Виникла близько 4600 млн років тому. З того часу її поверхня постійно змінювалася під впливом різних процесів. Земля, певне, сформувалася кілька мільйонів років після колосального вибуху у космосі. Вибух створив величезне газу та пилу. Вчені вважають, що його частинки, стикаючись один з одним, об'єдналися в гігантські згустки розпеченої речовини, які згодом перетворилися на існуючі планети.
На думку вчених, земля виникла після колосального космічного вибуху. Перші материки, ймовірно, сформувалися з розплавленої породи, що випливала на поверхню з жерл. Застигаючи, вона робила земну кору товщою. Океани могли утворитися в низинах з крапель, що у вулканічних газах. З цих газів, ймовірно, складалася і первісна .
Думають, що Земля спочатку була неймовірно гарячою, з морем розплавлених гірських порід лежить на поверхні. Приблизно 4 млрд. років тому Земля почала повільно остигати і розділилася кілька шарів (див. праворуч). Найважчі породи опустилися глибоко в надра Землі та утворили її ядро, залишаючись неймовірно гарячими. Менш щільна речовина утворила ряд шарів навколо ядра. На поверхні розплавлені породи поступово затверділи, утворивши тверду земну кору, вкриту безліччю вулканів. Розплавлена порода, вириваючись на поверхню, завмерла, утворюючи земну кору. Низькі ділянки наповнювалися водою.
Земля сьогодні
Хоча земна поверхня здається твердою та непорушною, зміни ще відбуваються. Вони викликаються різними процесами, одні з яких руйнують земну поверхню, а інші її відтворюють. Більшість змін протікає вкрай повільно та виявляється лише спеціальними приладами. Для утворення нового гірського ланцюга потрібні мільйони років, за потужним виверженням вулкана або жахливою силою землетрус можуть перетворити поверхню Землі за лічені дні, години і навіть хвилини. У 1988 р. землетрус у Вірменії, що тривав близько 20 секунд, зруйнував будівлі та вбив понад 25 000 осіб.
Будова Землі
В цілому Земля має форму кулі, трохи сплюснутої з полюсів. Вона складається з трьох основних шарів: кори, мантії та ядра. Кожен шар утворений різними типами гірських порід. На малюнку внизу зображено структуру Землі, але шари показані над масштабі. Зовнішній шар називається земною корою. Її товщина від 6 до 70 км. Під корою знаходиться верхній шар мантії, утворений твердими породами. Цей шар разом із корою називається і має товщину близько 100 км. Частина мантії, що лежить під літосферою, називається астеносферою. Вона має товщину приблизно 100 км. і, ймовірно, складається з частково розплавлених порід. мантії змінюється від 4000 ° С поблизу ядра до 1000 "С у верхній частині астеносфери. Нижня мантія, можливо, складається із твердих порід. Зовнішнє ядро складається із заліза та нікелю, мабуть, розплавлених. Температура цього шару може досягати 55СТГС. Температура суб'ядра може бути вищою за 6000'С. Воно тверде через колосальний тиск всіх інших верств. Вчені вважають, що воно складається здебільшого із заліза (докладніше про це у статті ««).
Форма, розміри та будова земної кулі
Земля має складну конфігурацію. Її форма не відповідає жодній із правильних геометричних фігур. Говорячи про форму земної кулі, вважають, що фігура Землі обмежується уявною поверхнею, що збігається з поверхнею води в Світовому океані, умовно продовженою під материками таким чином, щоб вертикальна лінія у будь-якій точці земної кулі була перпендикуляром до цієї поверхні. Таку форму називають геоїдом, тобто. формою, властивою лише Землі.
Вивчення форми Землі має досить довгу історію. Перші припущення про кулясту форму Землі належать давньогрецькому вченому Піфагору (571-497 рр. до н.е.). Однак наукові докази кулястості планети були наведені Аристотелем (384-322 рр. до н.е.), що першим пояснив природу місячних затемнень як тінь Землі.
У 18 столітті І. Ньютон (1643-1727 рр.) розрахував, що обертання Землі зумовлює відхилення її форми від точної кулі і надає їй деяку сплюстнутість біля полюсів. Причиною цього є відцентрова сила.
Визначення розмірів Землі теж давно займало уми людства. Вперше розміри планети розрахував олександрійський вчений Ератосфен Кіренський (близько 276-194 рр. до н.е.): за його даними, радіус Землі становить близько 6290 км. У 1024-1039 pp. н.е. Абу Рейхан Біруні вирахував радіус Землі, що виявився рівним 6340 км.
Вперше точне обчислення форми та розмірів геоїду було зроблено у 1940 році А.А.Ізотовим. Розрахована ним постать названа на честь відомого російського геодезиста Ф.Н.Красовського еліпсоїдом Красовського. Ці обчислення показали, що фігура Землі є тривісним еліпсоїдом і відрізняється від еліпсоїда обертання.
За даними вимірів, Земля - сплюснута з полюсів куля. Екваторіальний радіус (велика піввісь еліпсліда - а) дорівнює 6378 км 245 м, полярний радіус (мала піввісь - б) становить 6356 км 863 м. Різниця між екваторіальним і полярним радіусами дорівнює 21 км 382 м. а) становить (а-б)/а=1/298,3. У випадках, коли не потрібна велика точність, середній радіус Землі приймають рівним 6371 км.
Сучасні виміри показують, що поверхня геоїду дещо перевищує 510 млн. км, а обсяг Землі становить приблизно 1,083 млрд. км. Визначення інших характеристик Землі - маси і щільності - проводиться на підставі фундаментальних законів фізики.
