Проблема происхождения и развития Земли

Так, в теории Альвена  и Аррениуса пояс астероидов —  это струйный поток, в котором  из-за нехватки выпавшего вещества процесс планетообразования прервался  на стадии планетезималий. Метеориты и кометы, согласно данной модели, формировались на окраине Солнечной системы, за орбитой Плутона. В отдаленных от Солнца областях существовала слабая плазма. В ней механизм выпадения вещества еще работал, но струйные потоки, в которых рождаются планеты, образоваться уже не могли. Слипание выпавших там частиц привело к единственно возможному результату — образованию кометных тел.

Процесс образования  Солнечной системы нельзя считать  досконально изученным, а предложенные гипотезы – совершенными. Например, в рассмотренной гипотезе не учитывалось влияние электромагнитного взаимодействия при формировании планет. Выяснение этого и других вопросов – дело будущего.

                    Земля среди других планет Солнечной системы

В состав Солнечной системы входит девять планет. Они делятся на д в е группы:

внутренние планеты (планеты  земной группы) — Меркурий, Венера, Земля, Марс;

внешние планеты (газовые  гиганты) — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.

Отличия планет земной группы от газовых гигантов очевидны. Поэтому посмотрим, чем отличаются друг от друга внутренние планеты. Среди них нет двух одинаковых планет. Они отличны по размерам, физико-химическим параметрам, строению недр и поверхностей, составом атмосфер. В основном эти различия обусловлены начальными условиями формирования планет — химическим составом, плотностью вещества в тех частях протопланетного облака, где эти планеты формировались, а также расстоянием от Солнца, резонансным взаимодействием с ним и другими планетами.

Из всех планет земной группы Земля — самая большая планета. Но как показывают оценки, даже такие размеры и масса оказываются минимальными, при которых планета способна удержать свою газовую атмосферу. Тем не менее, Земля теряет водород и другие легкие газы, что заметно по шлейфу, который тянется за нашей планетой. Венера почти равна по размерам и массе Земле, но она ближе к Солнцу и получает от него больше тепла. Поэтому она давно потеряла весь свой свободный водород. У остальных двух планет атмосфера либо вообще отсутствует (Меркурий), либо сохранилась в очень разреженном состоянии (Марс).

Из всех планет только Земля обладает сильным магнитным  полем, на два порядка превосходящим  значения магнитных полей у других планет. Как считают ученые, это  одна из причин появления жизни на Земле.

Ни одна из планет не имеет развитой системы спутников, как у планет — газовых гигантов. Луна — спутник  Земли, не вписывается ни в одну из современных гипотез образования  Солнечной системы. Тем более, что  Луна имеет планетные размеры (сравнимые с размерами Меркурия).

В современную эпоху только Земля  остается «живой» планетой, ее геологическое  развитие продолжается.

Главным  отличием Земли от других планет является

хорошо развитая биосфера. Вершиной эволюции

жизни на нашей планете стал человек, обладающий

разумом.

Возраст Земли.

Время существования  Земли делится на два существенно  различных периода: ранняя история  и геологическая история.

Согласно современным космологическим  представлениям, Земля образовалась примерно 4,5 млрд. лет назад. К такому выводу

ученые пришли в результате исследования возраста древнейших минералов  и горных пород, а также на основе изучения процессов распада радиоактивных  веществ. Кроме того, на данный возраст  Земли указывают и материалы  исследования метеоритов.

Схожие данные получены и при исследовании лунных пород. Образцы этих пород были доставлены на Землю как с помощью космических  станций «Луна», так и экипажами  американских космических кораблей «Аполлон». Оказалось, что возраст  самых древних лунных образцов совпадает с возрастом самой Луны и составляет 4—4,5 млрд. лет. При этом считается, что геологическая история нашей планеты составляет около 4 млрд. лет, из них 0,6 млрд. лет — это ранняя история Земли.

 

Образование Земли.

В современном естествознании существует несколько противоречивых точек зрения, касающихся образования Земли как космического тела.

Почти все они сводятся к тому, что исходным веществом  для формирования планет Солнечной  системы, в том числе и Земли, были межзвездная пыль и газы, широко распространенные во Вселенной.

