Происхождение Земли

Происхождение живого — важная проблема естествознания

Живое вещество, по В.И. Вернадскому, - это совокупность всего живого мира Земли в пространстве и во времени. Оно появилось на нашей планете в процессе возникновения жизни. Живое вещество Земли представляет собой продукт эволюционных изменений в космосе, строении земной коры и свойствах органического мира, длившихся несколько миллиардов лет, в результате которых на нашей планете возникло огромное разнообразие современных форм жизни.

Происхождение живого, его возникновение и многообразие с давних пор является важнейшей проблемой естествознания.

Как же происходило возникновение первоначальных живых форм? При каких условиях и где произошел этот величайшей значимости процесс? И, наконец, сколько времени он длился?

Процесс происхождения жизни на Земле теснейшим образом связан с историей возникновения и развития самой нашей планеты как части Солнечной системы.

Появление Земли

Возраст Земли более 5 млрд лет. Не все еще ясно, как она образовалась из облака космической пыли, породившей Солнечную систему. Но известно, что вначале молодая Земля была безжизненной, голой, скалистой, с достаточно холодной массой, окутываемой атмосферой из водяного пара, водорода, аммиака и метана. Это достаточно простое физическо-химическое начало породило сложный комплекс земной поверхности, включая живую природу, и создало живую систему — биосферу.

Появление нашей планеты как космическое событие было обусловлено возникновением Солнца и всей Солнечной системы. Согласно современным астрономическим представлениям, Солнечная система зародилась в газовом облаке, находящимся в состоянии равновесия с собственным гравитационным полем. Такие облака называют протопланетными (от греч. protos - «первый»).

Полагают, что рядом с протопланетным облаком произошел взрыв сверхновой звезды, что сопровождалось выделением огромной энергии за счет термоядерных реакций. Появившаяся ударная волна распространилась и на «наше» протопланетное облако, вызвав в нем уплотнение материи, термоядерные процессы и разогрев. Так возникло центральное тело системы — звезда Солнце. Периферическая часть протопланетного облака фрагментировалась на отдельные сгущенные тела — планеты. Силы гравитации Солнца удержали планеты около звезды, а более разреженные части протопланетного облака рассеялись. Это произошло около 7 млрд лет назад. Возникновение Солнца и планет Солнечной системы из единого протопланетного облака обусловили не только единство их происхождения, но и сходный химический состав этих тел.

Астрономы различают межзвездные и протопланетные облака. Межзвездные облака обычно состоят из смеси газов и пылевых частиц микронного размера. Среди газов преобладают водород и гелий, а также в заметных количествах содержатся H2O, CO2, CH4, NH3, N2 и др. Твердые частицы представлены смесью тугоплавких металлов и силикатов с самими металлами и их сульфидами. Высокая разреженность космического пространства затрудняет здесь процесс объединения (сорбции) и рост частиц. Иная обстановка создается в протопланетном облаке. Повышенная плотность его вещества обеспечивала частые столкновения частиц, что вело к их быстрому росту. В итоге появились первые, еще мелкие (сантиметровые и первые метровые) тела, являющиеся зачатком будущих планет. Такие образования называют планетезималями. Они состоят из холодной материи. Здесь преобладают кусочки льда (H2O) с вмерзшими в них элементами (углерод, азот), ледяные частицы силикатов, металлов и летучих веществ (в том числе метан и аммиак). Дальнейшее уплотнение роя планетезималей ускоряло их рост, вело к появлению крупных тел (в поперечнике до многих десятков и сотен километров). У крупных планетезималей появлялись свои гравитационные поля, что значительно ускоряло рост этих тел и уплотнение их массы. Так их планетезималей выросла наша планета.

Рост Земли, как показывают расчеты одного из создателей современной теории планетообразования В.С. Сафронова (1969), происходил медленно, формирование до 99% массы современной Земли растянулось на 1 млрд лет. Вначале рост шел во все ускоряющемся режиме объединения (аккреции) крупных твердых тел (планетезималей), но затем, по мере их исчерпания в околоземном рое протопланетного вещества, он замедлился.