Загальна будова Землі
На цей час за сейсмологічними даними Землі виділяють близько десяти кордонів розділу, які свідчать про концентричний характер її внутрішньої будови. Основними з цих кордонів є: поверхня Мохоровичіча на глибинах 30-70 км на континентах та на глибинах 5-10 км під дном океану; поверхня Віхерта – Гутенберга на глибині 2900 км. Ці основні межі ділять нашу планету на три концентричні оболонки – геосфери:
Земну кору – зовнішню оболонку Землі, розташовану над поверхнею Мохоровичіча;
Мантію Землі – проміжну оболонку, обмежену повірностями Мохоровичича та Віхерта – Гутенберга;
Ядро Землі - центральне тіло нашої планети, розташоване глибше за поверхню Віхерта - Гутенберга.
Крім основних кордонів виділяють низку другорядних поверхонь усередині геосфер.
Земна кора. Ця геосфера становить невелику частку від загальної маси Землі. За потужністю та складом виділяють три типи земної кори:
Континентальна кора характеризується максимальною потужністю, що сягає 70 км. Вона складається з магматичних, метаморфічних та осадових гірських порід, які утворюють три шари. Потужність верхнього шару (осадові) зазвичай не перевищує 10-15 км. Нижче залягає гранітно-гнейсовий шар потужністю 10-20 км. У нижній частині кори залягає бальзатовий шар потужністю до 40 км.
Океанічна кора характеризується невеликою потужністю - що знижується до 10-15 км. Вона також складається з 3 шарів. Верхній, осадовий, не перевищує кількох сотень метрів. Другий, бальзатовий, загальною потужністю 1,5-2 км. Нижній шар океанічної кори сягає потужності 3-5 км. У складі цього типу земної кори відсутня гранітно-гнейсовий шар.
Кора перехідних областей зазвичай й у периферії великих континентів, де розвинені окраїнні моря, є архіпелаги островів. Тут відбувається заміна континентальної кори на океанічну і, природно, за будовою, потужністю та щільністю порід кора перехідних областей займає проміжне місце між зазначеними вище двома типами кор.
Мантія Землі. Ця геосфера є найбільшим елементом Землі - вона займає 83% її обсягу та становить близько 66% її маси. У складі мантії виділяють ряд меж розділу, основними з яких є поверхні, що залягають на глибинах 410, 950 та 2700 км. За значеннями фізичних параметрів ця геосфера поділяється на дві субоболонки:
Верхня мантія (від Мохоровичича до глибини 950 км).
Нижня мантія (від глибини 950 км до поверхні Віхерта – Гутенберга).
Верхня мантія у свою чергу поділяється на шари. Верхній, що залягає від поверхні Мохоровичіча до глибини 410 км, називається шаром Гутенберга. Усередині цього шару виділяють жорсткий шар та астеносферу. Земна кора разом із твердою частиною шару Гутенберга утворює єдиний жорсткий шар, що лежить на астеносфері, який називається літосферою.
Нижче за шар Гутенберга залягає шар Голицина. Який іноді називають середньою мантією.
Нижня мантія має значну потужність майже 2 тис км і складається з двох шарів.
Ядро Землі. Центральна геосфра Землі займає близько 17% її обсягу і становить 34% е маси. У розрізі ядра виділяють дві межі - на глибинах 4980 та 5120 км. У зв'язку з чим воно поділяється на три елементи:
Зовнішнє ядро – від поверхні Віхерта – Гутенберга до 4980 км. Ця речовина, що знаходиться у високих тисках і температурах, не є рідиною в звичайному розумінні. Але має деякі її властивості.
Перехідна оболонка – в інтерваді 4980-5120 км.
Суб'ядро – нижче 5120 км. Можливо, у твердому стані.
Хімічний склад Землі схожий із складом інших планет земної групи<#"justify">· літосфера (кора та найвища частина мантії) · гідросфера (рідка оболонка) · атмосфера (газова оболонка) Водою вкрито близько 71% Землі, середня її глибина приблизно 4 км. Атмосфера Землі: більш ніж на 3/4 – азот (N2); приблизно на 1/5 – кисень (О2). Хмари, що складаються з дрібних крапельок води, закривають приблизно 50% поверхні планети. Атмосферу нашої планети, як і її надра, можна поділити на кілька шарів. · Найнижчий та щільний шар називається тропосферою. Тут є хмари. · Метеори запалюються у мезосфері. · Полярні сяйва та безліч орбіт штучних супутників – мешканці термосфери. Там же ширяють примарні сріблясті хмари. Гіпотези походження Землі. Перші космогонітичні гіпотези Науковий підхід до питання про походження Землі та Сонячної системи став можливим після зміцнення в науці думки про матеріальну єдність у Всесвіті. Виникає наука про походження та розвиток небесних тіл – космогонія. Перші спроби дати наукове обґрунтування питання про походження та розвиток Сонячної системи були зроблені 200 років тому. Усі гіпотези про походження Землі можна розбити на дві основні групи: небулярні (лат. «небула» – туман, газ) та катастрофічні. В основі першої групи лежить принцип утворення планет із газу, з пилових туманностей. У основі другої групи - різні катастрофічні явища (зіткнення небесних тіл, близьке проходження друг від друга зірок тощо.). Одна з перших гіпотез була висловлена в 1745 французьким натуралістом Ж.Бюффоном. Згідно з цією гіпотезою, наша планета утворилася в результаті остигання одного зі згустків сонячної речовини, викинутого Сонцем при катастрофічному зіткненні його з великою кометою. Думка Ж.Бюффона про утворення Землі (та інших планет) із плазми було використано у цілій серії пізніших і досконалих гіпотез «гарячого» походження нашої планети. Небулярні теорії. Гіпотеза Канта та Лапласа Серед них, безумовно, чільне місце займає гіпотеза, розроблена німецьким філософом І. Кантом (1755). Незалежно від нього інший вчений - французький математик і астроном П. Лаплас - дійшов тих самих висновків, але розробив гіпотезу глибше (1797). Обидві гіпотези подібні між собою сутнісно і часто розглядаються як одна, а авторів її вважають основоположниками наукової космогонії. Гіпотеза Канта – Лапласа належить до групи небулярних гіпотез. Згідно з їхньою концепцією, на місці Сонячної системи розташовувалася раніше величезна газо-пилова туманність (пилова туманність із твердих частинок, на думку І. Канта; газова - за припущенням П. Лапласа). Туманність була розпечена і оберталася. Під впливом законів тяжіння матерія її поступово ущільнювалася, сплющивалась, утворюючи у центрі ядро. Так утворилося первинне сонце. Подальше охолодження та ущільнення туманності призвело до збільшення кутової швидкості обертання, внаслідок чого на екваторі відбулося відділення зовнішньої частини туманності від основної маси у вигляді кілець, що обертаються в екваторіальній площині: їх утворилося кілька. Як приклад Лаплас наводив кільця Сатурна. Нерівномірно охолоджуючись, кільця розривалися, і внаслідок тяжіння між частинками відбувалося утворення планет, що обертаються навколо Сонця. Остигаючі планети покривалися твердою кіркою, на поверхні якої стали розвиватися геологічні процеси. І.Кант та П.Лаплас вірно помітили основні та характерні риси будови Сонячної системи: ) переважна частина маси (99,86%) системи зосереджена у Сонці; ) планети звертаються майже по круговим орбітам і майже в одній площині; ) всі планети і майже всі їх супутники обертаються в один і той самий бік, всі планети обертаються навколо своєї осі в той же бік. Значною заслугою І.Канта та П. Лапласа стало створення гіпотези, в основу якої була покладена ідея розвитку матерії. Обидва вчені вважали, що туманність мала обертальний рух, внаслідок чого відбулося ущільнення частинок і утворення планет і Сонця. Вони вважали, що рух невіддільний від матерії і так само вічно, як і сама матерія. Гіпотеза Канта-Лапласа існувала на протязі майже двох сотень років. Згодом було доведено її неспроможність. Так стало відомо, що супутники деяких планет, наприклад Урана і Юпітера, обертаються в іншому напрямку, ніж самі планети. За даними сучасної фізики, газ, що відокремився від центрального тіла, повинен розсіятися і не може сформуватися в газові кільця, а пізніше - у планети. Іншими істотними недоліками гіпотези Канта та Лапласа є такі: Відомо, що момент кількості руху в тілі, що обертається, завжди залишається постійним і розподіляється рівномірно по всьому тілу пропорційно масі, відстані і кутової швидкості відповідної частини тіла. Цей закон поширюється і туманність, з якої сформувалися Сонце і планети. У Сонячній системі кількість руху не відповідає закону розподілу кількості руху в масі, що виникла з одного тіла. У планеті Сонячної системи зосереджено 98% моменту кількості руху системи, а Сонце має лише 2%, тоді як частку Сонця припадає 99,86% всієї маси Сонячної системи. Якщо скласти моменти обертання Сонця та інших планет, то при розрахунках виявиться, що первинне Сонце оберталося з тією ж швидкістю, якою зараз обертається Юпітер. У зв'язку з цим Сонце мало володіти тим самим стиском, що і Юпітер. А цього, як показують розрахунки, недостатньо, щоб викликати дроблення Сонця, що обертається, яке, як вважали Кант і Лаплас, розпалося внаслідок надлишку обертання. В даний час доведено, що зірка, що має надлишок обертання, розпадається на частини, а не утворює сімейство планет. Прикладом можуть бути спектрально-подвійні і кратні системи. Катастрофічні теорії. Гіпотеза Джинса земля космогонічний концентричний походження Після гіпотези Канта-Лапласа у космогонії було створено ще кілька гіпотез утворення Сонячної системи. З'являються так звані катострофічні, в основі яких лежить елемент випадковості, елемент щасливого збігу обставин: На відміну від Канта і Лапласа, які «запозичили» у Ж.Бюффона лише ідею «гарячого» виникнення Землі, послідовники цієї течії розвивали ще й гіпотезу катасттрофізму. Бюффон вважав, що Земля і планети утворилися за рахунок зіткнення Сонця з кометою; Чемберлен і Мультон - освіта планет пов'язана з припливним впливом іншої зірки, що проходить повз Сонце. Як приклад гіпотези катострофічного спрямування розглянемо концепцію англійського астронома Джинса (1919 р.). В основу його гіпотези покладено можливість проходження поблизу Сонця іншої зірки. Під дією її тяжіння з Сонця вирвався струмінь газу, який за подальшої еволюції перетворився на планети Сонячної системи. Газовий струмінь за своєю формою нагадував сигару. У центральній частині тіла, що обертається навколо Сонця, утворилися великі планети - Юпітер і Сатурн, а в кінцях «сигари» - планети земної групи: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Плутон. Джинс вважав, що проходження зірки повз Сонце, що зумовило утворення планет Сонячної системи, дозволяє пояснити невідповідність у розподілі маси та моменту кількості руху у Сонячній системі. Зірка, що вирвала газовий струмінь із Сонця, надала «сигарі», що обертається, надлишок моменту кількості руху. Таким чином усувався один із основних недоліків гіпотези Канта-Лапласа. У 1943 р. російський астроном Н.І.Парійський обчислив, що при великій швидкості зірки, що проходила повз Сонце, газовий протуберанець мав піти разом із зіркою. При малій швидкості зірки газовий струмінь повинен був впасти на Сонце. Тільки у разі чітко визначеної швидкості зірки газовий протуберанець міг би стати супутником Сонця. У цьому випадку його орбіта повинна бути в 7 разів меншою за орбіту найближчої до Сонця планети - Меркурія. Таким чином, гіпотеза Джинса, як і гіпотеза Канта-Лапласа, не змогла дати вірного пояснення непропорційному розподілу моменту кількості руху на Сонячній системі Крім того, розрахунки показали, що зближення зірок у світовому просторі практично виключене, і навіть якби це сталося, зірка, що проходить, не могла б надати планетам рух по кругових орбітах. Сучасні гіпотези Принципово нова ідея закладена в гіпотезах холодного походження Землі. Найбільш глибоко розроблено метеоритну гіпотезу, запропоновану радянським ученим О.