Сообщение как возникла земля
Как появилась Земля
Существуют различные гипотезы о том, как появилась Земля. Человечество на протяжении многих столетий пытается раскрыть тайну возникновения нашей планеты и жизни на ней, однако учёные до сих пор не приблизились к разгадке.
О ранних теориях происхождения
Учёные выдвигали разные теории о том, как появилась Земля. Например, в восемнадцатом столетии французские исследователи считали, что наша планета возникла в результате космической катастрофы, когда Солнце столкнулось с кометой. Английские учёные утверждали: астероид, пролетавший мимо светила, отсек его часть, из которой в дальнейшем образовались многие небесные тела. Германские исследователи полагали, что планеты, составляющие Солнечную систему, были образованы из огромного холодного пылевого облака. Из невероятного количества разрозненных теорий можно сделать только один вывод: создание Земли обладает неразрывной связью с процессом формирования всех планет и звёзд, составляющих систему Солнца.
Формирование Земли
Образование Земли связывают с туманностью, представлявшей собой обломки звёзд, относящихся к более ранним поколениям. Сформировали её микроскопические частицы железа, льда и прочих веществ, которые были сосредоточены в охлаждённых звёздных слоях и выброшены в космическое пространство. Благодаря силам притяжения частицы газовых дисков сталкивались и склеивались друг с другом. Данный феномен известен как аккреция.
Исследователи изучают происхождение Земли по горным породам, однако возраст древнейших из них насчитывает не более 3,7 миллиарда лет. По этой причине все предшествующие события, касающиеся эволюционного развития нашей планеты, являются всего лишь гипотезами и опираются на косвенные данные.
Следующий этап создания Земли характеризовался соединением мелких частиц в планетезимали (небесные тела, состоящие из частиц пыли протопланетных дисков). Сталкиваясь, разрушаясь и соединяясь, за несколько миллиардов лет планетезимали, выполняющие роль строительных блоков, образовали ядро, которое стало центром-зародышем будущей Земли. Крупнейшие зародыши начали конкурировать друг с другом за остававшиеся свободными планетезимали. Данный процесс длился от одного до десяти миллионов лет. На протяжении всего периода происходил захват газовых облаков зародышами планет, образующими внутреннюю часть Солнечной системы.
Многие современные учёные сходятся во мнении, что процесс формирования нашей планеты длился около 400 миллионов лет, сопровождался падениями метеоритов и столкновениями с астероидами. Земля продолжила эволюционировать и после своего рождения. Разогрев недр осуществлялся благодаря двум видам энергии: образованной во время склеивания частиц и высвобождавшейся при ядерных реакциях. Данное явление спровоцировало процесс интенсивного формирования ядра и внутренних оболочек планеты.
Образование Земли на начальном этапе сопровождалось высокой температурой внутренних слоёв. Поэтому даже на незначительной глубине пролегали пласты, которые составляли преимущественно расплавленные горные породы. Догеологический (начальный) этап продолжался около 900 миллионов лет, однако на данный момент он является плохо изученным и скрывает массу неразгаданных тайн. На протяжении всего периода возникало много вулканов, выбрасывающих водяной пар и газ. Учёные считают, что в течение догеологического периода произошло формирование важнейших оболочек: коры, мантии и ядра. Причиной расслоения была метеоритная бомбардировка земной поверхности и последующее плавление ее отдельных частей.
Есть две основных теории возникновения земного ядра. Первая предполагает разделение изначального однородного ядра на силикатную мантию и более тяжёлый центр с расплавленным железом. Процесс образования жидкого ядра происходил по мере просачивания капель металла и других тяжёлых химических соединений к сердцевине Земли. Слои лёгкого шлака поднимались к земной поверхности в то время? как тяжёлые соединения опускались ниже. Именно они составляют современную планетную кору и внешние части мантии. У данного предположения отсутствует убедительное объяснение, касающееся «просачивания» расплавленного железно-никелевого сплава в глубину планеты на тысячи километров и достижения им ядра.
