Пили ли динозавры воду из вашего крана? Учёные объясняют круговорот мочи в природе

Путешествуя по планете в рамках круговорота воды, молекулы H₂O принимают множество форм, переходя из твёрдого состояния в жидкое, затем в газообразное и обратно. Из них состоят снежные шапки, тающие по весне, реки, несущиеся к океану, облака, гонимые морским бризом, и даже моча, спускаемая в унитаз.

Но при бесконечном повторении этого сложного цикла испарения, конденсации и осадков — могла ли вода, текущая из вашего крана, когда-то побывать внутри динозавра или мамонта? И значит ли это, что вся вода на Земле уже была чьей-то мочой?

Ответ зависит от того, как подойти к вопросу.

По мнению Нила Донахью, директора Института экологического образования и исследований Стейнбреннера и профессора химии и химической инженерии Университета Карнеги-Меллона, ответ должен быть «решительным да» — если опираться на приблизительные расчёты. Но эта математика зиждется на нескольких допущениях, пояснил Донахью в интервью Live Science по электронной почте.

Первое допущение: средний человек весит около 50 килограммов и выделяет примерно 1 литр мочи в день, что примерно равно 1 кг. Затем Донахью сделал «ДИКОЕ предположение», что все животные писают примерно в одной пропорции — 1% от массы тела, — что, по его собственному признанию, «вероятно, неверно», но полезно для приблизительной оценки.

Далее: если общая масса всех хордовых (таксономической группы, включающей млекопитающих, птиц, рыб и т.д.) составляет примерно 2 миллиарда метрических тонн углерода, то, по словам Донахью, это эквивалентно примерно 0,2 гигатонны мочи каждый день — или 80 000 олимпийских бассейнов. Для простоты расчёта он предположил, что масса хордовых оставалась постоянной во времени.

Что касается водной части уравнения, Геологическая служба США оценивает общий объём воды на Земле примерно в 1,4 миллиарда гигатонн, включая воду в океанах, ледяных шапках, ледниках, озёрах, реках, грунтовые воды и водяной пар.

Если разделить вес всей воды в мире на 0,2 гигатонны мочи в день, то потребуется около 7 миллиардов дней, или примерно 19 миллионов лет, «чтобы выссать целый океан», — заявил Донахью. Учитывая, что астероид, «врезавшийся в Юкатан» и уничтоживший нептичьих динозавров, упал 66 миллионов лет назад, «даже млекопитающие, вероятно, написали больше, чем целый океан, с тех пор как мы захватили планету», — добавил он.

Дэвид Кример, профессор гидрологии Университета Невады в Лас-Вегасе, согласился, что «если вернуться назад в историю, ко временам динозавров и тому подобному, — мочи набирается очень много». Но он также отметил, что расчёты, основанные на допущениях и обобщениях, имеют большую погрешность.

Однако когда вопрос стоит о том, побывала ли каждая до последней капли воды на Земле чьей-то мочой, Кример ответил «нет».

Во-первых, вода движется сквозь круговорот не с постоянной скоростью, отметил он: вода может быть заперта в ледниковом льду на сотни тысяч лет, и «существуют глубокие подземные воды, которые находятся под землёй десятки тысяч лет».

Более того, некоторая вода и вовсе никогда не участвовала в круговороте, сказал он. Эта вода, известная как ювенильная вода, заключена глубоко под поверхностью планеты и «за всю историю Земли никогда по-настоящему не выходила из недр», — рассказал Кример Live Science.

Со временем ювенильная вода может быть вынесена на поверхность вулканической активностью в виде пара или магмы. Запертая глубоко в земной коре, «она высвобождается, когда магма растворяет её, и когда вулкан извергается в атмосферу, — пояснил Кример, отметив, что во время извержений — вместе с пеплом и камнями выбрасывается определённое количество воды или влаги». Эта вода затем попадает в круговорот и в конце концов может войти в состав какого-нибудь животного и выйти из него.

В конечном счёте, в любой момент времени в местах вулканической активности по всему миру на поверхность впервые выходят струи новой воды. Эта вода «ещё не была мочой», — сказал Кример. По крайней мере, пока.

Так что же в итоге? Ответ оказывается двойственным и отчасти философским. С одной стороны, математика неумолима: за миллиарды лет живые организмы пропустили через себя объём воды, многократно превышающий объём мирового океана. Ваш утренний стакан воды почти наверняка содержит молекулы, прошедшие через почки бесчисленных поколений животных — от трилобитов до тираннозавров и шерстистых мамонтов. С точки зрения вероятности, вода в вашем чайнике была мочой. Причём многократно.

С другой стороны, ювенильная вода напоминает нам, что Земля — не замкнутая система, а живая, динамичная планета, которая постоянно производит «первозданную» воду из своих недр. Так что если вам хочется сделать глоток чего-то действительно нетронутого, не осквернённого биологией, — ищите родник у подножия действующего вулкана. Правда, и там гарантий никто не даст: молекулы перемешиваются быстро, и к тому моменту, как вулканический пар конденсируется в каплю, в ней уже, скорее всего, окажется несколько «ветеранов» из чьего-то мочевого пузыря.

И всё же, пожалуй, не стоит брезгливо морщиться. Круговорот воды — это не просто физика, а самая грандиозная система переработки, какую только можно вообразить. Каждая молекула H₂O, проходя через живые организмы, очищается естественными фильтрами — почвой, песком, испарением с поверхности океана. Именно благодаря тому, что вода бесконечно путешествует, умирает и возрождается в новом качестве, жизнь на Земле продолжается уже четвёртый миллиард лет. И то, что динозавры когда-то попили, а потом — скажем прямо — вернули природе, сегодня питает леса, поит города и наполняет вашу чашку кофе. Стоит ли после этого жаловаться на происхождение воды из-под крана? Пожалуй, нет. В конце концов, это просто ещё один повод почувствовать свою глубинную — во всех смыслах — связь с историей планеты.