Ю.Шмідтом у 1944 році. З інших гіпотез «холодного» походження слід назвати гіпотези К. Вейцзекера (1944 р.) та Дж. Койпера (1951 р.), багато в чому близькі до теорії О. Ю. Шмідта, Ф. Фойл (Англія), А. Камерон (США) ) та Е. Шацман (Франція). Найбільш популярними є гіпотези про походження Сонячної системи, створені О.Ю. Шмідтом та В.Г.Фесенковим. Обидва вчених при розробці своїх гіпотез виходили з уявлень про єдність матерії у Всесвіті, про безперервний рух та еволюцію матерії, що є її основними властивостями, про різноманітність світу, обумовленого різними формами існування матерії. Гіпотеза О.Ю. Шмідта Відповідно до концепції О.Ю.Шмідта, Сонячна система утворилася з накопичення міжзоряної матерії, захопленої Сонцем у процесі руху у світовому просторі. Сонце рухається навколо центру Галактики, здійснюючи повний оборот за 180 млн. років. Серед зірок Галактики є великі скупчення газово-пилових туманностей. Виходячи з цього, О.Ю.Шмідт вважав, що Сонце при русі вступило в одну з таких хмар і захопило його з собою. Обертання хмари в сильному гравітаційному полі Сонця призвело до складного перерозподілу метеоритних частинок за масою, щільністю та розмірами, внаслідок чого частина метеоритів, відцентрова сила яких виявилася слабкішою від сили тяжіння, була поглинута Сонце. Шмідт вважав, що початкова хмара міжзоряної матерії мала деяке обертання, інакше його частки випали б на Сонце. Хмара перетворювалася на плоский ущільнений диск, що обертається, в якому внаслідок збільшення взаємного тяжіння частинок відбувалося згущення. Згущення-тіла, що утворилися, росли за рахунок дрібних частинок, що приєднуються до них, як снігова куля. У процесі звернення хмари, при зіштовхуванні частинок почалося їх злипання, утворення більших за масою агрегатів і приєднання до них - акреція дрібніших частинок, що потрапляють у сферу їхнього гравітаційного впливу. Таким шляхом утворилися планети і супутники, що обертаються навколо них. Планети почали обертатися круговими орбітами внаслідок усереднення орбіт малих частинок. Земля, на думку О.Ю.Шмідта, також утворилася із рою холодних твердих частинок. Поступове розігрівання надр Землі відбулося за рахунок енергетики радіоактивного розпаду, що призвело до виділення води та газу, що входили в невеликій кількості до складу твердих частинок. В результаті виникли океани та атмосфера, що зумовили появу життя на Землі. О.Ю.Шмідт, а пізніше його учні дали серйозне фізико-математичне обґрунтування метеоритної моделі формування планет Сонячної системи. Сучасна метеоритна гіпотеза пояснює як особливості руху планет(форму орбіт, різні напрями обертання та інших.), а й фактично спостерігається розподіл їх у масі і щільності, і навіть співвідношення планетарних моментів кількості руху із сонячним. Вчений вважав, що наявні невідповідності у розподілі моментів кількості руху Сонця та планет пояснюються різними початковими моментами кількості руху Сонця та газово-пилової туманності. Шмідт розрахував і математично обґрунтував відстані планет від Сонця і між собою з'ясував причини утворення великих і дрібних планет у різних частинах Сонячної системи та різницю у їхньому складі. За допомогою розрахунків обґрунтовано причини обертального руху планет в один бік. Недоліком гіпотези є розгляд питання про походження планет ізольовано від утворення Сонця – визначального члена системи. Концепція не позбавлена елемента випадковості: захоплення Сонцем міжзоряної матерії. Справді, можливість захоплення Сонцем лостаточно великої метеоритної хмари дуже мала. Більше того, за розрахунками, таке захоплення можливе лише за гравітаційного сприяння іншої, близько зірки, що знаходиться. Імовірність поєднання таких умов настільки незначна, що це робить можливість захоплення Сонцем міжзоряної речовини винятковою подією. Гіпотеза В.Г. Фесенкова Роботи астронома В.А.Амбарцумяна, що довело безперервність утворення зірок в результаті конденсації речовини з розряджених газово-пилових туманностей, дозволили академіку В.Г.Фесенкову висунути нову гіпотезу (1960 р.), що пов'язує походження Сонячної системи із загальними закономірностями. просторі. Фесенков вважав, що процес утворення планет широко поширений у Всесвіті, де є багато планетних систем. На його думку, формування планет пов'язане з утворенням нових зірок, що виникають в результаті згущення спочатку розрідженої речовини в межах однієї з гігантських туманностей (Глобул). Ці туманності були дуже розрідженою матерією (щільністю близько 10 г/см) і складалися з водню, гелію та невеликої кількості важких металів. Спочатку в ядрі «глобули» сформувалося Сонце, яке було більш гарячою, масивною зіркою, що швидко обертається, ніж в даний час. Еволюція Сонця супроводжувалася неодноразовими викидами матерії в протопланетну хмару, внаслідок чого вона втратила частину маси і передалоутворюваним планетам значну частку свого моменту кількості руху. Розрахунки показують, що з нестаціонарних викидах матерії з надр Сонця могло скластися фактично спостерігається співвідношення моментів кількості руху Сонця і протопланетного хмари (а отже і планет). Одночасне утворення Сонця і планет доводиться однаковим віком Землі та Сонця. В результаті ущільнення газово-пилової хмари сформувалося зіркоподібне згущення. Під впливом швидкого обертання туманності значна частина газово-пилової матерії дедалі більше віддалялася від центру туманності площиною екватора, утворюючи щось на зразок диска. Поступово ущільнення газово-пилової туманності зумовило формування планетних згущень, що згодом утворили сучасні планети Сонячної системи. На відміну від Шмідта Фесенков вважає, що газово-пилова туманність перебувала у розжареному стані. Великою його нагородою є обгрунтування закону планетних відстаней залежно від щільності середовища. В.