Физические явления в истории Земли

Молодая Земля первое время после своего образования была холодным космическим телом, значительно более холодной, чем современная. В ее недрах температура, очевидно, не превышала температуру плавления вещества. В тот период на поверхности Земли не было ни океанов, ни атмосферы, она была лишена мантии и ядра. Первичная атмосфера Земли улетучилась в ходе распада протопланетного облака. Она состояла из газов, широко распространенных в космосе; среди них было особенно много гелия.

В ранний период истории Земли ее состав, вероятно, был однородным и состоял из веществ протопланетного облака. Температура Земли по сравнению с Солнцем была невысокой (800-1000 ºC), но по мере формирования ее недра разогревались в результате накопления тепла при распаде радиоактивных элементов (урана, тория), вошедших в ее состав. С разогревом начались процессы плавления веществ, а затем последовала и гравитационная дифференциация. Более тяжелые вещества опускались вниз, а легкие поднимались вверх и образовывали земную кору. Гипотезу формирования оболочек Земли в результате перемещения глубинного вещества к ее поверхности предложил российский ученый-геохимик Александр Павлович Виноградов (1895-1975).

На первом этапе (около 5 млрд лет назад) Земля была еще сравнительно холодной, лишенной тектонических процессов. Разогрев Земли начал осуществляться только за счет процессов радиоактивного распада на планете и приливной энергии от воздействия Протолуны.

Большое значение в процессе формирования планеты Земля имело образование системы Земля — Луна. Сейчас их взаимное влияние не велико, но на первых этапах их развития оно было исключительным и привело к радикальным изменениям хода эволюций обеих планет. Это связано с тем, что Луна как спутник Земли провоцировала и существенно активизировала тектонические процессы на Земле в архейскую эру. Кроме того, Луна «раскрутила» нашу планету, определила своей орбитой наклон оси ее вращения, что обусловило климатическую зональность природных явлений Земли и происхождение магнитного поля.

Современная Луна сформировалась около 4,6-4,4 млрд лет тому назад из более крупной планеты Протолуны. Но с ближайшей соседней орбиты она была захвачена приливными (гравитационными) силами растущей Протоземли. Сорванное с поверхности Протолуны вещество в форме мелких «брызг» устремилось по широкой спирали к Протоземле. Эти «брызги» могли сразу не попасть на поверхность Протоземли, поэтому она в течение какого-то периода, подобно Сатурну, могла быть окружена кольцом вращающихся мелких метеоритных тел. Под действием сил инерционной отдачи Протолуна переместилась на более отдаленную орбиту, где и сформировалась современная Луна. Отодвигание орбиты молодой Луны от Земли спасло ее от полного разрушения.

Картина разрушения Протолуны в пределах влияния на нее Протоземли

После разрушения Протолуны и захвата части ее внутреннего вещества и железного ядра, а также из-за разогрева, расплавления и дифференциации Земля приобрела прямое вращение. А сама Луна, сформировавшаяся из оставшегося силикатного вещества внешней части разрушенной Протолуны, вызывала на Земле интенсивные землетрясения, обусловленные лунными «приливами», амплитуда которых достигала от десятков метров до километра.

Дифференциация химического вещества на Земле привела к образованию не только ядра, но и мантии Земли.

Мантия (от греч. mantion - «покрывало», «плащ») - это силикатная оболочка, расположенная между ядром и подошвой литосферы, или земной коры. Верхняя часть мантии достаточно пластична и частично расплавлена, может течь, деформироваться. Она обеспечивает перемещение литосферных плит. Нижняя часть мантии очень плотная. Вещество земной коры составляет лишь относительно тонкий слой литосферных плит, граничащих с верхним слоем мантии.

Основу мантии составляли более легкие силикаты, из которых формировалась литосфера. Поверхность Земли в это время, видимо, активно подвергалась эрозии (разрушению). Ученые предполагают, что в ходе эрозии и связанных с ней процессов в мантии образовалась земная кора. Вулканизм и эрозия способствовали формированию сложного рельефа планеты.

Биология: