Сучасна теорія виникнення землі. Гіпотези утворення Землі

Планета Земля єдине відоме місце де поки було знайдене життя, я кажу поки що тому, що можливо в майбутньому людьми буде виявлена ​​ще одна планета або супутник з розумним життям, що проживає там, але поки Земля це єдине місце де є життя. Життя на нашій планеті дуже різноманітне, від мікроскопічних організмів до величезних тварин, рослин та іншого. І у людей завжди стояло питання - Як і звідки з'явилася наша планета? Існує безліч гіпотез. Гіпотези виникнення Землі кардинально відрізняються одна від одної, а деякі з них дуже важко повірити.

Це дуже складне питання. Не можна подивитися в минуле і побачити, як все починалося і як все це почало зароджуватися. Перші гіпотези виникнення планети Земля стали з'являтися в XVII ст., коли люди накопичили вже достатню кількість знань про космос, нашу планету і саму сонячну систему. Зараз ми дотримуємося можливих двох гіпотез виникнення Землі: Наукове – Земля сформувалася із пилу та гази. Потім Земля була небезпечним місцем для життя після довгих років еволюції поверхня планети Земля стала придатною для нашого життя: атмосфера Землі, придатна для дихання, тверда поверхня і багато дрого. І Релігійне – Бог створив Землю за 7 днів і поселив тут усю різноманітність тварин та рослин. Але в той час знань було мало щоб відсіяти всі інші гіпотези і тоді їх було значно більше:

• Жорж Луї Леклерк Бюффон. (1707-1788)

Він зробив припущення, яке зараз би ніхто не повірив. Він припустив, що Земля могла утворитися зі шматка Сонця, який був відірваний кометою, яка потрапила в нашу зірку.

Але ця теорія була спростована. Едмунд Галлей – англійський астроном зауважив, що нашу Сонячну систему відвідує та сама комета з інтервалом у кілька десятків років. Галлею навіть вдалося прогнозувати наступну появу комети. Він також встановив, що комета з кожним разом трохи змінює свою орбіту, а значить не має значної маси, щоб відірвати "шматок" від Сонця.

• Іммануїл Кант. (1724-1804)

Наша Земля і вся Сонячна система були утворені з холодної пилової хмари, що стискалася. Кант написав анонімну книгу, де описав свої гіпотези виникнення планети, але вона не привертала увагу вчених. Вчені на той час розглядали популярнішу гіпотезу, яку висунув П'єр Лаплас – французький математик.

• П'єр-Сімон Лаплас (1749–1827)

Лаплас припустив, що Сонячна система була утворена з газової хмари, що постійно обертається, розпеченої до величезної температури. Ця теорія дуже схожа на нинішню наукову теорію.

• Джеймс Джинс (1877-1946)

Якесь космічне тіло, а саме зірка, проходила надто близько від нашого Сонця. Сонячне тяжіння вирвало деяку масу з цієї зірки, утворивши рукав розжареної речовини, яка згодом і утворила всі наші 9 планет. Джинс розповідав про свою гіпотезу так переконливо, що за короткий час вона завоювала розум людей і вони вважали, що це єдине можливе виникнення планети.

Отже, ми розглянули найвідоміші гіпотези виникнення, вони були дуже незвичайні та різноманітні. У наш час таких людей не стали б навіть і слухати, тому що ми зараз маємо куди більші знання про нашу Сонячну систему і про Землю, ніж тоді знала людина. Тому гіпотези виникнення Землі були засновані лише на уяві вчених. Зараз ми можемо спостерігати і проводити різні вивчення та експерименти, але це так і не дало нам остаточної відповіді про те, як і з чого точно виникла наша планета.

p align="justify"> Особливе місце в Сонячній системі займає Земля - ​​єдина планета, на якій протягом мільярдів років розвиваються різні форми життя.

У всі часи люди хотіли знати, звідки і яким чином походить світ, у якому ми живемо. Коли культурі панували міфологічні уявлення, походження світу пояснювалося, як, скажімо, у «Ведах» розпадом першолюда Пуруші. Те, що це була загальна міфологічна схема, підтверджується і російськими апокрифами, наприклад, «Блакитною книгою». Перемога християнства утвердила релігійні уявлення про створення Богом світу з нічого.

З появою науки в її сучасному розумінні на зміну міфологічним та релігійним приходять наукові уявлення про походження світу. Наука відрізняється від міфології тим, що прагне не пояснення світу в цілому, а формулювання законів розвитку природи, що допускають емпіричну перевірку. Розум і опора на чуттєву реальність мають у науці більше значення, ніж віра. Наука – це, певною мірою, синтез філософії та релігії, що є теоретичним освоєнням дійсності.

2. Походження Землі.

Ми живемо у Всесвіті, а наша планета Земля є її найдрібнішою ланкою. Тому історія виникнення Землі тісно пов'язана з історією виникнення Всесвіту. До речі, як вона виникла? Які сили вплинули на процес становлення Всесвіту та, відповідно, нашої планети? В наш час існує безліч різних теорій та гіпотез щодо цієї проблеми. Найбільші уми людства дають свої погляди із цього приводу.

Значення терміна Всесвіт у природознавстві вужче і набуло специфічно наукового звучання. Всесвіт – місце вселення людини, доступне емпіричному спостереженню та перевіряється сучасними науковими методами. Всесвіт загалом вивчає наука, яка називається космологією, тобто наукою про космос. Слово це невипадково. Хоча зараз космосом називають все, що знаходиться за межами атмосфери Землі, не так було в Стародавній Греції, де космос приймався як «порядок», «гармонія», на противагу «хаосу» - «безладу». Таким чином, космологія, в основі своєї, як і личить науці, відкриває впорядкованість нашого світу та націлена на пошук законів його функціонування. Відкриття цих законів і є метою вивчення Всесвіту як єдиного впорядкованого цілого.