Г.Фесенков математично обґрунтував причини стійкості моменту кількості руху в Сонячній системі втратою речовини Сонця при виборі матерії, внаслідок чого відбулося уповільнення його обертання. В.Г.Фесенков наводить також аргументи на користь зворотного руху деяких супутників Юпітера і Сатурна, пояснюючи це захопленням планетами астероїдів. Велику роль Фесенков надавав процесам радіоактивного розпаду ізотопів К, U, Th та інших, зміст яких тоді був значно вищим. На цей час теоретично розрахований ряд варіантів радитогенного розігріву надр, найбільш детальний у тому числі запропонований Е.А.Любимовой (1958г.). Відповідно до цих розрахунків через один мільярд років температура надр Землі на глибині кількох сотень кілометрів досягла температури плавлення заліза. До цього часу, мабуть, відноситься початок утворення ядра Землі, представленого металами, що опустилися до її центру, - залізом і нікелем. Пізніше, при подальшому підвищенні температури, з мантії почалося виплавлення найбільш легкоплавких силікатів, які через невелику щільність піднімалися вгору. Цей процес, теоретично та експериментально вивчений А.П.Виноградовим, пояснює утворення земної кори. Також слід зазначити дві гіпотези, що розвинулися до кінця 20 століття. Вони розглядали розвиток Землі, не торкаючись розвитку Сонячної системи загалом. Земля була повністю розплавлена і в процесі виснаження внутрішніх теплових ресурсів (радилактивних елементів) поступово почала остигати. У верхній частині утворилася тверда кірка. І при зменшенні обсягу охолола планети ця кірка ламалася, і формувалися складки та інші форми рельєфу. Повного плавлення речовини Землі був. У відносно пухкій протопланет формувалися локальні осередки плавлення (цей термін ввів академік Виноградів) на глибині близько 100 км. Поступово кількість радіоактивних елементів зменшувалася, і температура ЛЗП знижувалася. З магми кристалізувалися і випадали перші високотемпературні мінерали. Хімічний склад цих мінералів відрізнявся від складу магми. З магми витягувалися важкі елементи. І залишковий розплав щодо збагачувався легкими. Після 1 фази та подальшого зниження температури з розчину кристалізувалася наступна фаза мінералів, що також містить більше важких елементів. Так відбувалося поступове охолодження та кристалізація ЛОПів. З первісного ультраосновного складу магми утворилася магма основного бальзатового складу. У верхній частині Лопа утворювалася флюїдна шапка (газово-рідка). Бальзатова магма мала рухливість і плинність. Вона прорвалася з ЛОПів і вилилася на поверхню планети, сформувавши першу жорстку базальтову кірку. Флюїдна шапка також прорвалася на поверхню і, змішавшись із залишками старих газів, сформувала першу атмосферу планети. У складі первинної атмосфери були оксиди азоту. Н, Ні, інертні гази, СО, СО, НС, HCl, HF, CH, пари води. Вільного кисню майже не було. Температура Землі була близько 100 З, рідкої фази був. Нутрощі досить пухкої протопланети мали температуру близьку до температури плавлення. У цих умовах інтенсивно протікають процеси тепломасопереносу всередині Землі. Вони відбувалися через теплових конвекційних потоків (ТКП). Особливо важливими є ТКП, що виникають у поверхневих шарах. Там розвивалися ніздрюваті теплові структури, які часом перебудовувалися в однокористу структуру. Висхідні ТКП передавали імпульс руху поверхню планети (бальзатова кірка), і у ній створювалася зона розтягування. Внаслідок розтягування у зоні підйому ТКП утворюється потужний протяжний розлом довжиною від 100 до 1000 км. Їх назвали рифтові розломи. Температура поверхні планети та її атмосфера остигає нижче 100 С. З первинної атмосфери конденсується вода та формується первинна гідросфера. Ландшафт Землі є мілководним океаном з глибиною до 10 м, з окремими вулканічними псевдоостровами, що оголюються під час відливів. Постійної суші не було. При подальшому зниженні температури ЛОП повністю розкристалізовувалися і перетворювалися на жорсткі кристалічні ядра в надрах досить пухкої планети. Поверхневий покрив планії піддавався руйнуванню з боку агресивних атмо- та гідросфери. В результаті всіх цих процесів відбувалося утворення магматичних, осадових та метаморфічних порід. Таким чином, гіпотези про походження нашої планети пояснюють сучасні дані про її будову та становище у Сонячній системі. І освоєння космосу, запуски супутників та космічних ракет дають багато нових фактів для практичної перевірки гіпотез та подальшого вдосконалення. Література 1. Питання космогонії, М., 1952-64 2. Шмідт О. Ю., Чотири лекції про теорію походження Землі, 3 видавництва, М., 1957; Левін Б. Ю. Походження Землі. «Ізв. АН СРСР Фізика Землі», 1972 № 7; Сафронов Ст С., Еволюція допланетної хмари та освіта Землі та планет, М., 1969; . Каплан С. А., Фізика зірок, 2 видавництва, М., 1970; Проблеми сучасної космогонії, за ред. Ст А. Амбарцумяна, 2 видавництва, М., 1972. Аркадій Леокум, Москва, «Джулія», 1992
Питання походження Землі, планет і Сонячної системи загалом хвилювало людей ще з давніх-давен. Міфи про походження Землі простежуються у багатьох давніх народів. Китайці, єгиптяни, шумери, греки мали уявлення про формування світу. На початку нашої ери їх наївні уявлення замінили релігійні догмати, які не зазнають заперечень. У середньовічній Європі спроби пошуку істини іноді закінчувалися багаттям інквізиції. Перші наукові пояснення проблеми відносяться лише до XVIII ст. Навіть зараз немає єдиної гіпотези походження Землі, що дає простір для нових відкриттів та їжу для допитливого розуму.