Вторая гипотеза утверждает, что основу железного ядра составляют части, оставшиеся от метеоритов, бомбардировавших поверхность молодой планеты. Она была покрыта каменными (силикатными) метеоритами, образовавшими мантию. Уязвимым местом данной теории является следующий фактор: такой феномен мог быть обусловлен исключительно поочерёдным падением железных и каменных метеоритов. Однако согласно данным исследований удалось выяснить, что метеориты, обладающие железной структурой, могли возникнуть только в результате разрушений уже сформированных планет. Таким образом, каждая из гипотез имеет ряд несогласований. Точной теории о том, как возникла Земля, на данный момент не существует.
Нельзя отрицать важность плотного внутреннего ядра планеты для всех живых организмов. Именно оно делает массу Земли достаточно большой для удержания водяных паров и атмосферных газов в гравитационном поле. Без них не могут существовать гидросфера и прочие слои. В случае, если наша планета лишится собственного ядра, на ней не останется воздуха и воды.
Устройство земного ядра, возникшего на ранних этапах существования планеты, предполагает наличие внешних и внутренних оболочек. Учёные считают, что расстояние от поверхности до внешнего слоя составляет примерно 3000-5000 километров. Физические свойства ядра максимально приближены к жидкости. В его состав входят расплавленный никель и железо, обладающие превосходными показателями электропроводности. Данный слой позволяет существовать магнитному полю, создаваемому по закону Фарадея (электромагнитной индукции), что обеспечивает постоянное движение проводников тока.
В состав внутреннего ядра входят: диоксид кремния (20% от общей массы) и железо (80% от общей массы), а само оно расположено между внешним слоем и центром земного шара. Ядро имеет очень высокую температуру и большую плотность. У внешнего ядра есть связь с мантией, тогда как существование внутреннего является более автономным. Сочетание огромного давления с высокими температурами позволяет веществу оставаться в твёрдом состоянии. Предполагается, что даже самый лёгкий земной газ водород в подобных условиях пребывает в твёрдой форме.
Вопрос о том, как появилась Земля, и по сей день является открытым. Существуют различные теории о внутренней структуре планеты, однако ни одна из них не имеет достаточного количества доказательств. Большая часть исследователей сходится во мнении, что центральная оболочка начала формироваться одновременно с появлением Земли.
Ядро покрыто мантией. Слой пространства на глубине 2900 километров от центра к коре заполнен пластическим (нетвёрдым, полурасплавленным) веществом. Мантия обладает массой приблизительно 67% от общего веса планеты. Слой считается неустойчивым из-за того, что он пребывает в пластическом состоянии и перманентном движении. Толщина коры (внешней оболочки) варьируется от нескольких десятков километров (под материковыми плитами) до нескольких километров (под океанами).
На начальных этапах возникновения Земли слой коры был довольно тонким и представлял собой расплавленный базальт в застывшем состоянии. В наши дни выделяют следующие слои:
Геологи хорошо изучили осадочный и гранитный слои, однако до базальтового пока что ещё никто не добрался. Из-за того, что он пролегает на больших глубинах, получить доступ к нему невозможно даже с помощью самой современной буровой скважины.
Получить косвенную информацию о том, как появилась Земля, можно используя новейшие сейсмические методы. При землетрясениях на глубине от нескольких десятков до семисот километров образуются сейсмические волны. Их скорость варьируется в зависимости от плотности среды распространения (к примеру, скорость звуковых волн в воздухе в разы ниже, чем в воде). Анализ скорости сейсмических волн позволяет получить вполне достоверные сведения о показателях плотности веществ на различных уровнях коры.
О том, как была сформирована поверхность древней Земли
Происхождение Земли на начальных этапах (4,5 – 4 миллиарда лет назад) сопровождалось расслоением внутренних материй. Метеориты бомбили поверхность, в результате чего образовывались кратеры. Удары высвобождали энергию, которая трансформировалась в тепловую. Метеоритный подогрев активировал вулканическое извержение и выход паров и газов из недр планеты. Внушительная площадь нашей планеты была покрыта расплавленной магмой, образовывавшей поля из базальта.
После возникновения Земли постепенно происходили метаморфозы в её внутренней структуре: кора, мантия и ядро неоднократно изменялись перед тем, как принять знакомую нам форму. После того, как возникла Земля, она обзавелась собственным спутником – Луной, над разгадкой появления которой бьются многие современные учёные. Наиболее убедительная гипотеза – Луна образовалась, когда два крупных небесных тела столкнулись друг с другом.