 Однако до сих  пор нет однозначного ответа  на вопросы: каким образом в  составе планет оказался полный  набор химических элементов таблицы  Менделеева и что послужило  толчком для начала конденсации  газа и пыли в протосолнечную  туманность.

 Некоторые ученые  предполагают, что появление разнообразия  химических элементов связано  с внешним фактором – взрывом  Сверхновой звезды в окрестностях  будущей Солнечной системы. Такой  взрыв массивной 

звезды, в недрах и  газовой оболочке которой в результате ядерных реакций происходил синтез химических элементов (звездный нуклеосинтез), мог привести к образованию всей гаммы химических элементов, в том

 числе и радиоактивных.  Мощный взрыв своей ударной  волной мог стимулировать начало  конденсации межзвездной материи, из которой образовалось Солнце и протопланетный диск, впоследствии распавшийся

на отдельные планеты  внутренней и внешней групп с  поясом астероидов между ними. Такой  путь начальной стадии формирования Солнечной системы называется катастрофическим, так как взрыв Сверхновой –

природная катастрофа. В  масштабах астрономического времени взрывы Сверхновых звезд – не столь уже редкое явление: они происходят в среднем через несколько миллиардов лет.

                                       Ранняя история Земли

Ранняя история развития Земли включает три фазы эволюции:

• фазу аккреции (рождения);
• фазу расплавления внешней сферы земного шара;
• фазу первичной коры (лунную фазу).

Фаза аккреции представляла собой непрерывное выпадение  на растущую Землю все большего количества крупных тел, укрупняющихся в своем полете при соударениях между собой, а также в результате притяжения к ним более удаленных мелких частиц. Кроме того, на Землю падали и самые крупные объекты — планетезималии. В фазу аккреции Земля приобрела примерно 95% современной массы. На это ушло около 17 млн. лет. Земля оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем и полное расплавление вещества поверхности планеты.

Фаза расплавления внешней  сферы земного шара наступила  в промежутке 4—4,6 млрд. лет назад.

В это время произошла  общепланетарная химическая дифференциация вещества, которая привела к формированию центрального ядра Земли и обволакивающей его мантии. Позже образовалась земная кора.

В этой фазе поверхность  Земли представляла собой

 

океан тяжелой расплавленной  массы с вырывающимися из него газами. В него продолжали стремительно падать мелкие и крупные космические тела, вызывая всплески тяжелой жидкости.

 Во время аккреции  Земля долго оставалась холодным  космическим телом, и только  в конце этой фазы, когда началась  предельно интенсивная бомбардировка  ее крупными объектами, произошло  сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества сначала внешней зоны планеты, потом и внутренней области. Наступила продолжительная фаза гравитационной дифференциации вещества: тяжелые химические элементы и их соединения опускались вниз, легкие поднимались вверх. Поэтому постепенно в процессе дифференциации вещества в центре Земли сосредоточивались тяжелые химические элементы (железо, никель и др.), из которых образовалось ядро, из более легких соединений возникла мантия Земли. Кремний и другие химические элементы стали основой формирования континентов, а самые легкие химические соединения образовали океаны и атмосферу Земли. В земной атмосфере первоначально было много водорода, гелия и таких водородосодержащих соединений, как метан, аммиак, водяной пар. Со временем водород и гелий улетучились.

Лунная фаза — это  время остывания расплавленного вещества поверхности Земли из-за излучения тепла в космос и  ослабления метеоритной бомбардировки. Так образовалась первичная кора базальтового состава. Тогда же происходило  образование гранитного слоя материковой коры. Правда, механизм этого процесса до сих пор неясен.

В лунную фазу шло постепенное  остывание поверхности Земли  от температуры плавления базальтов, составляющей 800— 1000°С до 100°С. Когда  температура опустилась ниже 100°С, из атмосферы выпала вся вода, покрывшая Землю. В результате сформировались поверхностные и грунтовые стоки, появились водоемы, в том числе и океан.