Нині походження Всесвіту побудовано на двох моделях:

а) Модель Всесвіту, що розширюється.Найбільш загальноприйнятою в космології є модель однорідного ізотропного нестаціонарного гарячого Всесвіту, що розширюється, побудована на основі загальної теорії відносності та релятивістської теорії тяжіння, створеної Альбертом Ейнштейном в 1916 році. В основі цієї моделі лежать два припущення:

1) властивості Всесвіту однакові у всіх її точках (однорідність) та напрямках (ізотропність);

2) найкращим відомим описом гравітаційного поля є рівняння Ейнштейна. З цього випливає так звана кривизна простору та зв'язок кривизни із щільністю маси (енергії). Космологія, заснована на цих постулатах, – релятивістська.

Важливим пунктом цієї моделі є її нестаціонарність. Це визначається двома постулатами теорії відносності:

1) принципом відносності, що свідчить, що у всіх інерційних системах всі закони зберігаються незалежно від цього, з якими швидкостями, рівномірно і прямолінійно рухаються ці системи друг щодо друга;

2) експериментально підтвердженим сталістю швидкості світла.

Червоне усунення – це зниження частот електромагнітного випромінювання: у видимій частині діапазону лінії зміщуються до його червоного кінця. Виявлений раніше ефект Доплера говорив, що з віддаленні від нас будь-якого джерела коливань, сприймається нами частота коливань зменшується, а довжина хвилі відповідно увеличивается. При випромінюванні відбувається «почервоніння», тобто лінії спектру зсуваються у бік довших червоних хвиль.

Так от, для всіх далеких джерел світла червоне зміщення було зафіксовано, причому чим далі знаходилося джерело, тим більшою мірою. Червоне усунення виявилося пропорційно відстані до джерела, як і підтверджувало гіпотезу про видалення їх, тобто розширення Мегагалактики – видимої частини Всесвіту.

Червоне усунення надійно підтверджує теоретичний висновок про нестаціонарність області нашого Всесвіту з лінійними розмірами близько кількох мільярдів парсек протягом щонайменше кількох мільярдів років. У той самий час кривизна простору може бути виміряна, залишаючись теоретичної гіпотезою.

б) Модель Великого Вибуху.Спостережуваний нами Всесвіт, за даними сучасної науки, виник у результаті Великого вибуху близько 15-20 млрд років тому. Уявлення про Великий Вибух є складовою моделі Всесвіту, що розширюється.

Вся речовина Всесвіту в початковому стані знаходилася в сингулярній точці: нескінченна щільність маси, нескінченна кривизна простору і вибухове розширення, що сповільнюється з часом, при високій температурі, при якій могла існувати тільки суміш елементарних частинок. Потім був вибух. «Спочатку був вибух. Не такий вибух, який знайомий нам на Землі і який починається з певного центру і потім поширюється, захоплюючи все більше і більше простору, а вибух, який стався одночасно скрізь, заповнивши з самого початку весь простір, причому кожна частка матерії кинулася геть від будь-якої іншої частки», - писав у своїй роботі С. Вейнберг.

Що було після Великого вибуху? Утворився потік плазми – стану, у якому перебувають елементарні частки – щось середнє між твердим і рідким станом, що й почав розширюватися дедалі більше під впливом вибухової хвилі. Через 0,01 с після початку Великого Вибуху у Всесвіті з'явилася суміш легких ядер. Так з'явилися не лише матерія та багато хімічних елементів, а й простір та час.

Дані моделі допомагають висунути гіпотези про походження Землі:

1. Французький вчений Жорж Бюффон (1707-1788) припустив, що земна куля виникла внаслідок катастрофи. У дуже віддалений час якесь небесне тіло (Бюффон вважав, що це була комета) зіткнулося із Сонцем. Під час зіткнення виникло безліч «бризок». Найбільші їх, поступово остигаючи, дали початок планетам.

2. Інакше пояснював можливість утворення небесних тіл німецький вчений Іммануїл Кант (1724-1804). Він припустив, що Сонячна система сталася з гігантської холодної пилової хмари. Частинки цієї хмари перебували в постійному безладному русі, взаємно притягували один одного, стикалися, злипалися, утворюючи згущення, які почали рости і згодом дали початок Сонцю і планетам.

3. П'єр Лаплас (1749-1827), французький астроном і математик, запропонував свою гіпотезу, що пояснює освіту та розвиток Сонячної системи. На його думку, Сонце і планети виникли з розпеченої газової хмари, що обертається. Поступово остигаючи, стискалося, утворюючи численні кільця, які, ущільнюючись, створили планети, а центральний потік перетворився на Сонце.

На початку нашого століття англійський вчений Джеймс Джине (1877-1946) висунув гіпотезу, яка пояснювала освіту планетної системи: колись поблизу Сонця пролітала інша зірка, яка своїм тяжінням вирвала з нього частину речовини. Згустившись, воно дало початок планетам.

4. Наш співвітчизник, відомий вчений Отто Юлійович Шмідт (1891-1956) у 1944 р. запропонував свою гіпотезу утворення планет. Він вважав, що мільярди років тому Сонце було оточене гігантською хмарою, яка складалася з частинок холодного пилу та замерзлого газу. Всі вони зверталися довкола Сонця. Перебуваючи у постійному русі, зіштовхуючись, взаємно притягуючи одне одного, вони ніби злипалися, утворюючи згустки. Поступово газово-пилова хмара сплющувалася, а згустки почали рухатися круговими орбітами. Згодом із цих згустків і утворилися планети нашої Сонячної системи.

Неважко помітити, що гіпотези Канта, Лапласа, Шмідта багато в чому близькі. Багато думок цих учених лягли в основу сучасного уявлення про походження Землі та всієї Сонячної системи.

Сьогодні вчені припускають, що

3. Розвиток Землі.

Найдавніша Земля дуже мало нагадувала планету, де ми зараз живемо. Її атмосфера складалася з водяної пари, вуглекислого газу і, за одними, - з азоту, за іншими – з метану та аміаку. Кисню в повітрі неживої планети не було, в атмосфері древньої Землі гриміли грози, її пронизувало жорстке ультрафіолетове випромінювання Сонця, планети вивергалися вулкани. Дослідження показують, що полюси Землі змінювалися, і колись Антарктида була вічнозеленою. Вічна мерзлота утворилася 100 тис. років тому після великого заледеніння.

