлгомжтой (бусад галактик биднээс холдож байгаа) ба төв цэгийг хаана гэдгийг хязгааргүй орчлон ертөнцөд заах аргагүй (хазгааргүй орчинд аль ч цэг төв цэг байж чадна).
Их тэсрэлтээс өмнөх хязгааргүй бага эзлэхүүнтэй матери дотор бидний мэдэх химийн элементүүд, бас мэдэхгүй нээгдээгүй элементүүдийг агуулсан маш олон төрлийн бодис байсан гэж таамаглаж байна. Зарим элемент температур, даралтын нөлөөнд өөр шинжийг агуулах нь дамжиггүй. Хязгааргүй орчлон ертөнцөд нарний аймаг дахь дэлхий дээр л амьд зүйл (мэдэгдэж байгаагаар) оршин байна. Бид, одоогийн амьтад болон мөхсөн амьтад хаанаас үүссэн юм бол? Их тэсрэлтийн өмнөх тэр матери дотор амьд биес атугай эс тогтохын аргагүй халуун байсан байж таарна. Бактери эсвэл вирус хаанаас бий болдогийг бид мэддэг шиг хүн болоод амьтад бол хэт хөгжсөн нэгэн төрлийн бактери гэдгийг ойлгох хэрэгтэй юм. Энэ вирус, бактери усны тусламжтайгаар үүссэн гэдгийг эрдэмтэд нотолж байна. Тэгвэл амьд биеийг бүтээгч болох ус дэлхий бий болоход дэлхий дээр байсан болов уу? Их тэсрэлтийн өмнөх нягт матери дотор ус байсан болов уу? Мэдээж тэнд “ус” биш хүчил төрөгч (O) ба ус төрөгч (H) эсвэл эдгээрийн хувирсан хэлбэр гарцаагүй байсан. Нэг цэгээс тэсэрч тэлэх явцдаа ижил төстэй материйн тоосонцорыг өөртөө татаж, бусад одтой мөргөлдөж, хоорондоо нийлж явсаар нарны аймаг одооны байрлалдаа орж эхлэх үед дэлхий ба бусад гаригуудад ус үүсэх (Ус төрөгчийн хоёр атом хүчил төрөгчийн нэг атомтой нэгдэх) таатай орчин үүссэн хэрэг. Дэлхий дээрх бүх зүйлийн масс харьцангуйгаар хадгалагдах (үл өөрчлөгдөх) ба одоо дэлхийн усны нийт масс (биологийн ба бодит бүх усны нийлбэр) нь нарыг асахаас өмнө бий болсон, өмнөх цагын үйл явдал гэж зарим эрдэмтэд тайлбарлаж байна. Дэлхий дээрх ус нарнаас өндөр настай бөгөөд нар асаж (нар нас сүүдэр 4.6 тэр бум хүрч байна) эхлэх үеэс бактер, вирус үүсэж өдгөө бид төгс боловсроод орчлон ертөнцийг судлаж сууна. Дэлхий өөр дээрээ мөхөл, эхлэлийн /мөстлөг, бусад галав/ үеийг агуулдаг бөгөөд хүн төрөлхтөн өмнө байгаагүй, дахиад ч байх магадлал тун ховор хамгийн ухаант бактериуд юм. Бидний эрин үе дараачийн нэг галав юүлэлтээр төгсгөл болох ба яаж үргэлжлүүлэн орчин тогтнох вэ гэдэг нь чухал асуудал болж байна. Бид дэлхийгээс бусад гаригт хамгийн түрүүнд байна уу үгүй юу гэж шалгадаг зүйл бол ус, дараа нь агаар юм. Орчлон ертөнцөд дэлхий дээр л ганц ус байдаг, дэлхий л ганцхан усан гариг биш ажээ. Бидний хамгийн сайн судалсан Ангараг гариг олон тэр бум жилийн өмнө устай, гол мөрөнтэй байсан гэмээр голдиролын ул мөрийг өөр дээрээ хадгалж, хоёр туйлдаа химий шинж өөр боловч мөсийг агуулж байна. Гүний ус байж магадгүй гэж таамаглаж байгаа ч одоогоор тэнд өрөм тавих боломж алга байна. НАСА-гийн ус судлаачдын үзэж буйгаар 3.8 сая жилийн өмнө ангарагт ихэнхдээ үер болдог байсан хэмээн үзсэн байна. Ангараг гариг дэлхий шиг том, нартай ойрхон байсан бол бид ахиад нэг усан гаригтай, магадгүй тэндэхийн бактертэй хамаатнууд болох байлаа. Эрдэмтэд нарны аймгийн усны гаралыг тогтоохын тулд ус төрөгч ба хүнд ус төрөгчийн /илүү нейтронтой/ харьцаанд анхаарлаа хандуулан судалж байгаа бөгөөд одод дээрх ус, мөсөнд хүнд ус төрөгчийн харьцаа нь илүү байдагийг тогтоосон байна. Тэд нарны аймагийн загварыг 4 тэр бум жилийн өмнөх үед байсан шиг нь компьютерт бүтээж ус, амьдрал хэрхэн бий болсоныг загварчлахыг оролдож байна. Бидний мэдэх тэнгэрийн заадас буюу сүүн замд ус төрөгч, хүчил төрөгч нь хамгийн түгээмэл байдаг элемент ба эдгээрээр бүрдсэн жижиг үүлнүүд хүртэл байдаг ч яг ус болж чадахгүй байгаад л гол учир нь юм. Ус оршин байхад нөхцөл (даралт, температур г.м) чухал бөгөөд тэр нөхцөл нь манай нарны аймагт “од-орчмын амьд бүс” (circumstellar habitable zone) хэмээх орон зайд хангагдах юм. Энэ амьд бүсэд (тогтоосон хэмжээ нь нар дээр төвтэй 0.5ан астрономийн урттай тойрог юм. Нэг астрономын урт [ан] нь дэлхийгээс нар хүртэлх зайтай тэнцүү бөгөөд ойролцоогоор 150сая км гэсэн үг. 1ан=150сая км) оршин байх гариг дээр нөхцөл нь бүрдвэл амьдарч болох ба эх дэлхийгээ сөнөөчихвөл бид очиж суурьшах юм. Харамсалтай нь бид нөхцөл нь бүрдсэн гариг олоогүй л байна. Гэхдээ энэ бол нарны аймаг дахь тогтоосон амьд бүс ба орчлон ертөнцийн хаа нэг энэ шиг амьд бүс, тэр байтугай амьдрал оршиж байж ч болох юм. Өнөөх хүртэл эрдэмтдийн итгэдэг ганц зүйл нь орчлон ертөнцөд зөвхөн бид (дэлхийгээс өөр амьд амьтадтай гариг байх ёстой) ганцаараа биш гэх итгэл боловч одоог хүртэл амьд зүйл огторгуйгаас (огт-оргүй буюу хоосон гэдэг нь одоохондоо үнэн байна) олсонгүй. Ус зөвхөн амьдралын эх үүсвэр гэдгийг дэлхийн хувьд батлах боловч өөр орчинд амьдарч, өөр бодисоор хооллодог харь гаригийн амьтад ч (бактери) байж магадгүй. Ус хэмээгч эрдэнэ энэ мэтчилэн орчлон ертөнцөд өөр өөр шинжтэйгээр тархан буй.