 В противовес долго  господствующему мнению об «огненно-жидком  исходном состоянии Земли», основанном  на классической гипотезе Канта–Лапласа, с начала ХХв стала утверждаться идея об изначально холодной Земле, недра которой в дальнейшем стали разогреваться вследствие тепла при распаде естественных радиоактивных веществ. Однако в данной концепции не учитывается выделение тепла при аккреции и особенно при соударении планетезималей больших размеров.        В этой связи в настоящее время обсуждается идея о весьма существенном разогреве Земли вплоть до температуры плавления ее вещества уже на стадии аккреции. Предполагается, что при таком разогреве начинается дифференциация Земли на оболочки и прежде всего на силикатную мантию и железное ядро. При этом нельзя исключать и радиоактивный источник тепла.

Выделявшееся тепло  повлекло за собой образование газов  и водных паров, которые выходя на поверхность, и положили начало формированию воздушной оболочки – атмосферы и водной среды нашей планеты.

Понадобились миллиарды  лет, чтобы образовалась наша планета  – Земля. Вращаясь, этот сплюснутый у полюсов шар летит в космическом  пространстве по огромной эллиптической кривой вокруг Солнца.

 

Строение Земли. Геосферы Земли

Формирование Земли  сопровождалось дифференциацией вещества, результатом которой явилось  разделение Земли на концентрически расположенные слои — геосферы. Геосферы различаются химическим составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества, выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией земная кора. Это так называемая «твердая» Земля, заключающая в себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздушная оболочки нашей планеты. Кроме того, Земля обладает гравитационным, магнитным и электрическими полями.

Таким образом, можно  выделить ряд геосфер, из которых  состоит Земля: ядро, мантия, литосфера, гидросфера, атмосфера, магнитосфера.

Кроме данных оболочек Земли  есть биосфера и ноосфера.

Геосферы различаются, главным образом, плотностью составляющих их веществ. Самые плотные вещества сосредоточены в центральных частях планеты. Ядро составляет 1/3 массы Земли, кора и мантия — 2/3.

Все земные оболочки взаимосвязаны  и проникают друг в друга. Гидросфера всегда присутствует в литосфере  и атмосфере, атмосфера — в  литосфере и гидросфере и т.д. С атмосферой, гидросферой и литосферой тесно связаны внутренние оболочки Земли.

Наша планета до наших  дней хранит еще множество тайн. Проникнуть внутрь нее нелегко. Сегодня  самые глубокие шахты достигают  всего несколько километров. Бурение  дает нам сведения о глубинах около 12 км. Основные сведения о строении Земли, химическом составе ее пород и т. п. добываются косвенными методами, в частности, при изучении колебаний земной коры в процессе землетрясений и анализе химического состава вулканической массы.

Геологическая история  Земли.

Результатом геологического развития Земли стало формирование самых верхних оболочек — атмосферы, гидросферы и литосферы. Это произошло  в результате остывания поверхности  Земли и привело к образованию  первичной базальтовой или близкой  к ней по составу коры Земли. Почти одновременно за счет конденсации водяных паров образовалась водная оболочка планеты — гидросфера.

 

Образование и строение литосферы.

Земная кора образована горными породами, имеющими различные  формы залегания. Породы лежат горизонтальными  слоями или нарушены разломами и смяты складками. Залегание горных пород чаще всего обусловлено внутренними (эндогенными) силами. Строение земной коры, созданное эндогенными процессами, называется тектоническим строением, или тектоникой.

Современный рельеф планеты  продолжает видоизменяться под влиянием совместного действия на ее поверхности тектонических, гидросферных, атмосферных и биологических процесов. Начало этому было положено около 3,5 млрд. лет назад, когда начали формироваться вулканические дуги. Формирование вулканических дуг происходило на первичной остаточной или вторичной коре, образованной при растяжении океанической коры над зонами подлезания (столкновения литосферных плит). В результате примерно 2,7—2,5 млрд. лет назад возникли значительные площади континентальной коры, которые, по-видимому, соединились в единый суперконтинент — первую Пангею в истории Земли. Толщина этой коры уже достигала современной толщины в 35—40 км.