Луна сильно отличается от нашей планеты: на её поверхности отсутствует вода, однако оба небесных тела обладают похожими кислородными подписями (идентичным соотношением изотопов кислорода). Данные сведения наталкивают многих учёных на мысль, что Луна и Земля были сформированы из одинаковых планетезималей. Спутник оказывает существенное влияние на нашу планету, вызывая отливы и приливы как в океанах, так и в водах, скрытых под земной корой.
Об атмосфере и гидросфере
Создание Земли сопровождалось появлением базальтового слоя коры и расплавленной магмы, поднимавшейся по разломам вверх. В ней содержались газы. Высокие температуры и давление провоцировали бурное протекание химических реакций. В результате образовывался ряд привычных земных веществ, от угарного газа (монооксида углерода) и углекислого газа до водорода и азота. Таким образом? появление первичной атмосферы непосредственно связано с недрами планеты, однако она обладала массой отличий от современной.
Кислорода во время появления Земли в свободной форме фактически не существовало, он входил в различные химические соединения. Атмосфера была ядовитой, непригодной для дыхания, и не имела озонового слоя, защищающего в наши дни всех живых существ от космического радиационного воздействия. Её обогащение осуществлялось последовательно за счёт продуктов сгорания метеоритных тел. После того, как появилась Земля, постепенно произошло изменение её атмосферы, а главными составляющими стали: кислород (20%), азот (75%) и аргон (чуть менее 1%). Значительно снизилось содержание водяных паров и диоксида углерода.
Происхождение Земли сопровождалось медленным охлаждением и формированием первичной атмосферы. В результате образовалась водная оболочка – гидросфера. Древняя атмосфера содержала водяной пар в больших количествах, вырывавшийся из глубины со слоями расплавленной лавы. Он конденсировался и выпадал в виде осадков. Водные потоки, собираясь на поверхности, скапливались в углублениях и постепенно становились озёрами. В результате циркуляции жидкости водоёмы увеличивались в размерах и превращались в океаны. В потоках присутствовали микрочастицы горных пород и ряд других веществ, что сделало морскую воду солёной.
Описание того, как появилась Земля, строится на гипотезах, поскольку учёные могут судить о том, как именно была сформирована гидросфера и первичная атмосфера исключительно по косвенным данным. Все существующие гипотезы как возникла Земля обладают противоречиями и неразгаданными по сей день тайнами. Современная наука располагает довольно незначительным количеством сведений, касающихся первого периода эволюции планеты.
Как образовалась Земля?
Сотни миллионов лет силы притяжения сжимали «строительный материал» Земли — третьей по удаленности от Солнца планеты, которая появилась 4,6 млрд лет назад. Ее формирование не окончено и по сей день. До сих пор недра планеты и ее тонкая кора находятся в постоянном движении, изменяя очертания материков, рельеф и климат.
Рождение Земли и ее структура (4,6 млрд лет назад)
Туманность, из которой появилась Земля, представляла собой обломки звезд более ранних поколений. Она состояла из микроскопических частиц льда, железа и других веществ, собранных в более охлажденных слоях звезд и выброшенных в космос. Силы притяжения сталкивали эти частицы газового диска и склеивали их между собой. Такое явление называется аккрецией.
История нашей планеты записана в горных породах, но даже самые древние из них насчитывают только 3,7 млрд лет, поэтому о более ранних событиях земной эволюции можно судить лишь на основании косвенных данных и построенных на их основе гипотез.
На следующем этапе формирования планеты мелкие частицы соединялись в крупные (размером до километра) — «строительные блоки», называемые планетезималями, которые сталкивались, то разрушаясь, то, наоборот, соединяясь вместе. Таким образом постепенно 5–4,6 млрд лет назад возникло ядро — центр-зародыш будущей планеты Земля.
Наиболее крупные из таких зародышей стали конкурировать между собой за планетезимали, которые оставались свободными. Это происходило на протяжении 1–10 млн лет. Зародыши планет внутренней части Солнечной системы захватывали газовые облака и сливались друг с другом. Процесс образования каждой планеты оказался уникальным, этим и объясняется их разнообразие.
