Возникла около 4600 млн. лет назад. С тех пор ее поверхность постоянно изменялась под воздействием различных процессов. Земля, видимо, сформировалась спустя несколько миллионов лет после колоссального взрыва в космосе. Взрыв создал огромное газа и пыли. Ученые считают, что его частицы, сталкиваясь друг с другом, объединились в гигантские сгустки раскаленного вещества, которые со временем превратились в ныне существующие планеты.
По мнению ученых, Земля возникла после колоссального космического взрыва. Первые материки, вероятно, сформировались из расплавленной породы, вытекавшей на поверхность из жерл . Застывая, она делала земную кору толще. Океаны могли образоваться в низинах из капелек , содержавшейся в вулканических газах. Из этих же газов, вероятно, состояла и первоначальная .
Думают, что Земля поначалу была невероятно горячей, с морем расплавленных горных пород на поверхности. Примерно 4 млрд. лет назад Земля начала медленно остывать и разделилась на несколько слоев (см. справа). Самые тяжелые породы опустились глубоко в недра Земли и образовали ее ядро, оставаясь невообразимо горячими. Менее плотное вещество образовало ряд слоев вокруг ядра. На самой поверхности расплавленные породы постепенно затвердели, образовав твердую земную кору, покрытую множеством вулканов. Расплавленная порода, вырываясь на поверхность, застыла, образуя земную кору. Низкие участки заполнялись водой.
Земля сегодня
Хотя земная поверхность кажется твердой и незыблемой, изменения еще происходят. Они вызываются разного рода процессами, одни из которых разрушают земную поверхность, а другие ее воссоздают. Большинство изменений протекает крайне медленно и обнаруживается лишь специальными приборами. Для образования новой горной цепи требуются миллионы лет, по мощное извержение вулкана или чудовищной силы землетрясение могут преобразить поверхность Земли за считанные дни, часы и даже минуты. В 1988 г. землетрясение в Армении, длившееся около 20 секунд, разрушило здания и убило более 25 000 человек.
Строение Земли
В целом Земля имеет форму шара, слегка сплюснутого с полюсов. Она состоит из трех основных слоев: коры, мантии и ядра. Каждый слой образован разными типами горных пород. На рисунке внизу изображена структура Земли, но слои показаны не в масштабе. Внешний слой называется земной корой. Ее толщина от 6 до 70 км. Под корой располагается верхний слой мантии, образованный твердыми породами. Этот слой вместе с корой называется и имеет толщину около 100 км. Часть мантии, лежащая под литосферой, называется астеносферой. Она имеет толщину примерно 100 км и, вероятно, состоит из частично расплавленных пород. мантии изменяется от 4000°С вблизи ядра до 1000″С в верхней части астеносферы. Нижняя мантия, возможно, состоит из твердых пород. Внешнее ядро состоит из железа и никеля, видимо, расплавленных. Температура этого слоя может достигать 55СТГС. Температура субъядра может быть выше 6000’С. Оно твердое из-за колоссального давления всех прочих слоев. Ученые полагают, что оно состоит в основном из железа (подробнее об этом в статье « «).
Форма, размеры и строение земного шара
Земля имеет сложную конфигурацию. Ее форма не соответствует ни одной из правильных геометрических фигур. Говоря о форме земного шара, считают, что фигура Земли ограничивается воображаемой поверхностью, совпадающей с поверхностью воды в Мировом океане, условно продолженной под материками таким образом, чтобы отвесная линия в любой точке земного шара была перпендикуляром к этой поверхности. Такую форму называют геоидом, т.е. формой, свойственной только Земле.
Изучение формы Земли имеет довольно длинную историю. Первые предположения о шарообразной форме Земли принадлежат древнегреческому ученому Пифагору (571-497 гг. до н.э.). Однако научные доказательства шарообразности планеты были приведены Аристотелем (384-322 гг. до н.э.),первым объяснившим природу лунных затмений как тень Земли.
В 18 веке И.Ньютон (1643-1727 гг.) рассчитал, что вращение Земли обуславливает отклонение ее формы от точного шара и придает ей некоторцю сплюстнутость у полюсов. Причиной этого является центробежная сила.
Определение размеров Земли тоже издавна занимало умы человечества. Впервые размеры планеты рассчитал александрийский ученый Эратосфен Киренский (около 276-194 гг. до н.э.): по его данным радиус Земли составляет около 6290 км. В 1024-1039 гг. н.э. Абу Рейхан Бируни вычислил радиус Земли, оказавшийся равным 6340 км.
Впервые точное вычисление формы и размеров геоида было произведено в 1940 году А.А.Изотовым. Рассчитанная им фигура названа в честь известного русского геодезиста Ф.Н.Красовского эллипсоидом Красовского. Эти вычисления показали, что фигура Земли представляет собой трехосный эллипсоид и отличается от эллипсоида вращения.
По данным измерений, Земля - сплюснутый с полюсов шар. Экваториальный радиус (большая полуось эллипслида - а) равен 6378 км 245 м, полярный радиус (малая полуось - б) составляет 6356 км 863 м. Разница между экваториальным и полярным радиусами равна 21 км 382 м. Сжатие Земли (отношение разности между а и б к а) составляет (а-б)/а=1/298,3. В тех случаях, когда не требуется большая точность, средний радиус Земли принимают равным 6371 км.
Современные измерения показывают, что поверхность геоида несколько превышает 510 млн.км, а объем Земли составляет примерно 1,083 млрд. км. Определение других характеристик Земли - массы и плотности - производится на основании фундаментальных законов физики.Так масса Земли равна 5,98*10 т.Значение средней плотности оказалось равным 5,517 г/см.