Міфологія стародавніх
Людина - істота допитлива. З давніх-давен люди відрізнялися від тварин не тільки бажанням вижити в суворому дикому світі, а й спробою зрозуміти його. Визнаючи тотальну перевагу сил природи над собою, люди стали обожнювати процеси, що відбуваються. Найчастіше саме небожителям приписується заслуга створення світу.
Міфи про походження Землі у різних куточках планети значно відрізнялися одна від одної. За уявленнями стародавніх єгиптян, вона вилупилася зі священного яйця, зліпленого богом Хнумом із звичайної глини. Згідно з віруваннями острівних народів, землю вивудили боги з океану.
Теорія хаосу
Найближче до наукової теорії підійшли древні греки. За їхніми поняттями, народження Землі походить із первородного Хаосу, наповненого сумішшю з води, землі, вогню та повітря. Це стикується з науковими постулатами теорії походження Землі. Гримуча суміш елементів хаотично оберталася, заповнюючи все існуюче. Але в якийсь момент з надр первородного Хаосу народилася Земля – богиня Гея, та її вічний супутник, Небо – бог Уран. Спільними зусиллями вони наповнили неживі простори різноманітністю життя.
Схожий міф сформувався й у Китаї. Хаос Хунь-тунь, наповнений п'ятьма елементами - деревом, металом, землею, вогнем і водою - кружляв у формі яйця безмежним Всесвітом, поки в ньому не зародився бог Пань-Гу. Прокинувшись, він виявив навколо себе лише мляву темряву. І цей факт його дуже засмутив. Зібравшись із силами, божество Пань-Гу розламало шкаралупу яйця-хаосу, вивільнивши два початки: Інь та Ян. Тяжкий Інь опустився вниз, сформувавши землю, світлий і легкий Ян злетів угору, утворивши небо.
Класова теорія формування Землі
Походження планет, зокрема Землі, сучасними вченими досить вивчене. Але є низка принципових питань (наприклад, звідки взялася вода), що викликають спекотні суперечки. Тому наука про Всесвіт розвивається, кожне нове відкриття стає цеглиною у фундаменті гіпотези походження Землі.
Знаменитий радянський вчений більше відомий за полярними дослідженнями, згрупував усі запропоновані гіпотези та об'єднав їх у три класи. До першого відносяться теорії, що виходять із постулату про утворення Сонця, планет, місяців та комет з єдиного матеріалу (туманності). Це відомі гіпотези Войткевича, Лапласа, Канта, Фесенкова, нещодавно перероблені Рудником, Соботовичем та іншими вченими.
Другий клас поєднує уявлення, згідно з якими планети формувалися безпосередньо з речовини Сонця. Це гіпотези походження Землі вчених Джинса, Джефріса, Мультона та Чемберліна, Бюффона та інших.
І, нарешті, до третього класу належать теорії, що не поєднують Сонце і планети спільністю походження. Найбільш відома гіпотеза Шмідта. Зупинимося на характеристиці кожного класу.
Гіпотеза Канта
У 1755 році німецький філософ Кант походження Землі коротко описав таким чином: первісний Всесвіт складався з нерухомих пилоподібних частинок різної щільності. Сили гравітації навели їхній рух. Відбувалося налипання їх один на одного (ефект акреції), що зрештою призвело до утворення центрального розжареного згустку - Сонця. Подальші зіткнення частинок призвели до обертання Сонця, а разом із ним і пилової хмари.
В останньому поступово утворювалися окремі згустки речовини - зародки майбутніх планет, навколо яких за схожою схемою сформувалися супутники. Утворена таким шляхом Земля на початку свого існування була холодною.
Лапласа концепції
Французький астроном та математик П. Лаплас запропонував дещо відмінний варіант, що пояснює походження планети Земля та інших планет. Сонячна система, на його думку, утворилася із розпеченої газової туманності зі згустком частинок у центрі. Вона оберталася і стискалася під впливом всесвітнього тяжіння. За подальшого охолодження швидкість обертання туманності зростала, по периферії від неї відшаровувалися кільця, які розпадалися на прообрази майбутніх планет. Останні на початковій стадії являли собою розпечені газові кулі, які поступово охолоджувалися та тверділи.
Недолік гіпотез Канта та Лапласа
Гіпотези Канта і Лапласа, що пояснюють походження планети Земля, панували в космогонії аж до початку ХХ століття. І зіграли прогресивну роль, служачи основою природничих наук, особливо геології. Головним недоліком гіпотези є нездатність пояснити розподіл усередині Сонячної системи моменту кількості руху (МКР).
МКР визначається як добуток маси тіла на відстань від центру системи та швидкість його обертання. Дійсно, виходячи з факту, що Сонце має більш ніж 90% усієї маси системи, воно повинно мати і високий МКР. Насправді Сонце має лише 2% загального МКР, планети ж, особливо гіганти, наділені рештою 98%.