Тэгэхээр дэлхийн ус нь H₂O гэсэн нэгдэлд 4.6 тэрбум жилийн өмнө орсон бөгөөд нарнаас өндөр настай юм байж. Үнэндээ усанд их олон төрлийн нас байгаа ч яг жинхэнэ “нас” нь энэ бөгөөд бусдыг харьцангуй нас гэж үзэж болно. Ус плазмагаас бусад төлөвт оршиж чадах ба эдгээр төлөвт H₂O гэсэн томъёоллоо 18.01 гр/моль гэсэн молийн массаа хадгалах ба пласма төлөвт манай нарны аймгийн амьд бүсээс гадна орших боломжтой. Ус шингэн төлөвөөс (далай, нуур, голоос) хийн төлөвт (агаар дахь чийг, манан, үүл г.м), буцаж хийн төлөвөөс шингэн төлөвт байгалийн жамаар, байгаль дээр шилжих үзэгдлийг усны эргэлт гэж нэрлэх ба үүнийг нэг төрлийн усны дахин төрөлт гэж үзэж болно. Ус ууршиж хур болох тэр мөч, хурын дусалыг шинэ мэндэлсэн ус буюу 0 настай хэмээж эх дэлхий өлгийдөн авна. Ус эх газарт шинээр мэндэлж хөрсөнд шингэж бусад нь голоор дамшин далайд орж бас ууршиж тасралтгүй эргэлдэнэ. Үнэндээ дэлхийн хаана ч ямар ч нөхцөлд ус ууршиж, буцаж шингэн төлөвт, бас хатуу төлөвт орж байдаг. Хойт ба өмнөд туйлаас хүртэл ус ууршиж усны эргэлтэнд орж байгаа. Хөрсрүү орсон ус он удаан жил татах хүчний улмаас доошоо шингэж хөрсний сүвэрхэг орон зайг бөглөх ба гүний ус уурших, төлөвөө өөрчлөх нь ховор. Дээгүүрээ бас доогуураа ус үл нэвтрэх давхрагаар бүрхэгдсэн даралтат гүний ус бол маш өндөр настай, чухамдаа тектоник хөдөлгөөн, газрын үе давхрагын хэвтээ шилжилтээс өмнө үүсэж тэндээ цоожлогдсон гэмээр. Хүн ухаан орсоноос хойш айхтар тектоник хөдөлгөөн болж, газрын үе давхрага ширээний шургуулга шиг шилжсэнгүй. Дэлхийн газарга орчмын ус харьцангуй хурдан хөдөлгөөнд оршиж байхад туйлын мөс, далайн ёроолын ус, газрын гүний уснууд маш удаан усны эргэлтэнд орох нь байна. Бараг л галав юүлэхэд л нэг эргэлтэнд ордог гэлтэй. Ямартай ч газрын доорхи усны насыг 300000 жил (Bentley et al. 1986, Phillips et al. 1986, Torgersen et al. 1991) хүртлэхийг илрүүлэх аргачлал гарч ашиглаж байна. Бодъё, 40 жилийн өмнө газрын гүнд ирээд тогтсон усан дээр 20 жилийн дараа хэсэг ус хүрч ирээд нийлэхэд нас нь 40 байхуу эсвэл 60 байх уу? Үнэндээ шугаман холигдолтын зарчмаар 30 настай гэж үзнэ.