Современная наука считает, что Земля сформировалась за 300–400 млн лет. Этот процесс был достаточно бурным, его сопровождали столкновения с астероидами и падения метеоритов.
Как в гигантской центрифуге, более плотные вещества опускались к центру планеты, в то время как легкие всплывали на поверхность. Эволюция Земли продолжалась и после ее рождения. Два вида энергии: та, которая образовывалась при склеивании частиц, та, что высвобождалась в результате ядерных реакций, разогревали недра юной планеты. В результате этого стало интенсивно формироваться ядро и внутренние оболочки Земли.
Внутренние слои планеты были настолько раскалены, что на глубине всего в несколько десятков километров лежал пласт расплавленных горных пород. С момента формирования Земли вещество и энергия недр, поверхности и атмосферы находились в состоянии постоянного взаимного обмена. Тем самым были созданы условия для зарождения будущей жизни.
Начальный этап жизни юной планеты после ее рождения принято называть догеологическим. Этот период длился 0,9 млрд лет, он пока еще недостаточно изучен и скрывает множество загадок. В то время появлялось множество вулканов, которые выбрасывали газы и водяные пары.
Принято считать, что в догеологический период сформировались важнейшие оболочки, которые современная наука выделяет в структуре Земли, — ядро, мантия и земная кора. Такое расслоение было вызвано мощной метеоритной бомбардировкой планеты и последующим плавлением некоторых ее частей.
Существует две гипотезы того, как появилось земное ядро. Согласно первой изначально однородное вещество, из которого состояла Земля, разделилось на тяжелый центр, куда «стекало» расплавленное железо, и более легкую мантию, состоящую из силикатов. Образование ядра, которое и по сей день остается жидким, происходило по мере того, как капли металла и другие тяжелые химические соединения как бы просачивались к сердцу планеты. Место опускающихся тяжелых соединений занимали более легкие шлаки — они поднимались к поверхности Земли. Из них состоит современная кора планеты и внешняя часть мантии. Это предположение не дает убедительного объяснения тому, как расплавленный железно-никелевый сплав мог «просочиться» более чем на тысячу километров вглубь земного шара и достичь его центра.
Сторонники второй гипотезы считают, что железное ядро Земли — это остатки железных метеоритов, с которыми сталкивалась планета вскоре после своего рождения. Потом их покрыл слой каменных (силикатных) метеоритов, из которого образовалась мантия. Уязвимое место этой гипотезы в том, что для такого хода событий железные и каменные метеориты должны были существовать раздельно и падать на Землю в строгой очередности. В то же время исследования показывают, что те из них, которые имеют железную структуру, могут появиться только в результате разрушения уже сформированной планеты. Таким образом, они не могут быть младше других планет Солнечной системы. Так как обе гипотезы не вполне убедительны, остается признать, что точным знанием о возникновении ядра Земли люди пока не обладают.
Плотное внутреннее ядро Земли очень важно для всего живого. Благодаря ему масса планеты достаточно велика, чтобы удерживать в своем гравитационном поле атмосферные газы, водяные пары, без которых не было бы гидросферы, и другие земные слои. Если бы Земля лишилась своего ядра, то мы остались бы и без воды, и без воздуха.
Как же устроено земное ядро, которое, очевидно, возникло в самом начале жизни планеты? В нем есть внешние и внутренние оболочки. Считается, что внешний слой лежит на глубине в 2900–5100 км от поверхности Земли и по своим физическим свойствам характеризуется почти как жидкость. Он состоит из потоков расплавленного железа и никеля и является прекрасным проводником электрического тока. Именно этому слою мы обязаны существованием магнитного поля нашей планеты, которое создается по законам электромагнитной индукции постоянно движущимся проводником тока.
Промежуток в 1270 км от внешнего слоя до центра земного шара занимает внутреннее ядро, состоящее на 4/5 из железа и на 1/5 из диоксида кремния. Оно обладает очень высокой температурой и большой плотностью. Внешнее ядро связано с земной мантией, тогда как внутреннее существует само по себе. Высокие температуры сочетаются в последнем с огромным давлением (до 3 млн атмосфер), поэтому его вещество остается твердым. Предполагают, что даже легчайший из земных газов — водород — в таких условиях существует в твердой фазе.