Теорія Фесенкова
Зазначене протиріччя у 1960 р. спробував пояснити радянський вчений Фесенков. Згідно з його версією походження Землі, Сонце з планетами утворилися внаслідок ущільнення гігантської туманності – «глобули». Туманність мала дуже розріджену матерію, складену в основному з водню, гелію і невеликої кількості важких елементів. Під дією сили гравітації у центральній частині глобули виникло зіркоподібне згущення – Сонце. Воно швидко оберталося. В результаті речовини в навколишнє його газово-пилове середовище час від часу здійснювалися викиди матерії. Це призводило до втрати Сонцем своєї маси та передачі створюваним планетам значної частини МКР. Формування планет відбувалося шляхом акреції речовини туманності.
Теорії Мультона та Чемберліна
Американські дослідники астроном Мультон і геолог Чемберлін запропонували схожі гіпотези походження Землі та Сонячної системи, згідно з якими планети утворилися з речовини газових гілок спіралей, «витягнутих» із Сонця невідомою зіркою, яка пройшла досить близько від нього.
Вченими було введено в космогонію поняття «планетезималь» - це згустки, сконденсовані з газів початкової речовини, що стали ембріонами планет та астероїдів.
Судження Джинсу
Англійський астрофізик Д. Джинс (1919) припустив, що з зближенні з Сонцем іншою зіркою з останньою відірвався сигарообразный виступ, який надалі розпався окремі згустки. Причому із середньої потовщеної частини «сигари» утворилися великі планети, а по краях - дрібні.
Гіпотеза Шмідта
У питаннях теорії походження Землі оригінальну точку зору 1944 року висловив Шмідт. Це так звана метеоритна гіпотеза, яка згодом фізико-математично обґрунтована учнями відомого вченого. До речі, у гіпотезі проблема утворення Сонця не розглядається.
Згідно з теорією, Сонце на одній зі стадій свого розвитку захопило (притягло до себе) холодну газово-пилову метеоритну хмару. До цього воно володіло дуже малим МКР, хмара оберталася зі значною швидкістю. У сильному Сонці почалася диференціація метеоритної хмари за масою, щільністю та розмірами. Частина метеоритного матеріалу потрапила на світило, інша, внаслідок процесів акреції, утворювала згустки-зародки планет та його супутників.
У цій гіпотезі походження та розвиток Землі в залежності від впливу «сонячного вітру» - тиску сонячного випромінювання, яке відштовхувало легкі газові компоненти на периферію Сонячної системи. Утворена таким чином земля була холодним тілом. Подальше розігрів пов'язується з радіогенним теплом, гравітаційною диференціацією та іншими джерелами внутрішньої енергії планети. Великим недоліком гіпотези дослідники вважають дуже низьку ймовірність захоплення Сонцем подібної метеоритної хмари.
Припущення Рудника та Соботовича
Історія походження Землі досі турбує вчених. Відносно недавно (1984 року) В. Рудник та Є. Соботович представили власну версію походження планет та Сонця. Згідно з їхніми уявленнями, ініціатором процесів у газово-пиловій туманності міг стати близький вибух наднової зірки. Подальші події, на думку дослідників, виглядали так:
- Під дією вибуху почалося стиснення туманності та утворення центрального згустку – Сонця.
- Від Сонця, що формується, МРК передавався планетам електромагнітним або турбулентно-конвективним шляхом.
- Почали утворюватися гігантські кільця, що нагадують кільця Сатурна.
- В результаті акреції матеріалу кілець спочатку з'явилися планетезималі, що згодом сформувалися в сучасні планети.
Уся еволюція проходила дуже швидко – протягом близько 600 млн років.
Формування складу Землі
Існує різне розуміння послідовності формування внутрішніх частин нашої планети. Згідно з однією з них, протоземля була невідсортованим конгломератом залізо-силікатної речовини. Надалі в результаті гравітації стався поділ на залізне ядро та силікатну мантію – явище гомогенної акреції. Прихильники гетерогенної акреції вважають, що спочатку акумулювалося залізне тугоплавкове ядро, потім на нього налипали більш легкоплавкі силікатні частинки.
Залежно від вирішення цього питання може йтися і про ступінь початкового розігріву Землі. Справді, відразу після своєї освіти планета почала розігріватися внаслідок спільних дій кількох чинників:
- Бомбардування її поверхні планетезімалями, що супроводжувалося виділенням тепла.
- ізотопів, у тому числі короткоживучих ізотопів алюмінію, йоду, плутонію та ін.
- Гравітаційна диференціація надр (якщо прийняти гомогенну акрецію).
На думку ряду дослідників, на цій ранній стадії формування планети зовнішні частини могли перебувати в стані, близькому до розплаву. На фото планета Земля виглядала б розпеченою кулею.
Контракційна теорія освіти материків
Однією з перших гіпотез походження материків була контракційна, за якою гороутворення пов'язувалося з остиганням Землі та скороченням її радіусу. Саме вона була фундаментом ранніх геологічних досліджень. На її підставі австрійський геолог Е. Зюсс синтезував усі існуючі на той час знання про структуру земної кори в монографії «Обличчя Землі». Але вже наприкінці ХІХ ст. з'явилися дані, які свідчать, що у одній частині земної кори відбувається стиск, на другий - розтяг. Остаточно впала контракційна теорія після відкриття радіоактивності та наявності в корі Землі великих запасів радіоактивних елементів.
Дрейф материків
На початку ХХ ст. зароджується гіпотеза дрейфу материків. Вчені давно помітили подібність берегових ліній Південної Америки та Аравійського півострова, Африки та Індостану та ін Першим зіставив дані Піллігріні (1858 р.), пізніше Біханов. Сама ідея дрейфу материків була сформульована американськими геологами Тейлором та Бейкером (1910) та німецьким метеорологом та геофізиком Вегенером (1912). Останній обгрунтував цю гіпотезу у своїй монографії «Походження материків і океанів», яка побачила світ 1915 року. Аргументи, які наводилися на захист цієї гіпотези:
- Подібність обрисів материків по обидва боки Атлантики, і навіть материків, що оздоблюють Індійський океан.