Общее строение Земли
К настоящему времени по сейсмологическим данным в Земле выделяют около десяти границ раздела, свидетельствующих о концентрическом характере ее внутреннего строения. Основными из этих границ являются: поверхность Мохоровичича на глубинах 30-70 км на континентах и на глубинах 5-10 км под дном океана; поверхность Вихерта - Гутенберга на глубине 2900 км. Эти основные границы делят нашу планету на три концентрические оболочки - геосферы:
Земную кору - внешнюю оболочку Земли, расположенную над поверхностью Мохоровичича;
Мантию Земли - промежуточную оболочку, ограниченную поверностями Мохоровичича и Вихерта - Гутенберга;
Ядро Земли - центральное тело нашей планеты, расположеное глубже поверхности Вихерта - Гутенберга.
Кроме основных границ выделяют ряд второстепенных поверхностей внутри геосфер.
Земная кора. Эта геосфера составляет небольшую долю от общей массы Земли.По мощности и составу выделяют три типа земной коры:
Континентальная кора характеризуется максимальной мощностью, достигающей 70 км. Она состомт из магматических, метаморфических и осадочных горных пород, которые образуют три слоя. Мощность верхнего слоя (осадочные) обычно не превышает 10-15 км. Ниже залегает гранитно-гнейсовый слой мощностью 10-20 км. В нижней части коры залегает бальзатовый слой мощностью до 40 км.
Океаническая кора характеризуется небольшой мощностью - снижающейся до 10-15 км. Она так же состоит из 3 слоев. Верхний, осадочный, не превышает нескольких сот метров. Второй, бальзатовый, общей мощностью 1,5-2 км. Нижний слой океанической коры достигает мощности 3-5 км. В составе данного типа земной коры отсутствует гранитно-гнейсовый слой.
Кора переходных областей обычно характерна для периферии крупных континентов, где развиты окраинные моря, имеются архипелаги островов. Здесь происходит замена континентальной коры на океаническую и, естественно, по строению, мощности и плотности пород кора переходных областей занимает промежуточное место между указаными выше двумя типами кор.
Мантия Земли. Эта геосфера является самым крупным элементом Земли - она занимает 83% ее объема и составляет около 66% ее массы. В составе мантии выделяют ряд границ раздела, основными из которых являются поверхности, залегающие на глубинах 410, 950 и 2700 км. По значениям физических параметров эта геосфера делится на две субоболочки:
Верхняя мантия (от поверхности Мохоровичича до глубины 950 км).
Нижняя мантия (от глубины 950 км до поверхности Вихерта - Гутенберга).
Верхняя мантия в свою очередь подразделяется на слои. Верхний, залегающий от поверхности Мохоровичича до глубины 410 км, называется слоем Гутенберга. Внутри этого слоя выделяют жесткий слой и астеносферу. Земная кора вместе с твердой частью слоя Гутенберга образует единый жесткий слой, лежащий на астеносфере, который называется литосферой.
Ниже слоя Гутенберга залегает слой Голицина. Который иногда называют средней мантией.
Нижняя мантия имеет значительную мощность, почти 2 тыс км, и состоит из двух слоев.
Ядро Земли. Центральная геосфра Земли занимает около17% ее объема и составляет 34% е массы. В разрезе ядра выделяют две границы - на глубинах 4980 и 5120 км. В связи с чем оно подразделяется на три элемента:
Внешнее ядро - от поверхности Вихерта - Гутенберга до 4980 км. Это вещество, находящееся высоких давлений и температур, не является жидкостью в обычном понимании. Но обладает некоторыми ее свойствами.
Переходная оболочка - в интерваде 4980-5120 км.
Субъядро - ниже 5120 км. Возможно, находится в твердом состоянии.
Химический состав Земли схож с составом других планет земной группы <#"justify">·литосфера (кора и самая верхняя часть мантии)
·гидросфера (жидкая оболочка)
·атмосфера (газовая оболочка)
Водой покрыто около 71% поверхности Земли, средняя её глубина примерно 4 км.
Атмосфера Земли: более чем на 3/4 - азот (N2); примерно на 1/5 - кислород (О2). Облака, состоящие из мельчайших капелек воды, закрывают примерно 50% поверхности планеты. Атмосферу нашей планеты, как и её недра, можно разделить на несколько слоёв. ·Самый нижний и плотный слой называется тропосферой. Здесь находятся облака.
·Метеоры зажигаются в мезосфере.
·Полярные сияния и множество орбит искусственных спутников - обитатели термосферы. Там же парят призрачные серебристые облака.
Гипотезы происхождения Земли. Первые космогонитические гипотезы
Научный подход к вопросу о происхождении Земли и Солнечной системы стал возможен после укрепления в науке мысли о материальном единстве во Вселенной. Возникает наука о происхождении и развитии небесных тел - космогония. Первые попытки дать научное обоснование вопросу о происхождении и развитии Солнечной системы были сделаны 200 лет назад. Все гипотезы о происхождении Земли можно разбить на две основные группы: небулярные (лат. «небула» - туман, газ) и катастрофические. В основе первой группы лежит принцип образования планет из газа, из пылевых туманностей. В основе второй группы - различные катастрофические явления (столкновение небесных тел, близкое прохождение друг от друга звезд и т.д.). Одна из первых гипотез была высказана в 1745 году французским естествоиспытателем Ж.Бюффоном. Согласно этой гипотезе, наша планета образовалась в результате остывания одного из сгустков солнечного вещества, выброшенного Солнцем при катастрофическом столкновении его с крупной кометой. Мысль Ж.Бюффона об образовании Земли (и других планет) из плазмы была использована в целой серии более поздних и более совершенных гипотез «горячего» происхождения нашей планеты.