Происхождение земного ядра и внутренняя структура нашей планеты продолжают быть научными загадками. Очень многое остается непознанным по сей день. Пока большинство ученых сходятся во мнении, что формирование центральной оболочки началось одновременно с рождением самой Земли.
Ядро покрывает мантия. Ее пластическое (полурасплавленное, нетвердое) вещество заполняет толщу пространства на глубину 2900 км от земной коры к центру планеты. Масса мантии составляет примерно 67% от общей массы планеты. Считается, что этот слой неустойчив за счет своего пластического состояния и находится в постоянном движении. В наиболее глубоких слоях мантии, где давление выше, его состояние переходит в твердое. Внешняя оболочка Земли — кора — имеет толщину от нескольких километров под дном океанов до нескольких десятков километров под материками.
В самом начале истории нашей планеты земная кора была относительно тонкая и представляла собой застывший слой расплавленного базальта. На сегодняшний день в ней различают три слоя: осадочный — у самой поверхности, гранитный и самый глубокий — базальтовый. Первые два хорошо изучены геологами, а вот третий пока никто не видел. На континентах базальтовый слой не выходит на поверхность, а из-за нахождения на большой глубине он недоступен даже для самых современных буровых скважин.
Однако мы все равно знаем о нем кое-что благодаря новейшим сейсмическим методам. Во время землетрясений на глубине 10–700 км возникают волны, которые называют сейсмическими. Как у всякой волны, их скорость тем выше, чем плотнее та среда, в которой они распространяются (например, звуковые волны распространяются в воде в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе). Анализируя скорость сейсмических волн, можно судить о плотности вещества на разных уровнях в земной коре.
С помощью такого метода была построена карта глубины нашей планеты и доказано, что скорость сейсмических волн в самом нижнем слое земной коры близка к той, которая развивается в базальтовом. Еще одно косвенное подтверждение существования этого третьего загадочного слоя — повсеместное распространение на Земле базальтовых лав. Современные поля, состоящие из этого вещества, на поверхности планеты — след древних вулканических извержений. По глубоким разломам расплавленный базальт поднимался из земных недр, выплескивался на поверхность и застывал.
Как же возник базальтовый слой земной коры? В самом начале жизни нашей планеты, примерно 4–4,5 млрд лет назад, Земля была сильно раскалена. В верхней части мантии давление было немного ниже, поэтому там был возможен переход части веществ из твердого состояния в жидкое. Образовывалась магма, близкая по составу к базальту. Она медленно двигалась вверх к поверхности Земли. Извергаясь, магма остывала и отвердевала. Так постепенно складывалась кора из базальтов.
Говоря о строении Земли, нам часто придется пользоваться термином «горные породы». Считается, что впервые так назвал разные группы минералов русский ученый Василий Михайлович Севергин в конце XVIII в. В те времена изучение камней было частью горного дела, поэтому использовалось слово «горные», хотя камни, разумеется, существуют не только в горах.
Горные породы делятся на три основных типа: магматические, осадочные и метаморфические. Происхождение первого типа нам уже понятно: эти породы образованы застывшей магмой. Они имеют ярко выраженное кристаллическое строение, при этом чем медленнее остывала вулканическая лава, тем крупнее получались кристаллы. К таким породам относятся, например, граниты и базальты.
Осадочные породы возникают из обломков кристаллических минералов, их так и называют — обломочные (песок, речная галька или мельчайшие частицы, которые образуют глину), а также из останков живых организмов — тогда они называются органическими (это и каменный уголь, и известняк, в котором видны осколки морских ракушек, и, конечно же, нефть). Когда минералы подвергаются глубоким физическим и химическим изменениям (метаморфозам) под действием высоких температур и давления, получаются метаморфические породы.
Метаморфизму могут подвергаться как магматические, так и осадочные породы. К первым относятся многие сланцы, а ко вторым — хорошо известный мрамор, который возник в результате глубоких преобразований известняка.
Одной из самых распространенных в земной коре пород считаются метаморфические гнейсы.
Формирование поверхности древней Земли и возникновение Луны (4,6–4 млрд лет назад)
На начальном этапе формирования Земли (около 4,6–4 млрд лет назад) расслоение внутренней материи земного шара сопровождалось интенсивной метеоритной бомбардировкой поверхности планеты. Метеориты падали на Землю и образовывали кратеры. Огромная энергия ударов, подчиняясь закону ее сохранения, переходила в тепло: холодные (около абсолютного нуля!) метеориты разогревали земную поверхность и недра планеты. Одновременно с метеоритным подогревом шло постоянное извержение огромного количества вулканов. Пары и газы выходили наружу из глубин планеты.
Из раскаленных недр вырывалась расплавленная магма, которая покрывала огромные пространства юной планеты и образовывала базальтовые поля — в то время земная поверхность была похожа на лунную.
Шаг за шагом внутренняя структура Земли приближалась к современной научной модели. Формировались ядро, мантия и кора, которая еще многократно изменялась, прежде чем приняла знакомые нам очертания.
Луна превосходит любой другой спутник в Солнечной системе по соотношению собственного размера к такой же характеристике Земли. В этом заключатся непохожесть Луны на другие планеты-спутники. Ее загадку долго пыталась разгадать современная наука. Наиболее убедительной считается гипотеза, согласно которой Луна появилась после мощного столкновения небесных тел. О подробностях этой космической катастрофы и ее влиянии на историю Земли мы поговорим позже.
Луна не похожа на нашу планету: на ее поверхности нет воды, не существует лунной атмосферы, в ее составе мало железа, а также летучих соединений. Однако соотношение изотопов кислорода у этих планет почти одинаково. Этот важный показатель еще называют кислородной подписью. Такие данные позволяют выдвинуть гипотезу о том, что и Земля, и Луна сформировались из одних и тех же планетезималей («строительных блоков») на одинаковом расстоянии от Солнца.
Присутствием огромного спутника объясняются многие явления на нашей планете. Луна находится по космическим меркам не очень далеко от нас, поэтому ее притяжение хорошо ощущается на Земле. Оно вызывает приливы и отливы не только в океанах, но и в закрытых водоемах земной коры.
Лунное притяжение вызывает волны, которые пробегают по земной поверхности и вытягивают ее примерно на 50 см в сторону планеты-спутника.
Великая космическая катастрофа и метеоритные бомбардировки
Ученые Дональд Дэвис и Уильям Хартманн объясняли появление Луны с помощью гипотезы космической катастрофы. Суть ее в том, что протоземля в некоторый момент столкнулась с другой древней планетой, размер которой был, как у современного Марса. Этой гипотетической планете дали имя Тея — так греки называли мать богов солнца, зари и луны (Гелиоса, Эос и Селены).
Считается, что Тея появилась 4,6 млрд лет назад одновременно с другими планетами Солнечной системы и тоже вращалась по орбите Земли, но притяжение Солнца и Земли сместили ее, и она врезалась в Землю.
Столкновение произошло на небольшой скорости и почти по касательной — планеты не разрушились и только часть вещества Земли и Теи была выброшена в космос. Эти попавшие на околоземную орбиту обломки и дали начало Луне, которая стала двигаться по земной орбите. Земля же после столкновения увеличила скорость своего вращения (цикл «день-ночь») и наклон его оси.
Компьютерное моделирование подтвердило возможность такого хода событий и указало на то, что Луне после столкновения потребовалась сто лет — лишь миг по космическим меркам, — чтобы стать шаром. Низкое содержание железа в составе спутника нашей планеты объясняется тем, что столкновение произошло уже после формирования земного ядра, которое вобрало в себя большую часть земного железа.
Обломки астероидов, блуждающие в космосе, куски планетезималей, которые так и не стали планетами, — весь этот космический мусор выпадал на поверхности Земли и Луны в виде метеоритов. Предполагают, что в первые 700 млн лет своей жизни наша планета притягивала больше метеоритов, чем ее спутник, из-за своей массы, превосходящей лунную.
Масштабные геологические изменения последующих временных эпох скрыли от нас следы былых космических атак. На поверхности же Луны, а также таких планет, как Марс и Меркурий, остались отметки соударений — кратеры. Они могут быть огромными и напоминать моря размером в тысячи километров или совсем маленькими. Земля в начале своей жизни также подвергалась бомбардировке метеоритами самых разных размеров.
На поверхность нашей планеты за 100 млн лет упало 3 ´ 1022 кг космических обломков — этого хватило бы, чтобы составить грузовой поезд из 500 000 000 000 000 000 нагруженных вагонов! При падении метеоритов их кинетическая энергия переходила в тепловую. Они разрушались и взрывались, нагревая Землю, выделяя газы и смешивая вещества из своего состава с земными.
Тепло, которое при этом выделялось, частично расплавило оболочку молодой планеты, но последовавшие гигантские извержения вулканов почти полностью уничтожили следы космической бомбардировки.
Более 160 метеоритных кратеров найдено на поверхности Земли. Они сразу возникали группами в зонах метеоритных дождей, которые покрывали десятки квадратных километров земной поверхности. Метеоритный дождь — это падение множества обломков одного крупного метеорита.
При этом вместо одного углубления появляется целое поле из них — серия кратеров, направление которой может указать путь, по которому двигались обломки, оказавшись в атмосфере.
Кратеры, как правило, имеют округлую форму, они около 100 км в диаметре и обнесены возвышающимся по краям насыпным валом.
Метеориты достигают Земли по сей день. Фрагменты разрушившегося астероида упали из космоса 15 февраля 2013 г. на город Челябинск в России. Всего на территории этого государства существует 16 крупных кратеров, метеоритное происхождение которых доказано. Их помогают выявить снимки, сделанные со спутников.
Метеориты по своему составу делятся на железные, каменные и смешанного типа (железокаменные). Железные метеориты в своем составе всегда имеют металл никель, анализ содержания которого в найденном камне позволяет признать его небесное происхождение.
Поверхность метеорита хранит следы его прохождения через земную атмосферу. Обломки космических тел проникают в верхние слои атмосферы с чудовищной скоростью — более 11 км/с! Возникающее при этом трение очень велико — летящее тело разогревается и плавится. Встречный поток воздуха мгновенно срывает размягчившийся слой, и за движущимся метеоритом тянется дымовой след — шлейф мелких капелек расплава. Сопротивление воздуха тормозит разогнавшееся тело, снижая его скорость до скорости свободного падения. При этом последний из расплавленных слоев застывает на поверхности небесного камня в виде тонкой (менее 1 мм) пленки, которую называют корой плавления. Она не отличается по своему составу от самого метеорита, но выделяется своей структурой и видом. Кора плавления почти всех метеоритов черного цвета.
В Российской Академии наук существует специальный комитет, который занимается поиском и изучением метеоритов. За долгое время им собрана одна из лучших в мире коллекций небесных камней — ее начало было положено еще в XVIII в. Метеориты собирают во многих городах России, с ними можно познакомиться в краеведческих и геологических музеях.
Десятки и сотни миллионов лет метеоритные обстрелы не только разогревали недра Земли, но и меняли ее облик. Даже процессы в первичной атмосфере, которые сделали ее наконец пригодной для жизни, могли быть вызваны такими небесными камнями. Когда метеорит на огромной скорости входит в плотные воздушные слои, он раскаляется и начинает гореть, при этом выделяются водяной пар и углекислый газ — обычные для многих реакций горения.
Типичный метеорит, попадая в атмосферу Земли, высвобождает около 12% своей массы в виде водяного пара и около 6% углекислого газа, всего 18% — почти пятую часть. Если вспомнить наш воображаемый гигантский поезд, нагруженный метеоритным веществом, которое выпало на планету вскоре после ее рождения, получится, что масса выделившихся газов поместилась бы в 90 000 000 000 000 000 наполненных вагонов. Такое колоссальное количество новых газов, занесенных метеоритами, изменило первичную атмосферу — она обогатилась веществами, которые впоследствии стали строительными материалами для жизни на Земле.