У ХІХ столітті в геології сформувалися дві концепції розвитку Землі:

1) за допомогою стрибків («теорія катастроф» Жоржа Кюв'є);

2) за допомогою невеликих, але постійних змін в тому самому напрямку протягом мільйонів років, які, підсумовуючись, призводили до величезних результатів («принцип уніформізму» Чарльза Лайелля).

Успіхи фізики XX століття сприяли суттєвому просуванню у пізнанні історії Землі. У 1908 році ірландський вчений Д. Джолі зробив сенсаційну доповідь про геологічне значення радіоактивності: кількість тепла, випущеного радіоактивними елементами, цілком достатньо, щоб пояснити існування розплавленої магми та виверження вулканів, а також зміщення континентів та гороутворення. На його думку, елемент матерії – атом – має суворо певну тривалість існування і неминуче розпадається. Наступного 1909 року російський учений У. І. Вернадський засновує геохімію – науку історії атомів Землі та її хіміко-фізичної еволюції.

Із цього приводу існують дві, найпоширеніші точки зору. Рання з них вважала, що первісна Земля, що сформувалася відразу після акреції з планетезималей, що складаються з нікелістого заліза і силікатів, була однорідна і потім піддалася диференціації на залізо-нікелеве ядро ​​і мілію силікатну. Ця гіпотеза отримала назву гомогенної акреції. Пізніша гіпотеза гетерогенної акреції полягає в тому, що спочатку акумулювалися найбільш тугоплавкі планетезималі, що складаються із заліза і нікелю і тільки потім в акрецію вступила силікатна речовина, що становить мантію Землі від рівня 2900 км. Ця думка зараз, мабуть, найбільш популярна, хоча й тут виникає питання виділення зовнішнього ядра, має властивості рідини. Чи виникло воно після формування твердого внутрішнього ядра чи зовнішнє та внутрішнє ядра виділялися у процесі диференціації? Але це питання однозначної відповіді немає, але припущення надається другому варианту.

Процес акреції, зіткнення планетезималей розміром до 1000 км, супроводжувався великим виділенням енергії, з сильним прогріванням планети, що формується, її дегазацією, тобто. виділенням летких компонентів, що містяться в планетах зималях. Більшість летких речовин у своїй безповоротно губилася міжпланетному просторі, що свідчить порівняння складів летких у метеоритах і породах Землі. Процес становлення нашої планети за сучасними даними тривав близько 500 млн. років і проходив у 3 фази акреції. Протягом першої та головної фази Земля сформувалася за радіусом на 93-95% і це фаза закінчилася до рубежу 4,4 – 4,5 млрд. років, тобто. тривала близько 100 млн років.

Друга фаза, що ознаменувалася завершенням зростання, тривала також близько 200 млн. років. Нарешті, третя фаза, тривалістю до 400 млн. років (3,8-3,9 млрд. років закінчення) супроводжувалася наймогутнішим метеоритним бомбардуванням, такою самою, як і на Місяці. Питання температурі первинної Землі має геологів важливе значення. Навіть на початку ХХ століття вчені говорили про первинну «вогненно-рідку» Землю. Однак цей погляд повністю суперечив сучасному геологічному життю планети. Якби Земля спочатку була розплавленою, вона давно перетворилася б на мертву планету.

Отже, перевагу потрібно віддати не дуже холодною, але й не розплавленою ранньою Землею. Факторів нагріву планети було багато. Це гравітаційна енергія; і зіткнення планетезималей; та падіння дуже великих метеоритів, при ударі яких підвищена температура поширювалася до глибин 1-2 тис. км. Якщо ж, все-таки, температура перевищувала точку плавлення речовини, то наступала диференціація – важчі елементи, наприклад, залізо, нікель, опускалися, а легені, навпаки, виринали.

Але головний внесок у збільшення тепла мав грати розпад радіоактивних елементів - плутонію, торію, калію, алюмінію, йод. Ще одне джерело тепла – це тверді припливи, пов'язані з близьким розташуванням супутника Землі – Місяця. Всі ці фактори, діючи разом, могли підвищити температуру до точки плавлення порід, наприклад, мантії вона могла досягти +1500 ОС. Але тиск на великих глибинах перешкоджав плавленню, особливо у внутрішньому ядрі. Процес внутрішньої диференціації нашої планети відбувався її геологічну історію, триває і зараз. Проте, вже 3,5-3,7 млрд. років тому, за віці Землі в 4,6 млрд. років, Земля мала тверде внутрішнє ядро, рідке зовнішнє і тверда мантія, тобто. вона вже була диференційована у сучасному вигляді. Про це говорить намагніченість таких древніх гірських порід, а, як відомо, магнітне поле обумовлено взаємодією рідкого зовнішнього ядра та твердого зовнішнього. Процес розшарування, диференціації надр відбувався всіх планетах, але Землі відбувається і зараз, забезпечуючи існування рідкого зовнішнього ядра і конвекцію в мантії.

У 1915 році німецький геофізик А. Вегенер припустив, виходячи з контурів континентів, що в карбоні (геологічний період) існував єдиний масив суші, названий ним Пангеєю (грец. «вся земля»). Пангея розкололася на Лавразію та Гондвану. 135 млн. років тому Африка відокремилася від Південної Америки, а 85 млн. років тому Північна Америка – від Європи; 40 млн. років тому Індійський материк зіткнувся з Азією і з'явилися Тибет та Гімалаї.

Вирішальним аргументом на користь прийняття даної концепції А. Вегенера стало емпіричне виявлення наприкінці 50-х років розширення дна океанів, що стало відправною точкою створення тектоніки літосферних плит. В даний час вважається, що континенти розходяться під впливом глибинних конвективних течій, спрямованих вгору і в сторони і плити, на яких плавають континенти. Цю теорію підтверджують і біологічні дані про поширення тварин на планеті. Теорія дрейфу континентів, що базується на тектоніці літосферних плит, нині загальноприйнята в геології.

4. Світова тектоніка.

Чимало років тому батько-геолог підвів свого маленького сина до карти світу і запитав, що буде, якщо берегову лінію Америки присунути до узбережжя Європи та Африки? Хлопчик не полінувався і, вирізавши відповідні частини з фізико-географічного атласу, з подивом виявив, що західне узбережжя Атлантики збіглося зі східним у межах, так би мовити, помилок експерименту.

Ця історія не пройшла для хлопчика безслідно, він став геологом і шанувальником Альфреда Вегенера, відставного офіцера німецької армії, а також метеоролога, полярника та геолога, який у 1915 році створив концепцію дрейфу континентів.

Свій внесок у відродження концепції дрейфу внесли і високі технології: саме комп'ютерне моделювання в середині 1960-х років показало гарний збіг меж континентальних мас не тільки для Циркум-Атлантики, але і для інших материків - Східної Африки та Індостану, Австралії та Антарктиди. В результаті наприкінці 60-х з'явилася концепція тектоніки плит або нової глобальної тектоніки.

Запропонована спочатку чисто умоглядно для вирішення приватного завдання - розподілу землетрусів різної глибинності на поверхні Землі, - вона зімкнулась з уявленнями про дрейф континентів і миттєво отримала загальне визнання. До 1980 року - сторіччя від дня народження Альфреда Вегенера - стало заведено говорити про формування нової парадигми в геології. І навіть про наукову революцію, яку можна порівняти з революцією у фізиці початку XX століття…

Згідно з цією концепцією, земна кора розбита на кілька величезних літосферних плит, які постійно рухаються та продукують землетруси. Спочатку було виділено кілька літосферних плит: Євразійська, Африканська, Північно- та Південноамериканська, Австралійська, Антарктична, Тихоокеанська. Всі вони, крім Тихоокеанської, чисто океанічної, включають частини як з континентальної, так і океанічної корою. І дрейф континентів у рамках цієї концепції - не більше, ніж їх пасивне переміщення разом з літосферними плитами.

В основі глобальної тектоніки лежить уявлення про літосферні плити, фрагменти земної поверхні, що розглядаються як абсолютно жорсткі тіла, що переміщаються немов по повітряній подушці шаром розущільненої мантії - астеносфери, зі швидкістю від 1-2 до 10-12 см на рік. Здебільшого вони включають як континентальні маси з корою, що умовно називається «гранітною», так і ділянки з корою океанічною, умовно званою «базальтовою» та утвореною породами з низьким вмістом кремнезему.

Вченим зовсім не ясно, куди рухаються материки і деякі з них не згодні з тим, що рухається земна кора, а якщо рухаються, то за рахунок дії якихось сил і джерел енергії. Широко поширене припущення про те, що причиною руху земної кори є теплова конвекція, по суті, непереконливе, бо виявилося, що такі припущення йдуть урозріз з основними положеннями багатьох фізичних законів, експериментальних даних і численних спостережень, включаючи дані космічних досліджень про тектоніку і будову інших планет. Реальних схем теплової конвекції, які суперечать законам фізики, і єдиного логічно обгрунтованого механізму руху речовини, однаково прийнятних умов надр зірок, планет та його супутників, досі знайдено.

У серединно-океанічних хребтах утворюється нова розігріта океанічна кора, яка, остигаючи, знову занурюється в надра мантії та розсіює теплову енергію, що йде на переміщення плит земної кори.

Гігантські геологічні процеси, такі як здіймання гірських хребтів, потужні землетруси, утворення глибоководних западин, виверження вулканів - всі вони, зрештою, породжуються рухом плит земної кори, при якому відбувається поступове охолодження мантії нашої планети.

Земна суша утворюється твердими гірськими породами, часто покритими шаром ґрунту та рослинністю. Але звідки гірські породи беруться? Нові гірські породи формуються з речовини, що народжується глибоко в надрах Землі. У нижніх шарах земної кори температура набагато вище, ніж на поверхні, а складові їх гірські породи знаходяться під величезним тиском. Під впливом жару і тиску гірські породи прогинаються і розм'якшуються, а то й зовсім плавляться. Як тільки у земній корі утворюється слабке місце, розплавлені гірські породи – їх називають магмою – прориваються на поверхню Землі. Магма випливає із жерлів вулканів у вигляді лави і поширюється на великій площі. Застигаючи, лава перетворюється на тверду гірську породу.

В одних випадках народження гірських порід супроводжується грандіозними катаклізмами, в інших проходить тихо та непомітно. Існує безліч різновидів магми, і їх утворюються різні типи гірських порід. Наприклад, базальтова магма дуже текуча, легко виходить на поверхню, розтікається широкими потоками та швидко застигає. Іноді вона виривається із жерла вулкана яскравим "вогненним фонтаном" - таке відбувається, коли земна кора не витримує її тиску.

Інші види магми набагато густіше: їхня густота, або консистенція, більше схожа на чорну патоку. Гази, що містяться в такій магмі, з великими труднощами пробиваються на поверхню крізь її щільну масу. Згадайте, як легко бульбашки повітря вириваються з окропу і наскільки повільніше це відбувається, коли ви нагріваєте щось густіше, наприклад кисіль. Коли щільніша магма піднімається ближче до поверхні, тиск на неї зменшується. Розчинені в пий гази прагнуть розширитися, але не можуть. Коли магма нарешті виривається назовні, гази розширюються настільки стрімко, що відбувається грандіозний вибух. Лава, уламки гірських порід і попіл розлітаються на всі боки, як снаряди, випущені з гармати. Подібне виверження трапилося 1902 р. на о-ві Мартініка в Карибському морі. Катастрофічне виверження вулкана Моптап-Пеле повністю зруйнувало порт Сеп-П'єр. Загинуло близько 30 000 людей

Геологія дала людству можливість використання геологічних ресурсів у розвиток всіх галузей техніки і технології. Разом з тим інтенсивна техногенна діяльність призвела до різкого погіршення екологічної світової обстановки, настільки сильної та швидкої, що нерідко під питання ставиться існування людства. Ми споживаємо набагато більше, ніж природа може регенерувати. Тому проблема сталого розвитку в наші дні є справді глобальною, світовою проблемою, яка стосується всіх держав.

Незважаючи на збільшення науково-технічного потенціалу людства, рівень нашого незнання планети Земля все ще дуже великий. І в міру прогресу в наших знаннях про неї кількість питань, що залишаються невирішеними, не зменшується. Ми стали розуміти, що на процеси, що відбуваються на Землі, впливають і Місяць, і Сонце, і інші планети, все пов'язано воєдино, і навіть життя, виникнення якого становить одну з кардинальних наукових проблем, можливо, занесене до нас із космічного простору. Геологи поки що безсилі передбачати землетруси, хоча передбачити виверження вулканів зараз уже можна з великою часткою ймовірності. Безліч геологічних процесів ще погано піддаються поясненням і тим більше прогнозуванню. Тому інтелектуальна еволюція людства багато в чому пов'язана з успіхами геологічної науки, яка колись дозволить людині вирішити хвилюючі її питання про походження Всесвіту, походження життя та розуму.

6. Список використаної літератури

1. Горєлов А. А. Концепції сучасного природознавства. - М: Центр, 1997.

2. Лавріненко В. Н., Ратніков В. П. - М.: Культура і спорт, 1997.

3. Найдиш В. М. Концепції сучасного природознавства: Навч. допомога. - М.: Гардаріки, 1999.

4. Левітан Є. П. Астрономія: Підручник для 11 кл. загальноосвітньої школи. - М.: Просвітництво, 1994.

5. Сурдін В. Г. Динаміка зіркових систем. - М.: Вид-во Московського центру безперервної освіти, 2001.

6. Новіков І. Д. Еволюція Всесвіту. - М., 1990.

7. Карапенков С. Х. Концепції сучасного природознавства. - М.: Академічний проспект, 2003.

У сучасній астрономії прийнято концепцію холодного початкового стану планет, які під впливом електромагнітних і гравітаційних сил утворилися в результаті об'єднання твердих частинок газово-пилової хмари, що оточувала Сонце. Протопланетна туманність складалася з щільної міжзоряної речовини, яка могла утворитися внаслідок вибуху відносно недалекою наднової зірки, що прискорила процес конденсації газу.

Рівень тиску в протопланетній хмарі був такий, що речовина з газу конденсувалася відразу в тверді частинки, минаючи форму рідини. У певний момент густина газу виявилася настільки високою, що у ньому утворилися ущільнення. Зіткнувшись один з одним, газові згустки продовжували стискатися та ущільнюватися, утворюючи так звані допланетні тіла.

Утворення допланетних тіл тривало десятки тисяч років. Зіткнення цих тіл один з одним призвело до того, що найбільші з них почали ще більш збільшуватися в розмірах, внаслідок чого утворилися планети, у тому числі і наша Земля.

Рання історія розвитку Землівключає три фази еволюції: акреції (народження); розплавлення зовнішньої сфери земної кулі; первинної кори (місячна фаза)

Фаза акреціїявляла собою безперервне випадання на Землю, що розтушувала, все більшої кількості великих тіл, що укрупнюються в польоті при зіткненнях між собою, а також в результаті тяжіння до них більш віддалених дрібних частинок. Крім того, на Землю падали і найбільші об'єкти - планетезімалії, що досягали в поперечнику багатьох кілометрів. У фазу акреції Земля набула приблизно 95% сучасної маси. На це пішло близько 17 млн ​​років (щоправда, деякі дослідники збільшують цей термін до 400 млн років). При цьому Земля залишалася холодним космічним тілом, і тільки в кінці цієї фази, коли почалося гранично інтенсивне бомбардування її великими об'єктами, сталося сильне розігрівання, а потім повне розплавлення речовини поверхні планети.

Фаза розплавлення зовнішньої сфери земної кулі настала у проміжку 4-4,6 млрд років тому. У цей час відбулася загальнопланетарна хімічна диференціація речовини, яка призвела до формування центрального ядра Землі і мантії, що його обволікає. Пізніше утворилася земна кора.

У цій фазі поверхня Землі являла собою океан важкої розплавленої маси з газами, що вириваються з нього. У нього продовжували стрімко падати дрібні та великі космічні тіла, викликаючи сплески важкої рідини. Над розпеченим океаном нависаю суцільно затягнуте густими хмарами небо, з якого не могло впасти жодної краплі води.

Місячна Фаза -час остигання розплавленої речовини Землі внаслідок випромінювання тепла в космос та ослаблення метеоритного бомбардування. Так утворилася первинна кора базальтового складу. Тоді ж відбувалося утворення гранітного шару материкової кори. Щоправда, механізм цього процесу досі не зрозумілий. У місячну фазу йшло поступове охолодження Землі від температури плавлення базальтів, що становить від 800- 1000 до 100 °З.

Коли температура опустилася нижче 100 ° С, з атмосфери випала вся вода, що покрила Землю. В результаті сформувалися поверхневі та ґрунтові стоки, з'явилися водоймища, у тому числі і первинний океан.

Вперше найбільш відповідну сучасним поглядам та досягненням науки гіпотезу про походження нашої планети запропонував відомий радянський вчений, академік О. Ю. Шмідт та розвинули його учні. За цією теорією утворилася шляхом поєднання твердих частинок і ніколи не проходила через «вогненно-рідку» стадію. Висока земних надр пояснюється накопиченням тепла, що виділяється при розпаді радіоактивних і лише малою мірою - теплом, що виділився при її утворенні.

За гіпотезою О. Ю. Шмідта зростання Землі відбувався з допомогою частинок, випадали її поверхню. При цьому кінетична частинка переходила в теплову. Оскільки виділення тепла відбувалося лежить на поверхні, більшість його випромінювалася в простір, а невелика частка йшла нагрівання поверхневого шару речовини. Спочатку нагрівання зростало, оскільки збільшення маси, а водночас і тяжіння Землі збільшувало силу ударів. Потім у міру того, як речовина вичерпувалося, процес зростання сповільнювався, а нагрівання почало зменшуватися. За розрахунками радянського вченого В. С. Сафронова, найбільшу температуру мали придбати ті верстви, які перебувають нині на глибині близько 2500 кілометрів. Їхня температура могла перевищувати 1000°. Але центральні та зовнішні частини Землі були спочатку холодними.

Розігрів Землі, як вважають академік В. І. Вернадський та його послідовники, цілком зумовлений дією радіоактивних елементів. Речовина Землі містить невелику домішку радіоактивних елементів: урану, торію, радію. Ядра цих елементів безперервно розпадаються, перетворюючись на ядра інших хімічних елементів. Кожен атом урану і торію, розпадаючись, порівняно швидко перетворюється на цілий ряд проміжних радіоактивних атомів (зокрема, в атом радію) і врешті-решт у стійкий атом того чи іншого ізотопу свинцю та кілька атомів гелію. При розпаді калію утворюються кальцій та аргон. Внаслідок розпаду радіоактивних елементів виділяється тепло. З окремих частинок це тепло легко вислизало назовні і розсіювалося у просторі. Але коли утворилася Земля - ​​тіло величезних розмірів, тепло почало накопичуватися в її надрах. Хоча в кожному грамі земної речовини за одиницю часу (наприклад, за рік) виділяється дуже мало тепла, за мільярди років, протягом яких існує наша планета, її накопичилося так багато, що температура в осередках надр Землі досягла гранично високого рівня. Згідно з розрахунками, поверхневі частини планети, з яких тепло і зараз продовжує повільно вислизати, ймовірно, вже пройшли через стадію найбільшого розігріву і почали остигати, але в глибоких внутрішніх частинах розігрів, мабуть, ще триває.

Однак слід зауважити, що, за даними вулканології та петрографії, ми не знаходимо в земній корі порід, які б утворювалися при вищих температурах ніж 1200°. І на деякій глибині їхня температура зазвичай нижча, бо спостереження показують, що на повітрі при окисленні складових частин, наприклад заліза, їхня температура підвищується приблизно на 50°. Глибинні породи містять приблизно такі ж мінерали, і, отже, температура їхнього утворення не вище. Більш того, ряд інших мінералів та уламків вугілля, включених у глибинних породах, а також включень у мінералах говорять про нижчу температуру глибинної магми, ніж у лави. Цей розігрів надр ніяк не відбивається на Землі і умовах життя у ньому, оскільки температура поверхні визначається не внутрішнім теплом, а теплом, одержуваним від Сонця. Через малу теплопровідність Землі потік тепла, що надходить з її надр до поверхні, в 5000 разів менше потоку тепла, одержуваного від Сонця.

Речовина Сонця також містить кілька радіоактивних елементів, але енергія, що виділяється ними, відіграє незначну роль у підтримці його потужного випромінювання. У внутрішніх частинах Сонця тиск і температура настільки високі, що там безперервно відбуваються ядерні реакції -об'єднання ядер атомів одних хімічних елементів у складніші ядра атомів інших елементів; при цьому виділяється величезна кількість енергії, яка підтримує протягом багатьох мільярдів років випромінювання Сонця.

З розігріванням Землі, мабуть, тісно пов'язане походження та гідросфери. і гази потрапили на Землю разом із твердими частинками та тілами, з яких вона утворилася. Хоча температура частинок у зоні планет земної групи була занадто висока у тому, щоб могло відбуватися заморожування газів, а й у умовах газові молекули рясно «налипали» на поверхню частинок. Разом з цими частинками вони увійшли до складу більших тіл, а потім і до Землі. Крім того, як зазначив О. Ю. Шмідт, у зону планет земної групи могли залітати крижані тіла із зони планет-гігантів. Не встигнувши прогрітися та випаруватися, вони могли падати на Землю, віддаючи їй воду та гази.

Нагрівання - найкращий спосіб вигнати з твердого тіла гази, що знаходяться в ньому. Тому розігрів Землі супроводжувалося виділенням газів і водяної пари, що містяться в невеликій кількості в земних кам'янистих речовинах. Прорвавшись на поверхню, водяні пари згустилися у води морів та океанів, а гази утворили атмосферу, склад якої спочатку суттєво відрізнявся від сучасного. Нинішній склад земної атмосфери значною мірою обумовлений існуванням лежить на поверхні Землі рослинної та тваринного життя.

Виділення газів і водяної пари з надр Землі триває й досі. При вулканічних виверженнях у повітря у великій кількості викидаються водяні пари і вуглекислий газ, а різних місцях Землі з надр її виділяються горючі гази.

За останніми даними науки, Земля складається з:

1. ядра, за своїми властивостями (щільності) подібного до залізо-нікелевих сполук, а найближче до залізо-силікатної речовини або металізованих силікатів;
2. мантії, що складається з речовини, що за фізичними властивостями наближається до гірських пород гранатових перидотитів та еклогітів.
3. земної кори, інакше кажучи, плівки гірських порід - базальтів та гранітів, а також порід, близьких до них за фізичними властивостями.

Великий інтерес представляє питання, як відбилася теорія О. Ю. Шмідта на теорії походження життя на Землі, розробленої академіком А. І. Опаріним. Згідно з теорією А. І. Опаріна, жива речовина виникла шляхом поступового ускладнення складу з простих органічних сполук (таких, як метан, формальдегід), розчинених у воді на поверхні Землі.

При створенні своєї теорії А. І. Опарін виходив із поширеного на той час уявлення про те, що Земля утворилася з розпечених газів і, пройшовши «вогненно-рідку» стадію, затверділа. Але на стадії розпеченого газового згустку метан було існувати. У пошуках шляхів утворення метану А. І. Опарін залучив схему його утворення внаслідок впливу гарячої водяної пари на карбіди (з'єднання вуглецю з металами). Він вважав, що метан з водяною парою піднімався тріщинами на поверхню Землі і таким чином опинився у водному розчині. Слід зазначити, що тільки утворення метану відбувалося за високої температури, а подальший процес, що призвело до виникнення життя, протікав у воді, тобто. за температури нижче 100°.

Дослідження показують, що метан у суміші з водяними парами присутній у викидах газу лише за температур нижче 100°. За високих температур на розпеченій лаві у викидах метан не виявляється.

Згодою теорії О. Ю. Шмідта, гази та водяні пари в невеликій кількості від початку увійшли до складу Землі. Тому вода могла з'явитися на Землі ще на ранніх стадіях розвитку нашої планети. У ній із самого початку були присутні в розчині вуглеводи та інші сполуки. Таким чином, висновки з нової космогонічної теорії обґрунтовують наявність у Землі з початку її існування саме тих умов, які потрібні для виникнення життя за теорією А. І. Опаріна.

Дослідження поширення хвиль землетрусів, проведені межі XIX і XX століть, показали, що щільність речовини Землі спочатку збільшується плавно, та був зростає стрибками. Це підтверджувало думка, що раніше встановилася, про те, що в надрах Землі відбувається різке поділ кам'янистої речовини і заліза.

Як тепер встановлено, межа щільного ядра Землі розташована на глибині 2900 км від поверхні. Діаметр ядра перевищує одну другу діаметра нашої планети, а маса становить одну третину маси всієї Землі.

Кілька років тому більшість геологів, геофізиків та геохіміків припускали, що щільне ядро ​​Землі складається з нікелістого заліза, подібного до того, що є у метеоритах. Вважалося, що залізо встигло стекти до центру, поки Земля була вогненно-рідкою. Проте ще 1939 року геолог У. М. Лодочников наголошував на необґрунтованості цієї гіпотези і вказував на те, що ми погано знаємо поведінку речовини при тих величезних тисках, які існують усередині Землі внаслідок величезної ваги вищележачих шарів. Він передбачав, що поряд із плавною зміною щільності в міру збільшення тиску повинні існувати й стрибкоподібні зміни.

Розробляючи нову теорію, Шмідт висунув припущення, що утворення залізного ядра сталося внаслідок поділу речовини Землі під впливом сили тяжіння. Цей процес розпочався після того, як у надрах Землі стався розігрів. Але незабаром необхідність пояснення утворення залізного ядра відпала, оскільки погляди В. І. Лодочникова отримали розвиток у вигляді гіпотези Лодочникова - Рамзея. Стрибкоподібна зміна властивостей речовини при дуже високих тисках була підтверджена теоретичними розрахунками.

Розрахунки показують, що вже на глибині близько 250 кілометрів тиск у Землі досягає 100 000 атмосфер, а в центрі він перевищує 3 мільйони атмосфер. Тому навіть при температурі в кілька тисяч градусів речовина Землі може бути не рідкою у звичайному сенсі слова, а подібно до вару або смоли. Під впливом тривалих сил воно здатне на повільні переміщення і деформації. Наприклад, обертаючись навколо своєї осі, Земля під дією відцентрової сили набула сплюснутої форми, ніби вона є рідкою. У той же час по відношенню до короткочасних сил вона поводиться як тверде тіло з пружністю, що перевищує пружність сталі. Це проявляється, наприклад, під час поширення хвиль землетрусів.

Завдяки податливості земних надр у яких відбуваються повільні переміщення речовин під впливом сили тяжіння. Тяжкіші речовини опускаються вниз, а легші — вгору. Ці переміщення настільки повільні, що, хоч вони й тривають мільярди років, створилася лише невелика концентрація важчих речовин, прилеглих до центру Землі. Процес розшарування глибоких надр Землі, можна сказати, тільки почався і відбувається досі.

Вступ

Земля - ​​третя по порядку від Сонця планета у Сонячній системі. Вона займає п'яте місце за розміром і масою серед великих планет, але з внутрішніх планет так званої «земної» групи, до якої входять Меркурій, Венера, Земля та Марс, вона є найбільшою.

Склад і будова Землі останні десятиліття продовжують залишатися однією з найбільш інтригуючих проблем сучасної геології. Знання про внутрішню будову Землі поки що дуже поверхневі, оскільки отримані на підставі непрямих доказів. Прямі свідчення відносяться лише до поверхневої плівки планети, яка найчастіше не перевищує півтора десятка кілометрів. Крім цього, важливо вивчати становище планети Земля у космічному просторі. По-перше, щоб зрозуміти закономірності та механізм розвитку Землі та земної кори, треба знати вихідний стан Землі при її формуванні. По-друге, вивчення інших планет доставляє найцінніший матеріал пізнання ранніх стадій розвитку нашої планети. І, по-третє, порівняння будови та еволюції Землі з іншими планетами Сонячної системи дозволяє зрозуміти, чому саме Земля стала батьківщиною людства.

Вивчення внутрішньої будови Землі є актуальним і життєво важливим. З ним пов'язані утворення та розміщення багатьох видів корисних копалин, рельєфу земної поверхні, виникнення вулканів та землетрусів. Знання про будову Землі необхідні й упорядкування геологічних і географічних прогнозів.

Розділ 1. Гіпотези походження Землі

Протягом багатьох століть питання про походження Землі залишалося монополією філософів, оскільки фактичний матеріал у цій галузі майже був відсутній. Перші наукові гіпотези щодо походження Землі та Сонячної системи, засновані на астрономічних спостереженнях, були висунуті лише у XVIII столітті. З того часу не переставали з'являтися нові і нові теорії, відповідно до зростання наших космогонічних уявлень.

Одна з перших гіпотез була висловлена ​​в 1745 французьким натуралістом Ж. Бюффоном. Згідно з гіпотезою, наша планета утворилася в результаті остигання одного зі згустків сонячної речовини, викинутого Сонцем при катастрофічному зіткненні його з великою кометою.

Думка Бюффона про утворення Землі із сонячної плазми була використана в цілій серії пізніших і найдосконаліших гіпотез «гарячого» походження Землі. Провідне місце посідає небулярнагіпотеза, розроблена німецьким філософом І. Кантом у 1755 р. та французьким математиком П. Лапласом у 1796 р. незалежно один від одного (рис.1). Згідно з гіпотезою, Сонячна система утворилася з єдиної розпеченої газової туманності. Обертання навколо осі зумовило дископодібну форму туманності. Після того як відцентрова сила в екваторіальній частині туманності перевищила силу тяжіння, по всій периферії диска почали відокремлюватися газові кільця. Їх остигання призвело до формування планет та його супутників, та якщо з ядра туманності виникло Сонце.

Мал. 1. Небулярна гіпотеза Лапласа. На цьому малюнку наочно представлено згущення газової туманності, що обертається в Сонці, планети і астероїди

Гіпотеза Лапласа була науковою, оскільки ґрунтувалася на законах природи, відомих із досвіду. Однак після Лапласа було відкрито нові явища у Сонячній системі, які його теорія не могла пояснити. Наприклад, виявилося, що планети Уран, Венера обертаються навколо своєї осі не в той бік, куди обертаються інші планети. Були краще вивчені властивості газів та особливості руху планет та їх супутників. Ці явища також узгоджувалися з гіпотезою Лапласа і від неї довелося відмовитися.

Певним етапом у розвитку поглядів освіту Сонячної системи була гіпотеза англійського астрофізика Джеймса Джинса (рис.2). Він вважав, що планети утворилися в результаті катастрофи: якась відносно велика зірка пройшла зовсім близько від Сонця, що наслідував, наслідком чого з'явився викид з поверхневих шарів Сонця струменя газу, з яких згодом утворилися планети. Але гіпотеза Джинса, як і гіпотеза Канта-Лапласа, неспроможна пояснити невідповідність у розподілі моменту кількості руху між планетами і Сонцем.

Мал. 2. Освіта сонячної системи за Джинсом

Принципово нова ідея закладена в гіпотезах холодного походження Землі. Найбільш глибоко розроблено метеоритнагіпотеза, запропонована радянським ученим О. Ю. Шмідтом у 1944 р (рис.3). Згідно з гіпотезою, кілька мільярдів років тому «наше» Сонце зустріло при своєму русі у Всесвіті велику газопилову туманність. Значна частина туманності пішла за Сонцем і почала обертатися навколо нього. Окремі дрібні частинки злипалися у великі згустки. Згустки у міру свого руху також стикалися один з одним і обростали все новим матеріалом, утворюючи щільні грудки – зародки майбутніх планет.

Мал. 3. Утворення сонячної системи з метеоритної гіпотези

О. Ю. Шмідта

За О. Ю. Шмідтом, у період формування Землі її поверхня залишалася холодною, згустки стискалися, за рахунок цього почався процес самогравітації речовини, внутрішня частина поступово нагрівалася від тепла, що виділяється при розпаді радіоактивних елементів. З роками у гіпотези Шмідта з'явилося багато слабких сторін, одна з них - це припущення про захоплення Сонцем частини газопилової хмари, що зустрілася. Виходячи з закону механіки, для захоплення Сонцем речовини необхідно було повністю зупинити цю речовину, а Сонце мало володіти величезною силою тяжіння, здатною зупинити цю хмару і притягнути її до себе. До недоліків метеоритної гіпотези відноситься мала ймовірність захоплення Сонцем газово - пилової (метеоритної) хмари та відсутність пояснення концентричної внутрішньої будови Землі.

Згодом склалося ще багато теорій, що стосуються походження Землі та Сонячної системи в цілому. За підсумками поглядів О.Ю. Шмідта (1944), Ст Амбарцумяна (1947), B.C. Сафронова (1969) та інших вчених сформувалася сучасна теоріяпланетарної освіти Землі та інших планет Сонячної системи (рис. 4). Причиною появи планет нашої системи став вибух наднової зірки. Ударна хвиля від вибуху близько 5 млрд років тому стиснула газопилову туманність. Концентрація матеріальної речовини (пилу, сумішей газів, водню, гелію, вуглецю, важких металів, сульфідів) виявилася настільки значною, що це призвело до початку термоядерного синтезу, зростання температури, тиску, появи явища самогравітації в первинному Сонці та зародження протопланет.

Мал. 4. Освіта сонячної системи (сучасна теорія)

1 – вибух наднової зірки породжує ударні хвилі, що впливають на газопилову хмару; 2 - газопилова хмара починає фрагментуватися і сплющуватися, закручуючи при цьому; 3 – первинна сонячна небула (туманність); 4 – утворення Сонця та гігантських, багатих на газ планет – Юпітера та Сатурна; 5 – іонізований газ – сонячний вітер здуває газ із внутрішньої зони системи та з дрібних планетезималей; 6 – утворення внутрішніх планет із планетезималей протягом 100 млн років та формування хмар Оорта, що складаються з комет

Первинна Земля виявилася пов'язаною з Місяцем приливними взаємодіями. Місяць визначив нахил осі її обертання своєю орбітою та масою та зумовив кліматичну зональність Землі, виникнення електричного та магнітного полів.

Після утворення земного ядра (на межі архею та протерозою), що містить близько 63% сучасної маси, подальше зростання Землі відбувалося вже більш спокійно та рівномірно за тектономагматичними циклами. Таких циклів вчені-тектоністи нарахували близько 14. Значна тектонічна активність на Землі спостерігалася близько 2,6 млрд. років тому, переміщення літосферних плит на той час відбувалося зі швидкістю 2-3 м на рік. Поверхня Землі була оповита щільною вуглекисло-азотною атмосферою з тиском до 4-5 атм. та температурою до +30…+100 °С. Виник перший неглибокий Світовий океан, дно якого було вкрите базальтами та серпентинітом.

У ранньому протерозої відбулося насичення первинною водою третього (серпентинітового) шару океанічної кори. Це відразу позначилося зниження тиску вуглекислого газу первинної атмосфері. У свою чергу зменшення вуглекислого газу в атмосфері призвело до різкого зниження температури на поверхні Землі. Поява кисню та озонового шару в атмосфері сприяло формуванню біосфери та географічної оболонки.

Процес розшарування, диференціації надр Землі відбувається і зараз, забезпечуючи існування рідкого зовнішнього ядра і конвекцію в мантії. Атмосфера та гідросфера виникли в результаті конденсації газів, що виділялися на ранній стадії розвитку планети.

Подібна інформація.