Небулярные теории. Гипотеза Канта и Лапласа
Среди них, безусловно, ведущее место занимает гипотеза, разработанная немецким философом И.Кантом (1755). Независимо от него другой ученый - француский математик и астроном П. Лаплас - пришел к тем же выводам, но разработал гипотезу более глубоко (1797). Обе гипотезы сходны между собой по существу и часто рассматриваются как одна, а авторов ее считают основоположниками научной космогонии. Гипотеза Канта - Лапласа относится к группе небулярных гипотез. Согласно их концепции, на месте Солнечной системы располагалась ранее огромная газо-пылевая туманность (пылевая туманность из твердых частиц, по мнению И. Канта; газовая - по предположению П.Лапласа). Туманность была раскаленной и вращалась. Под действием законов тяготения материя ее постепенно уплотнялась, сплющивалась, образуя в центре ядро. Так образовалось первичное солнце. Дальнейшее охлаждение и уплотнение туманности привелок увеличению угловой скорости вращения, вследствие чего на экваторе произошло отделение наружной части туманности от основной массы в виде колец, вращающихся в экваториальной плоскости: их образовалось несколько. В качестве примера Лаплас приводил кольца Сатурна. Неравномерно охлаждаясь, кольца разрывались, и вследствие притяжения между частицами происходило образование планет, обращающихся вокруг Слнца. Остывающие планеты покрывались твердой коркой, на поверхности которой стали развиваться геологические процессы. И.Кант и П.Лаплас верно подметили основные и характерные черты строения Солнечной системы: ) подавляющая часть массы (99,86%) системы сосредоточена в Солнце; ) планеты обращаются почти по круговым орбитам и почти в одной и той же плоскости; ) все планеты и почти все их спутники вращаются в одну и ту же сторону, все планеты вращаются вокруг своей оси в ту же сторону. Значительной заслугой И.Канта и П. Лапласа явилось создание гипотезы, в основу которой была положена идея развития материи. Оба ученых считали, что туманность обладала вращательным движением, вследствие чего произошло уплотнение частиц и образование планет и Солнца. Они полагали, что движение неотделимо от материи и так же вечно,как и сама материя. Гипотеза Канта-Лапласа существовала в течене почти двух сотен лет. Впоследствии была доказана ее несостоятельность. Так, стало известно, что спутники некоторых планет, например Урана и Юпитера, вращаются в ином направлении, чем сами планеты. По данным современной физики, газ, отделившийся от центрального тела, должен рассеятьсяи не может сформироваться в газовые кольца, а позднее - в планеты. Другими существенными недостатками гипотезы Канта и Лапласа являются следующие: Известно, что момент количества движения во вращающемся теле всегда остается постоянным и распределяется равномерно по всему телу пропорционально массе, расстоянию и угловой скорости соответствующей части тела. Этот закон распространяется и на туманность, из которой сформировались Солнце и планеты. В Солнечной системе количество движения не соответствует закону распределения количества движения в массе, возникшей из одного тела. В планета Солнечной системы сосредоточено 98% момента количества движения системы, а Солнце имеет только 2%, в то время как на долю Солнца приходится 99,86% всей массы Солнечной системы. Если сложить моменты вращения Солнца и других планет, то при расчетах окажется, что первичное Солнце вращалось с той же скоростью, с какой сейчас вращается Юпитер. В связи с этим Солнце должно было обладать тем же сжатием, что и Юпитер. А этого, как показывают расчеты, недостаточно, чтобы вызвать дробление вращающегося Солнца, которое, как считали Кант и Лаплас, распалось вследствие избытка вращения. В настоящее время доказано, что звезда, обладающая избытком вращения, распадается на части, а не образует семейство планет. Примером могут служить спектрально-двойные и кратные системы. Катастрофические теории. Гипотеза Джинса земля космогонический концентрический происхождение После гипотезы Канта-Лапласа в космогонии было создано еще несколько гипотез образования Солнечной системы. Появляются так называемые катострофические, в основе которых лежит элемент случайности, элемент счастливого стечения обстоятельств: В отличии от Канта и Лапласа, которые «позаимствовали» у Ж.Бюффона лишь идею «горячего» возникновения Земли, последователи этого течения развивали еще и саму гипотезу катасттрофизма. Бюффон полагал, Земля и планеты образовались за счет столкновения Солнца с кометой; Чемберлен и Мультон - образование планет связано с приливным воздействием проходящей мимо Солнца другой звезды. В качестве примера гипотезы катострофического направления рассмотрим концепцию английского астронома Джинса (1919г.). В основу его гипотезы положена возможность прохождения вблизи Солнца другой звезды. Под действием ее притяжения из Солнца вырвалась струя газа, которая при дальнейшей эволюции превратилась в планеты Солнечной системы. Газовая струя по своей форме напоминала сигару. В центральной части этого вращающегося вокруг Солнца тела образовались крупные планеты - Юпитер и Сатурн, а в концах «сигары» - планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плутон. Джинс полагал, что прохождение звезды мимо Солнца, обусловившее образование планет Солнечной системы, позволяет объяснить несоответствие в распределении массы и момента количества движения в Солнечной системе. Звезда, вырвавшая газовую струю из Солнца, придала вращающейся «сигаре» избыток момента количества движения. Таким образом устранялся один из основных недостатков гипотезы Канта-Лапласа. В 1943 г. русский астроном Н.И.Парийский вычислил, что при большой скорости звезды, проходившей мимо Солнца, газовый протуберанец должен был уйти вместе со звездой. При малой скорости звезды газовая струя должна была упасть на Солнце. Только в случае строго определенной скорости звезды газовый протуберанец мог бы стать спутником Солнца. В этом случае его орбита должна быть в 7 раз меньше орбиты самой близкой к Солнцу планеты - Меркурия. Таким образом, гипотеза Джинса, так же как и гипотеза Канта-Лапласа, не смогла дать верного объяснения непропорциональному распределению момента количества движения в Солнечной системе Кроме того, расчеты показали, что сближение звезд в мировом пространстве практически исключено, и даже если бы это произошло, проходящая звезда не могла бы придать планетам движение по круговым орбитам.