Энэ мэт усны насыг тогтоох, тархалтыг илрүүлэхтэй холбогдсон маш олон ажил хийж байгаа нь ямар ач холбогдолтой юм бэ? Юуны төлөө? Үүнд би “мэдсэн болгон аюулгүйн хүрээнд багтдаг” гэсэг сайхан үгээр хариулмаар байна. Хэрвээ усыг хэдэн настай хэзээ үүссэнийг нь мэдэлгүйгээр наад зах нь усны шинж чанар дэлхийн түүхийг гэрчлэх үү? физик химийн өөр ач холбогдол өгөх үү? энэ нөхөн сэргээгдэх үү үгүй юу? цаад зах нь ховх сорж хэрэглэвэл дэлхийд аюул учирах уу? уухад хортой юу? энэ гэх мэтийн асуултанд хариултгүй байна. Францын Парисын сав газарт хийсэн судалгаагаар газрын гадаргаас доош 3560 м орчим хүртэл 50х10⁶ жилийн настай ус оршин байгааг судалж дүгнэсэн байна. Манай орны өмнөд говьд хийсэн Гео-Экологийн хүрээлэн бусад эрдэмтдийн судалгаагаар говийн гүний усны нас 35000-40000 жил гэж тогтоогдсон ба говьд унах хур тунадас жилдээ 50-150мм байгаа нь гүний байтугай хөрсний усыг тэжээхэд бэрх үзүүлэлт болж байгаа юм. Дээр үед говьд далай байсан ба тэр үед л бий болсон болов уу! Усны нас ба чанар хоорондоо холбоотой боловч зарим үед холбоогүй ойлголт болно. Хөгшин ус чанаргүй гэж хэлэх нь гүний ус цэвэр гэж үздэгтэй харшлах нь. Хот суурин газрын ус хангамжийн системийн эх үүсвэр гадаргын ба гүний үүсвэртэй гэж байх ба манай орон гүний усыг түлхүү хэрэглэдэг ба энэ нь 1-10 жил (таамаг тоо) орчим настай (Улаанбаатар хотын усны эх үүсвэрүүдийг авч үзвэл) усыг уудаг гэсэн үг. Дэлхий үйлдвэржилтгүй байхад, хүн ам хэт төвлөрөөгүй байхад буюу 18-р зуун хүртэл дэлхийд унаж буй маамуу ус цэвэр байсан бөгөөд гадаргын усны чанар сайн байсан. Одоо дэлхийн зарим хэсэгт хүчиллэг, шүлтлэг бас бус ид шидтэй хур тунадас орох болжээ. Монголд бол харьцангуй гайгүй учир шинэхэн ус уугаад байх боломж байгаа, оршин суудаг нутаг дэвсгэр (азийн цээж – гурван ай савын уулзвар өндөрлөг газар) түүнийг бэлдэж өгч байна. Гүний ч бай гадаргын ч бай усыг олборлосон цагаас усны чанартай холбоотой өөр нэг нас тоологдож эхэлнэ. Энэ бол ус хангамжийн систем дотор оршин байсан усны хугацааг илтгэх усны нас ба энэ нь усны чанарт шууд нөлөөлдөг. Ус хоолой дотор удах тусам түүний физик, хими, беологийн шинж чанарт өөрчлөлт ордогийг тогтоож сүлжээнд байх усыг хэрэглэгчдийн тоо, ус түгээх урт зэргээс хамааруулж ихдээ 16 хоног дотор байхаар тооцдог байна. Ус буцалгагчиндаа ус хонуулчихаад өглөө нь хоносон ус гэж асгадаг бол крантнаас гоожих ус маань сүлжээн дотор ус буцалгагчнаас магадгүй муу орчинд хэд хоносоныг хэлэх боломжгүй (орчин үеийн ус хангамжийн системд заавал тооцох ёстой) юм. Ус агаартай харьцахгүй үедээ чанараа (хүчил төрөгчөө) алдаж доторх органик материуд, эсүүд муудаж муу орчинд тухтай байх бактериудын эрин үе эхэлнэ. Аль болохоор ууршиж байвал л ус дахин төрж байх юм. Гэвч энэ ууршилт буюу усны алдагдал нь хуурайшилттай эсвэл газар тариалан эрхэлдэг хүмүүст дургуй үзэгдэл нь болж таарна. Гэхдээ усны эргэлт гээд томоор төсөөлбөл ууршсан ус буцаад л ирнэ, усны алдагдал гэж нэрлээд байгаа ууршилт маань байгалийн процесс юм.