- Подібність будови на суміжних материках пізньопалеозойських і раннемезозойських порід.
- Скам'янілі останки тварин і рослин, які свідчать, що давня флора і фауна південних материків утворювала єдине угруповання: особливо про це свідчать останки динозаврів роду листрозаврів, що скам'янілі, знайдені в Африці, Індії та Антарктиді.
- Палеокліматичні дані: наприклад, наявність слідів пізньопалеозойського покривного заледеніння.
Формування земної кори
Походження та розвитку Землі нерозривно пов'язані з горообразованием. А. Вегенер стверджував, що материки, що складаються з досить легких мінеральних мас, як би плавають на важкій пластичній речовині базальтового ложа, що підстилає їх. Передбачається, що спочатку тонкий прошарок гранітного матеріалу нібито покривав всю Землю. Поступово цілісність його було порушено припливними силами тяжіння Місяця і Сонця, які впливають поверхню планети зі сходу захід, і навіть відцентровими силами від обертання Землі, що впливають від полюсів до екватора.
З граніту (імовірно) складався єдиний суперматерик Пангея. Він проіснував до середини і розпався у юрському періоді. Прихильником цієї гіпотези походження Землі був учений Штауб. Потім виникло об'єднання материків північної півкулі – Лавразія, та об'єднання материків південної півкулі – Гондвана. Між ними виявилися затиснуті породи дна Тихого океану. Під материками залягало море магми, яким вони рухалися. Лавразія та Гондвана ритмічно переміщалися то до екватора, то до полюсів. При зміщенні до екватора суперматерики фронтально стискалися, при цьому натискаючи флангами на тихоокеанську масу. Ці геологічні процеси багато хто вважає основними чинниками утворення великих гірських масивів. Рух до екватора відбувався тричі: під час каледонського, герцинського та альпійського гороутворення.
Висновок
На тему формування Сонячної системи випущено багато науково-популярної літератури, дитячих книг, спеціалізованих публікацій. Походження Землі для дітей у доступній формі викладено у шкільних підручниках. Але якщо взяти літературу 50-річної давності, видно, що деякі проблеми сучасні вчені дивляться вже інакше. Космологія, геологія та суміжні науки не стоять на місці. Завдяки підкоренню навколоземного простору люди вже знають, якою бачиться на фото планета Земля із космосу. Нове знання формує нове уявлення про закони Всесвіту.
Очевидно, що для створення первородного хаосу Землі, планет і Сонця були задіяні могутні сили природи. Не дивно, що давні предки зіставляли їх із звершеннями Богів. Навіть образно неможливо уявити походження Землі, картинки реальності напевно перевершили б найсміливіші фантазії. Але по крихтах знань, що збираються вченими, поступово вибудовується цілісна картина навколишнього світу.
Історія планети Земля, як і людське життя, наповнена різними важливими подіями та етапами розвитку, що відбулися з її народження. Перш ніж з'явилася планета Земля й інші небесні тіла: планети і зірки у космосі літали хмари пилу. Блакитна планета, як і інші об'єкти сонячної системи, включаючи Сонце, як припускають вчені, сформувалася при ущільненні хмари міжзоряного пилу.
Земля була сформована десь через 10 млн років після того, як почала ущільнюватися міжзоряний пил. Тепло, що виділяється, сформувало небесне тіло з розплавленої речовини. Після того, як з'явилася планета Земля. Диференціація шарів складових її призвела до появи внутрішнього ядра з обгорнутих мантією важких елементів, скупчення на поверхні легких елементів спричинило утворення прото-кори. У цей же час з'явився і Місяць, можливо, через сильне зіткнення між Землею та величезним астероїдом.
Згодом планета охолоджувалась, на ній з'явилася затверділа оболонка - кора, і згодом перші материки. З того моменту, як з'явилася планета Земля, вона постійно бомбардувалася метеоритами і крижаними кометами, в результаті на поверхні накопичилося достатньо води, для утворення морів і океанів. Завдяки сильній вулканічній активності та парі з'явилася атмосфера, в якій практично був відсутній кисень. За всю історію планети Земля материки невпинно плавали на розплавленій мантії, то з'єднуючись, то, роз'єднуючись, це повторювалося багато разів протягом 4,5 млрд. років.
Складні хімічні реакції спричинили органічні молекули, що взаємодіють між собою, з'являлися все більш складні молекулярні структури. У результаті це призвело до появи молекул, здатних до самокопіювання. Це були перші кроки Життя Землі. Живі організми розвивалися, з'явилися бактерії, потім багатоклітинні організми. У процесі життєдіяльності цих організмів змінився склад атмосфери. З'явився кисень, що спричинило розвиток захисного шару озону.
Життя розвинулося у численних формах, кількість видів Землі вражає своєю різноманітністю. Зміна умов середовища за всю історію планети призвела до виникнення нових видів, багато з яких згодом вимерли, інші змогли пристосуватися до нового середовища та створили сучасну біосферу.
Близько 6 млн. років тому, після мільярдів років після того, як з'явилася Земля, гілка еволюційної диференціації приматів призвела до появи людей. Можливість пересуватися на задніх лапах, сильне збільшення розмірів мозку та розвиток промови були головними факторами. Спочатку людина навчилася добувати вогонь, потім досягла успіхів у розвитку сільського господарства. Це спричинило поліпшення життя, що призвело до формування громад і після цивілізацій, з різними культурними та релігійними ознаками. Завдяки своїм досягненням у різних сферах: науці, політиці, письмі, транспорті та комунікаціях, люди стали переважним видом на Землі. Вже не Земля формує життєві форми, людина змінює навколишнє середовище у процесі життєдіяльності. Вперше історія планети Земля, твориться силами істот, які на ній мешкають, і саме Ми змушені вирішувати глобальні питання клімату та іншого оточення для збереження нашого довкілля.