Современные гипотезы
Принципиально новая идея заложена в гипотезах «холодного» происхождения Земли. Наиболее глубоко разработана метеоритная гипотеза, предложенная советским ученым О.Ю.Шмидтом в 1944 году. Из других гипотез «холодного» происхождения следует назвать гипотезы К.Вейцзекера (1944 г.) и Дж.Койпера (1951г.), во многом близкие к теории О.Ю.Шмидта, Ф. Фойл (Англия), А. Камерон (США) и Э. Шацман (Франция). Наиболее популярными являются гипотезы о происхождении Солнечной системы, созданные О.Ю. Шмидтом и В.Г.Фесенковым. Оба ученых при разработке своих гипотез исходили из представлений о единстве материи во Вселенной, о непрерывном движении и эволюции материи, являющихся ее основными свойствами, о разнообразии мира, обусловленного различными формами существования материи. Гипотеза О.Ю. Шмидта
Согласно концепции О.Ю.Шмидта, Солнечная система образовалась из скопления межзвездной материи, захваченной Солнцем в процессе движения в мировом пространстве. Солнце движется вокруг центра Галактики, совершая полный оборот за 180 млн.лет. Среди звезд Галактики имеются большие скопления газово-пылевых туманностей.Исходя из этого, О.Ю.Шмидт полагал, что Солнце при движении вступило в одно из таких облаков и захватило его с собой. Вращение облака в сильном гравитационном поле Солнца привело к сложному перераспределению метеоритных частиц по массе, плотности и размерам, в результате чего часть метеоритов, центробежная сила которых оказалась слабее силы тяготения, была поглощена Солнце. Шмидт полагал, что первоначальное облако межзвездной материи обладало некоторым вращением, в противном случае его частицы выпали бы на Солнце. Облако превращалось в плоский уплотненный вращающийся диск, в котором вследствие увеличения взаимного притяжения частиц происходило сгущение. Образовавшиеся сгущения-тела росли за счет присоединяющихся к ним мелких частиц, как снежный ком. В процессе обращения облака, при сталкивании частиц началось их слипание, образование более крупных по массе агрегатов и присоединение к ним - аккреция более мелких частиц, попадающих в сферу их гравитационного влияния. Таким путем образовались планеты и обращающиеся вокруг них спутники. Планеты стали вращаться по круговым орбитам вследствие усреднения орбит малых частиц. Земля, по мнению О.Ю.Шмидта, также образовалась из роя холодных твердых частиц. Постепенное разогревание недр Земли произошло за счет энергетики радиоактивного распада, что привело к выделению воды и газа, входивших в небольших количествах в состав твердых частиц. В результате возникли океаны и атмосфера, обусловившие появление жизни на Земле. О.Ю.Шмидт, а позднее его ученики дали серьезное физико-математическое обоснование метеоритной модели формирования планет Солнечной системы. Современная метеоритная гипотеза объясняет не только особенности движения планет(форму орбит, разные направления вращения и др.), но и фактически наблюдаемое распределение их по массе и плотности, а также соотношение планетарных моментов количества движения с солнечным. Ученый считал, что имеющиеся несоответствия в распределении моментов количества движения Солнца и планет объясняются разными первоначальными моментами количества движения Солнца и газово-пылевой туманности. Шмидт расчитал и математически обосновал расстояния планет от Солнца и между собойи выяснил причины образования крупных и мелких планет в разных частях Солнечной системы и разницу в их составе. Посредством расчетов обоснованы причины вращательного движения планет в одну сторону. Недостатком гипотезы является рассмотрение вопроса о происхождении планет изолированно от образования Солнца - определяющего члена системы. Концепция не лишена элемента случайности: захвата Солнцем межзвездной материи. Действительно, возможность захвата Солнцем лостаточно крупного метеоритного облака очень мала. Более того, по рассчетам, такой захват возможен только при гравитационном содействии дркгой, близко находящейся звезды. Вероятность сочетания таких условий настолько незначительна, что это делает возможность захвата Солнцем межзвездного вещества событием исключительным.