Ахиад хэлбэл дэлхий маань өөр гаригтай шүргэлцэхгүй л бол дэлхийн нийт усны масс хэвэндээ байх ба харин хүний буруутай үйл ажиллагааны улмаас хуваарилалт нь өөрчлөгдөнө. 

Говьд бороо орохоо больж, далайн оронд нартай өдөргүй болж, нэг газар гангийн давтамж, нөгөө газар үерийн давтамж ихэсэх гэх мэт тэгш бус хуваарилалт ихэснэ. Энэ усыг дэлхий дээр байлгаж байгаа нэг зүйл бол даралт ба температурын хослол юм. Дэлхий шиг уур амьсгалтай, тодруулбал температуртай, агаарын даралттай гариг байвал гарцаагүй шингэн ус оршин байх юм. Дэлхийн дулаарал, уур амьсгалын өөрчлөлтийг маш хүндээр тусгаж авч санаа зовж байгаагийн нэг үр дүн нь даралт температурын хослол үгүй болж дэлхийгээс мань ус дэгдээд сансарт гарчих вий гэж болгоомжилсоных юм (3.4 тэрбум жилийн өмнөх Ангарагын мөхөл шиг). Дэлхий дээр атмосферийн буюу агаарын даралт, тохиромжит температур байгаагүй бол дэлхийн ус хий болон ууршиж агаар мандлаас гарч одох болно. Тэр үед дэлхий ямар хэлбэртэй болохыг хэтрүүлэгтэй боловч дараах зураг харуулна.

Зураг: Усгүй дэлхийн бөмбөрцөг, эх сурвалж: gifbin.com

Жомолунгма оргил д.т.д 8848м, далайн ёроол Марианагийн хонхор 11034м, энэ хоорондын зөрүү 19882м буюу 19.8км болж байна. Усгүй бол эх дэлхий маань жаажиг, ямар ч үзэсгэлэнгүй байх нь. Ус эх дэлхийн тэнцвэрийг хадгалж өөгүй бөмбөрцөг хэлбэрийг бий болгож байна. Бид өөрсдийн оршин тогтнох адгалж л усны оршин байх насыг богиносгож байна. Бид өнгөрлөө /мөхөх/ гэхэд эх дэлхий дээр ус оршин байвал өөр нэг амьд төрөлхтөн (магадгүй шинэ хүн төрөлхтөн) ирээдүйд дэлхий дээр үргэлжлэн амьдарч бидний үлдээсэн өвийг судлах болно. Одоо бид динозаврын ясыг музейд тавьдаг шиг бидний яс шинэ төрөлхтөний музейд байхыг үгүйсгэхгүй. Ингээд дэлхийн хэлбэрээр энэхүү танин мэдэхүйн шинжтэй орчлон ертөнцийн ус ба түүний нас гэсэн өгүүллийг дуусгаж байна. Эх дэлхийгээ хайрлая.

Усны барилгын инженер Б.Аюурзана