Одно из лучших мест для сбора и изучения метеоритов — ледяные пустыни Антарктиды. Своих камней там очень мало, поэтому чернеющий на снегу обломок, скорее всего, в буквальном смысле упал с неба. Изучение метеоритов настолько важно для развития наших знаний о космосе, что создаются даже специальные машины-роботы, которые будут способны обследовать антарктические просторы в поисках упавших небесных камней.
Атмосфера и гидросфера Земли — условия существования будущей жизни (4,3–3,8 млрд лет назад)
В начале земной эволюции базальтовый слой земной коры образовывался в недрах планеты и расплавленная магма поднималась вверх по разломам коры. Она содержала газы. При высоких температурах и давлении химические реакции протекали бурно. Их продуктами становились такие привычные нам земные вещества, как азот, водород, монооксид углерода (угарный газ), углекислый газ и вода. Можно сказать, что первичная атмосфера вышла из земных недр.
Масса Земли к тому времени была уже достаточно большой, чтобы удерживать атмосферные газы за счет сил притяжения.
Однако первичная атмосфера не была похожа на современную.
Древние вулканы выбрасывали облака газов. Более легкие из них (водород и гелий) поднимались вверх, достигая открытого космоса, а тяжелые удерживались земным притяжением у поверхности планеты. Из этих газов 4,3–3,8 млрд лет назад и сложилась первичная атмосфера Земли. Конечно, то, что выдыхали вулканы, сильно отличалось от сегодняшней азотно-кислородной атмосферы. Юная планета была окружена облаками азота, аммиака, углекислого газа, метана, водорода, инертных (благородных) газов, а также парами воды, соляной, борной и плавиковой кислот. Только кислорода в первичной атмосфере почти не было — его содержание в «воздухе» древней планеты составляло менее 0,001% от нынешней концентрации.
В те времена практически весь кислород был связан в различных химических соединениях и не существовал в свободном состоянии. Ядовитая, непригодная для дыхания атмосфера также не обладала и озоновым слоем, который защищает сегодня все живое от космической радиации. Однако постепенно она обогащалась продуктами сгорания метеоритов.
Современная атмосфера Земли совсем не похожа на древнюю: ее главные составляющие — азот (3/4 объема), кислород (1/5) и благородный газ аргон (около 1/100). В ней существенно меньше углекислого газа и водяных паров, а другие летучие элементы представлены в крайне малых, как говорят химики, следовых количествах.
Медленное охлаждение Земли и формирование первичной атмосферы помогли появиться и водной оболочке планеты — гидросфере. Как мы знаем, в древней атмосфере было очень много водяного пара, который вырывался из недр вместе с расплавленной лавой. Конденсируясь, он выпадал в виде дождей. На земной поверхности собирались потоки воды, они сливались вместе и заполняли углубления. Так возникали древнейшие озера. Поверхность Земли была еще слишком горячей, жидкость закипала, и столбы пара снова поднимались в атмосферу. Такая циркуляция воды помогала остудить поверхность планеты. Со временем озера становились все крупнее, превращаясь в океаны. Новые потоки воды несли в них частицы горных пород, продукты выветривания и растворенные вещества с земной поверхности. Последние представляли собой смесь солей. Таким образом морская вода обретала свой вкус — именно такой, какой мы знаем сегодня.
Мы не должны удивляться тому, что вода на Земле появилась в виде пара вместе с потоками расплавленной магмы, вырывающейся из щелей коры: и в настоящее время количество воды, которая в связанном виде хранится в земной мантии, столь велико, что значительно превышает объем всех океанов и морей планеты.
Описанная схема формирования первичной атмосферы и гидросферы выглядит последовательной и логичной, но ведь никто из ученых не мог непосредственно наблюдать за теми процессами, которые протекали около 4 млрд лет назад. Мы имеем дело с гипотезами, основанными на косвенных данных. В них пока еще немало противоречий и загадок. Наука знает очень немного про первый период земной эволюции.
Земля — единственная среди планет Солнечной системы, где существует развитая гидросфера. Воды на нашей планете так много, что она занимает примерно 2/3 ее поверхности, образуя Мировой океан. Верхние слои коры, земную поверхность, нижние слои атмосферы и гидросферу иногда объединяют вместе и называют географической (ландшафтной) оболочкой.