Гипотеза В.Г. Фесенкова
Работы астронома В.А.Амбарцумяна, доказавшего непрерывность образования звезд в результате конденсации вещества из разряженных газово-пылевых туманностей, позволили академику В.Г.Фесенкову выдвинуть новую гипотезу (1960 г.),связывающюю происхождение Солнечной системы с общими закономерностями формирования материи в космическом пространстве. Фесенков полагал, что процесс образования планет широко распространен во Вселенной, где имеется много планетных систем. По его мнению, формирование планет связано с образованием новых звезд, возникающих в результате сгущения первоначально разреженного вещества в пределах одной из гигантских туманностей («глобул»). Эти туманности представляли собой весьма разреженную материю (плотностью порядка 10 г/см) и состояли из водорода, гелия и небольшого количества тяжелых металлов. Сначала в ядре «глобулы» сформировалось Солнце, которое было более горячей, массивной и быстро вращающейся звездой, чем в настоящее время. Эволюция Солнца сопровождалась неоднократными выбросами материи в протопланетное облако, в результате чегооно потеряло часть массы и передалообразующимся планетам значительную долю своего момента количества движения. Расчеты показывают, что при нестационарных выбросах материи из недр Солнца могло сложиться фактически наблюдаемое соотношение моментов количества движения Солнца и протопланетного облака(а следовательно и планет).Одновременное образование Солнца и планет доказывается одинаковым возрастом Земли и Солнца. В результате уплотнения газово-пылевого облака сформировалось звездообразное сгущение. Под влиянием быстрого вращения туманности значительная часть газово-пылевой материи все больше удалялась от центра туманности по плоскости экватора, образуя нечто вроде диска. Постепенно уплотнение газово-пылевой туманности обусловило формирование планетных сгущений, образовавших впоследствии современные планеты Солнечной системы. В отличие от Шмидта Фесенков полагает, что газово-пылевая туманность находилась в раскаленном состоянии. Большой его заслугой является обоснование закона планетных расстояний в зависимости от плотности среды. В.Г.Фесенков математически обосновал причины устойчивости момента количества движенияв Солнечной системе потерей вещества Солнца при выборе материи, вследствие чего произошло замедление его вращения. В.Г.Фесенков приводит также доводы в пользу обратного движения некоторых спутников Юпитера и Сатурна, объясняя это захватом планетами астероидов. Большую роль Фесенков придавал процессам радиоактивного распада изотопов К, U, Th и других, содержание которых тогда было значительно выше. К настоящему времени теоритически рассчитан ряд вариантов радитогенного разогрева недр, наиболее детальный из которых предложен Е.А.Любимовой (1958г.). В соответствии с этими расчетами через один миллиард лет температура недр Земли на глубине нескольких сот километров достиглатемпературы плавления железа. К этому времени, по-видимому, относится начало образования ядра Земли, представленного опустившимися к ее центру металлами - железом и никелем. Позже, при дальнейшем повышении температуры, из мантии началось выплавление наиболее легкоплавких силикатов, которые в следствии небольшой плотности поднимались вверх. Этот процесс, теоритически и экспериментально изученный А.П.Виноградовым, объясняет образование земной коры. Также нужно отметить две гипотезы, развившиеся к концу 20 века. Они рассматривали развитие Земли, не затрагивая развитие Солнечной системы в целом. Земля была целиком расплавлена и в процессе истощения внутренних тепловых ресурсов (радилактивных элементов) постепенно стала остывать. В верхней части образовалась твердая корка. И при уменьшении объема остывшей планеты эта корка ломалась, и формировались складки и другие формы рельефа. Полного плавления вещества на Земле не было. В относительно рыхлой протопланете формировались локальные очаги плавления (этот термин ввел академик Виноградов) на глубине около 100 км. Постепенно количество радиоактивных элементов уменьшалось, и температура ЛОП снижалась. Из магмы кристализовывались и выпадали на дно первые высокотемпературные минералы. Химический состав этих минералов отличался от состава магмы. Из магмы извлекались тяжелые элементы. И остаточный расплав относительно обогащался легкими. После 1 фазы и дальнейшего понижения температуры из раствора кристализовывалась следующая фаза минералов, также содержащая больше тяжелых элементов. Так происходило постепенное остывание и кристализация ЛОПов. Из первоначального ультраосновного состава магмы образовалась магма основного бальзатового состава. В верхней части ЛОПа образовывалась флюидная шапка (газово-жидкая). Бальзатовая магма обладала подвижностью и текучестью. Она прорвалась из ЛОПов и излилась на поверхность планеты, сформировав первую жесткую базальтовую корку. Флюидная шапка также прорвалась на поверхность и, смешавшись с остатками превичных газов, сформировала первую атмосферу планеты. В составе первичной атмосферы были окислы азота. Н, Не, инертные газы, СО, СО, НS, HCl, HF, CH, пары воды. Свободного кислорода почти не было. Температура поверхности Земли была около 100 С, жидкой фазы не было. Внутренность довольно рыхлой протопланеты имела температуру близкую к температуре плавления. В этих условиях интенсивно протекалм процессы тепломассопереноса внутри Земли. Они происходили ввиде тепловых конвекционных потоков (ТКП). Особенно важны ТКП, возникающие в поверхностных слоях. Там развивались ячеистые тепловые структуры, которые временами перестраивались в одноячеистую структуру. Восходящие ТКП передавали импульс движения на поверхность планеты (бальзатовая корка), и на ней создавалась зона растяжения. В результате растяжения в зоне подъема ТКП образуется мощный протяженный разлом длиной от 100 до 1000 км. Их назвали рифтовые разломы. Температура поверхности планеты и ее атмосфера остывает ниже 100 С. Из первичной атмосферы конденсируется вода и формируется первичная гидросфера. Ландшафт Земли представляет собой мелководный океан с глубиной до 10 м, с отдельными вулканическими псевдоостровами, обнажающимися во время отливов. Постоянной суши не было. При дальнейшем понижении температуры ЛОП полностью раскристализовывались и превращались в жесткие кристаллические ядра в недрах довольно рыхлой планеты. Поверхностный покров планеиы подвергался разрушению со стороны агрессивных атмо- и гидросферы. В результате всех этих процессов происходило образование магматических, осадочных и метаморфических пород. Таким образом, гипотезы о происхождении нашей планеты объясняют современные данные о ее строении и положении в Солнечной системе. И освоение космоса, запуски спутников и космических ракет дают много новых фактов для практической проверки гипотез и дальнейшего совершенствования.
Литература
1. Вопросы космогонии, М., 1952-64 2. Шмидт О. Ю., Четыре лекции о теории происхождения Земли, 3 изд., М., 1957; Левин Б. Ю. Происхождение Земли. «Изв. АН СССР Физика Земли», 1972, № 7; Сафронов В. С., Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет, М., 1969; . Каплан С. А., Физика звезд, 2 изд., М., 1970; Проблемы современной космогонии, под ред. В. А. Амбарцумяна, 2 изд., М., 1972. Аркадий Леокум, Москва, «Джулия», 1992 г.
Вопрос происхождения Земли, планет и Солнечной системы в целом волновал людей еще с глубокой древности. Мифы о происхождении Земли прослеживаются у многих древних народов. Китайцы, египтяне, шумеры, греки имели свое представление о формировании мира. В начале нашей эры их наивные представления заменили религиозные догматы, не терпящие возражений. В средневековой Европе попытки поиска истины иногда заканчивались костром инквизиции. Первые научные объяснения проблемы относятся только к XVIII в. Даже сейчас нет единой гипотезы происхождения Земли, что дает простор для новых открытий и пищу для пытливого ума.
Мифология древних
Человек - существо пытливое. Издревле люди отличались от животных не только желанием выжить в суровом диком мире, но и попыткой понять его. Признавая тотальное превосходство сил природы над собой, люди стали обожествлять происходящие процессы. Чаще всего именно небожителям приписывается заслуга сотворения мира.
Мифы о происхождении Земли в разных уголках планеты значительно отличались друг от друга. По представлениям древних египтян, она вылупилась из священного яйца, слепленного богом Хнумом из обычной глины. Согласно верованиям островных народов, землю выудили боги из океана.
Теория хаоса
Ближе всех к научной теории подошли древние греки. По их понятиям, рождение Земли произошло из первородного Хаоса, наполненного смесью из воды, земли, огня и воздуха. Это стыкуется с научными постулатами теории происхождения Земли. Гремучая смесь элементов хаотично вращалась, заполняя все сущее. Но в какой-то момент из недр первородного Хаоса родилась Земля - богиня Гея, и ее вечный спутник, Небо, - бог Уран. Совместными усилиями они наполнили безжизненные просторы разнообразием жизни.
Похожий миф сформировался и в Китае. Хаос Хунь-тунь, наполненный пятью элементами - деревом, металлом, землей, огнем и водой - кружил в форме яйца по безграничной Вселенной, пока в нем не зародился бог Пань-Гу. Пробудившись, он обнаружил вокруг себя лишь безжизненную тьму. И этот факт его сильно опечалил. Собравшись с силами, божество Пань-Гу разломило скорлупу яйца-хаоса, высвободив два начала: Инь и Ян. Тяжелый Инь опустился вниз, сформировав землю, светлый и легкий Ян взмыл ввысь, образовав небо.
Классовая теория формирования Земли
Происхождение планет, и в частности Земли, современными учеными достаточно изучено. Но есть ряд принципиальных вопросов (например, откуда взялась вода), вызывающих жаркие споры. Поэтому наука о Вселенной развивается, каждое новое открытие становится кирпичиком в фундаменте гипотезы происхождения Земли.
Знаменитый советский ученый больше известный по полярным исследованиям, сгруппировал все предложенные гипотезы и объединил их в три класса. К первому относятся теории, исходящие из постулата об образовании Солнца, планет, лун и комет из единого материала (туманности). Это известные гипотезы Войткевича, Лапласа, Канта, Фесенкова, недавно переработанные Рудником, Соботовичем и другими учеными.
Второй класс объединяет представления, согласно которым планеты формировались непосредственно из вещества Солнца. Это гипотезы происхождения Земли ученых Джинса, Джеффриса, Мультона и Чемберлина, Бюффона и других.
И, наконец, к третьему классу относятся теории, не объединяющие Солнце и планеты общностью происхождения. Наиболее известна гипотеза Шмидта. Остановимся на характеристике каждого класса.
Гипотеза Канта
В 1755 году немецкий философ Кант происхождение Земли кратко описал следующим образом: первоначальная Вселенная состояла из неподвижных пылевидных частиц различной плотности. Силы гравитации привели их движение. Происходило налипание их друг на друга (эффект аккреции), в конечном итоге приведшее к образованию центрального раскаленного сгустка - Солнца. Дальнейшие столкновения частиц привели к вращению Солнца, а вместе с ним и пылевого облака.
В последнем постепенно образовывались отдельные сгустки вещества - зародыши будущих планет, вокруг которых по подобной схеме сформировались спутники. Образованная таким путем Земля в начале своего существования представлялась холодной.
Концепция Лапласа
Французский астроном и математик П. Лаплас предложил несколько отличный вариант, объясняющий происхождение планеты Земля и других планет. Солнечная система, по его мнению, образовалась из раскаленной газовой туманности со сгустком частиц в центре. Она вращалась и сжималась под действием всемирного тяготения. При дальнейшем охлаждении скорость вращения туманности росла, по периферии от нее отслаивались кольца, которые распадались на прообразы будущих планет. Последние на начальной стадии представляли собой раскаленные газовые шары, которые постепенно охлаждались и затвердевали.
Недостаток гипотез Канта и Лапласа
Гипотезы Канта и Лапласа, объясняющие происхождение планеты Земля, были господствующими в космогонии вплоть до начала ХХ века. И сыграли прогрессивную роль, служа основой естественным наукам, в особенности геологии. Главным недостатком гипотезы является неспособность объяснить распределение внутри Солнечной системы момента количества движения (МКР).
МКР определяется как произведение массы тела на расстояние от центра системы и скорость его вращения. Действительно, исходя из факта, что Солнце обладает более чем 90% всей массы системы, оно должно иметь и высокий МКР. На самом же деле Солнце имеет лишь 2% общего МКР, планеты же, особенно гиганты, наделены остальными 98%.
Теория Фесенкова
Указанное противоречие в 1960 попытался объяснить советский ученый Фесенков. Согласно его версии происхождения Земли, Солнце с планетами образовались в результате уплотнения гигантской туманности - «глобулы». Туманность обладала очень разреженной материей, составленной в основном из водорода, гелия и небольшого количества тяжелых элементов. Под действием силы гравитации в центральной части глобулы возникло звездообразное сгущение - Солнце. Оно быстро вращалось. В результате вещества в окружающую его газово-пылевую среду время от времени осуществлялись выбросы материи. Это приводило к потере Солнцем своей массы и передаче создаваемым планетам значительной части МКР. Формирование планет проходило путем аккреции вещества туманности.
Теории Мультона и Чемберлина
Американские исследователи астроном Мультон и геолог Чемберлин предложили схожие гипотезы происхождения Земли и Солнечной системы, согласно которым планеты образовались из вещества газовых веток спиралей, «вытянутых» из Солнца неизвестной звездой, которая прошла на достаточно близком расстоянии от него.
Учеными было введено в космогонию понятие «планетезималь» - это сгустки, сконденсированные из газов первоначального вещества, которые стали эмбрионами планет и астероидов.
Суждения Джинса
Английский астрофизик Д. Джинс (1919) предположил, что при сближении с Солнцем другой звездой с последней оторвался сигарообразный выступ, который в дальнейшем распался на отдельные сгустки. Причем из средней утолщенной части «сигары» образовались крупные планеты, а по ее краям - мелкие.
Гипотеза Шмидта
В вопросах теории происхождения Земли оригинальную точку зрения в 1944 году высказал Шмидт. Это так называемая метеоритная гипотеза, впоследствии физико-математически обоснованная учениками известного ученого. Кстати, в гипотезе проблема образования Солнца не рассматривается.
Согласно теории, Солнце на одной из стадий своего развития захватило (притянуло к себе) холодное газово-пылевое метеоритное облако. До этого оно владело очень малым МКР, облако же вращалось со значительной скоростью. В сильном Солнца началась дифференциация метеоритного облака по массе, плотности и размерам. Часть метеоритного материала попала на светило, другая, в результате процессов аккреции, образовывала сгустки-зародыши планет и их спутников.
В этой гипотезе происхождение и развитие Земли зависимо от воздействия «солнечного ветра» - давления солнечного излучения, которое отталкивало легкие газовые компоненты на периферию Солнечной системы. Образованная таким образом Земля была холодным телом. Дальнейший разогрев связывается с радиогенным теплом, гравитационной дифференциацией и другими источниками внутренней энергии планеты. Большим недостатком гипотезы исследователи считают очень низкую вероятность захвата Солнцем подобного метеоритного облака.
Предположения Рудника и Соботовича
История происхождения Земли до сих пор волнует ученых. Относительно недавно (в 1984 году) В. Рудник и Е. Соботович представили собственную версию происхождения планет и Солнца. Согласно их представлениям, инициатором процессов в газово-пылевой туманности мог послужить близкий взрыв сверхновой звезды. Дальнейшие события, по мнению исследователей, выглядели так:
- Под действием взрыва началось сжатие туманности и образование центрального сгустка - Солнца.
- От формирующегося Солнца МРК передавался планетам электромагнитным или турбулентно-конвективным путем.
- Стали образовываться гигантские кольца, напоминающие кольца Сатурна.
- В результате аккреции материала колец сначала появились планетезимали, впоследствии сформировавшиеся в современные планеты.
Вся эволюция проходила очень быстро - на протяжении около 600 млн лет.
Формирование состава Земли
Существует разное понимание последовательности формирования внутренних частей нашей планеты. Согласно одной из них, протоземля представляла собой неотсортированный конгломерат железо-силикатного вещества. В дальнейшем в результате гравитации произошло разделение на железное ядро и силикатную мантию - явление гомогенной аккреции. Сторонники гетерогенной аккреции считают, что сначала аккумулировалось тугоплавковое железное ядро, затем на него налипали более легкоплавкие силикатные частицы.
В зависимости от решения этого вопроса речь может идти и о степени первоначального разогрева Земли. Действительно, сразу же после своего образования планета начала разогреваться вследствие совместных действий нескольких факторов:
- Бомбардировка ее поверхности планетезималями, что сопровождалось выделением тепла.
- изотопов, в том числе короткоживущих изотопов алюминия, йода, плутония и др.
- Гравитационная дифференциация недр (если принять гомогенную аккрецию).
По мнению ряда исследователей, на этой ранней стадии формирования планеты внешние части могли находиться в состоянии, близком к расплаву. На фото планета Земля выглядела бы раскаленным шаром.
Контракционная теория образования материков
Одной из первых гипотез происхождения материков была контракционная, по которой горообразование связывалось с остыванием Земли и сокращением ее радиуса. Именно она служила фундаментом ранних геологических исследований. На ее основании австрийский геолог Е. Зюсс синтезировал все существующие на то время знания о структуре земной коры в монографии «Лик Земли». Но уже в конце XIX в. появились данные, свидетельствующие, что в одной части земной коры происходит сжатие, в другой - растяжение. Окончательно рухнула контракционная теория после открытия радиоактивности и наличия в коре Земли больших запасов радиоактивных элементов.
Дрейф материков
В начале ХХ в. зарождается гипотеза дрейфа материков. Ученые давно заметили сходство береговых линий Южной Америки и и Аравийского полуострова, Африки и Индостана и др. Первым сопоставил данные Пиллигрини (1858 г.), позднее Биханов. Сама идея дрейфа материков была сформулирована американскими геологами Тейлором и Бейкером (1910) и немецким метеорологом и геофизиком Вегенером (1912). Последний обосновал эту гипотезу в своей монографии «Происхождение материков и океанов», которая вышла в свет в 1915 году. Аргументы, которые приводились в защиту этой гипотезы:
- Сходство очертаний материков по обе стороны Атлантики, а также материков, окаймляющих Индийский океан.
- Сходство строения на смежных материках позднепалеозойских и раннемезозойских пород.
- Окаменелые останки животных и растений, которые свидетельствуют, что древняя флора и фауна южных материков образовывала единую группировку: особенно об этом свидетельствуют окаменевшие останки динозавров рода листрозавров, найденные в Африке, Индии и Антарктиде.
- Палеоклиматические данные: например, наличие следов позднепалеозойского покровного оледенения.
Формирование земной коры
Происхождение и развитие Земли неразрывно связано с горообразованием. А. Вегенер утверждал, что материки, состоящие из достаточно легких минеральных масс, как бы плавают на подстилающем их тяжелом пластическом веществе базальтового ложа. Предполагается, что вначале тонкий слой гранитного материала якобы покрывал всю Землю. Постепенно целостность его была нарушена приливными силами притяжения Луны и Солнца, воздействующими на поверхность планеты с востока на запад, а также центробежными силами от вращения Земли, воздействующими от полюсов к экватору.
Из гранита (предположительно) состоял единый суперматерик Пангея. Он просуществовал до середины и распался в юрском периоде. Сторонником этой гипотезы происхождения Земли был ученый Штауб. Затем возникло объединение материков северного полушария - Лавразия, и объединение материков южного полушария - Гондвана. Между ними оказались зажаты породы дна Тихого океана. Под материками залегало море магмы, по которому они двигались. Лавразия и Гондвана ритмично перемещались то к экватору, то к полюсам. При смещении к экватору суперматерики фронтально сжимались, при этом флангами надавливая на тихоокеанскую массу. Эти геологические процессы многие считают основными факторами образования крупных горных массивов. Движение к экватору происходило трижды: во время каледонского, герцинского и альпийского горообразования.
Вывод
На тему формирования Солнечной системы выпущено много научно-популярной литературы, детских книг, специализированных публикаций. Происхождение Земли для детей в доступной форме изложено в школьных учебниках. Но если взять литературу 50-летней давности, видно, что на некоторые проблемы современные ученые смотрят уже по-другому. Космология, геология и смежные науки не стоят на месте. Благодаря покорению околоземного пространства люди уже знают, какой видится на фото планета Земля из космоса. Новое знание формирует новое представление о законах Вселенной.
Очевидно, что для создания из первородного хаоса Земли, планет и Солнца были задействованы могучие силы природы. Неудивительно, что древние предки сопоставляли их со свершениями Богов. Даже образно невозможно представить происхождение Земли, картинки реальности наверняка превзошли бы самые смелые фантазии. Но по крупицам знаний, собираемым учеными, постепенно выстраивается целостная картина окружающего мира.
История планеты Земля, как и человеческая жизнь, наполнена различными важными событиями и этапами развития, произошедшими с момента ее рождения. До того как появилась планета Земля и все остальные небесные тела: планеты и звезды в космосе летали облака пыли. Голубая планета, также как и остальные объекты солнечной системы, включая Солнце, как предполагают ученые, сформировалась при уплотнении облака межзвездной пыли.
Земля была сформирована где-то через 10 млн. лет после того, как начала уплотняться межзвездная пыль. Выделяемое тепло сформировало небесное тело из расплавленного вещества. После того как появилась планета Земля. Дифференциация слоев составляющих ее привела к появлению внутреннего ядра из обернутых мантией тяжелых элементов, скопление на поверхности легких элементов стало причиной образования прото-коры. В это же время, появилась и Луна, возможно, из-за сильного столкновения между Землей и огромным астероидом.
Со временем планета охлаждалась, на ней появилась затвердевшая оболочка - кора, и впоследствии первые материки. С того момента как появилась планета Земля, она постоянно подвергалась бомбардировке метеоритами и ледяными кометами, в итоге на поверхности скопилось достаточно воды, для образования морей и океанов. Благодаря сильной вулканической активности и пару появилась атмосфера, в которой практически отсутствовал кислород. За всю историю планеты Земля материки непрестанно плавали на расплавленной мантии, то соединяясь то, разъединяясь, это повторялось множество раз на протяжении 4,5 млрд. лет.
Сложные химические реакции стали причиной появления органических молекул, взаимодействующих между собой, появлялись все более сложные молекулярные структуры. В итоге это привело к появлению молекул, способных к самокопированию. Это были первые шаги Жизни на Земле. Живые организмы развивались, появились бактерии, затем многоклеточные организмы. В процессе жизнедеятельности этих организмов изменился состав атмосферы. Появился кислород, что привело к развитию защитного слоя озона.
Жизнь развилась в многочисленных формах, количество видов на Земле поражает своим разнообразием. Изменение условий среды за всю историю планеты привело к возникновению новых видов, многие из которых вымерли впоследствии, другие смогли приспособиться к новой среде и создали современную биосферу.
Около 6 млн. лет назад, после миллиардов лет после того как появилась Земля, ветвь эволюционной дифференциации приматов привела к появлению людей. Возможность передвигаться на задних лапах, сильное увеличение размеров мозга и развитие речи являлись главными факторами. Сначала человек научился добывать огонь, затем добился успехов в развитии сельского хозяйства. Это привело к улучшению жизни, что привело к формированию общин и после цивилизаций, с разными культурными и религиозными признаками. Благодаря своим достижениям в разных сферах: науке, политике, письме, транспорте и коммуникациях, люди стали преобладающим видом на Земле. Уже не Земля формирует жизненные формы, человек меняет окружающую среду в процессе жизнедеятельности. Впервые история планеты Земля, твориться силами существ которые на ней обитают, и именно Мы вынуждены решать глобальные вопросы климата и другого окружения для сохранения нашей среды обитания.