Тема 2. Походження та історія Землі.

ПОХОДЖЕННЯ ТА ІСТОРІЯ ЗЕМЛІ

Питання теми

 Гіпотези походження Сонячної системи і Землі.

 Розвиток Землі.

Основні терміни: космогонічні гіпотези, небулярні гіпотези, геохронологічна шкала.

Ми підійшли до хвилюючого моменту в історії космосу – народження Землі. Будь-яка гіпотеза, яка претендує на пояснення цього процесу, повинна враховувати особливості Сонячної системи.

 Гіпотези походження Сонячної системи і Землі. Походження небесних тіл, Сонця і планет Сонячної системи пояснюють космогонічні гіпотези. Однією з перших космогонічних теорій була гіпотеза Р. Декарта (1644 р.). на його думку фундаментальною властивістю матерії є протяжність та рух у просторі і часі. Це добре описується математично, тому Р. Декарт стверджував: “Дайте мені протяжність та рух і я побудую Всесвіт”.

Перші уявлення стосовно будови і утворення Землі з’явились наприкінці XVII століття. За теорією Лейбніца, Земля утворилась з речовини, що перебувала у вогняно-рідкому стані.

Згодом виникло кілька десятків гіпотез і в історії космогонії намітились два шляхи. Ця двоїстість існує і сьогодні.

Перша група гіпотез – це небулярні гіпотези. Згідно з ними планетна система виникла із первинної туманності (“небулюс” - хмаринка), яка колись оточувала Сонце. Цей процес був тривалий і поступовий. Вирішальну роль в цьому процесі відіграло Сонце.

Першу небулярну гіпотезу розроблено німецьким філософом І.Кантом (середина VIII століття) і французьким фізиком П. Лапласом (кінець XVIII століття). Уявлення цих вчених дістали назву космогонічної гіпотези Канта-Лапласа. Згідно з гіпотезою Канта, вся матерія, яка утворює планети і комети, спочатку була розкладена на елементарні частинки і заповнювала весь простір Всесвіту. За Лапласом, матерія була представлена туманністю. У цій туманності, біля елементів з великою щільністю виникали центри конденсації. В результаті притягання елементарні частинки стикались і з’єднувались, нагрівались і обертались. При обертанні туманність набула сплощеної форми. В її центрі виникло Сонце, навколо нього утворились згустки, з яких сформувались планети.

З точки зору гіпотези Канта-Лапласа не можна було пояснити багато питань. Наприклад, чому Сонце, яке має велику масу, обертається дуже повільно, а планети, які мають незначні маси, обертаються дуже швидко; чому одночасно існує прямий і зворотній рух планет і супутників.

Із сучасних небулярних гіпотез найбільш популярною є гіпотеза академіка О. Ю. Шмідта. За гіпотезою О. Ю. Шмідта, наша планетна система і Земля виникли в результаті згущення до планетної газопилової туманності, яка оточувала Сонце.

О. Ю. Шмідт довів, що протопланетна газопилова туманність повинна перетворитись у сукупність протопланет. Обертаючись навколо Сонця, частинки, яких було дуже багато, стикались одна з одною. При цьому вони обмінювались енергією. В результаті зіткнень і злипання частинок у вакуумі усереднювались параметри їх орбіт. До частинок, які злиплись, приєднувались нові: як сніговий ком, що котиться з гори, росли первинні зародки планет. І чим більшим робилось тіло, тим більше круговою (через усереднення) ставала його орбіта. Також, усереднювались і нахили орбіт, що призвело до сплющення туманності і утворення планет, орбіти яких лежать майже в одній площині.

У близьких до сонця частинах протопланетної туманності його частинки дуже нагрівались і їх леткі компоненти випаровувались. Тому біля Сонця виникли невеликі тіла із тугоплавких важких елементів – Меркурій, Венера, Земля і Марс – планети земного типу. У далеких холодних частинах протопланетної туманності леткі елементи збереглись і там утворились планети-гіганти Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, які, в основному складаються з водню і його сполук. На краю протопланетної туманності, де речовини було мало, утворивсь Плутон.

За Шмідтом, Земля спочатку була холодна, а потім нагрілась в результаті розпаду радіоактивних мінералів в її надрах.

О. Ю. Шмідту вдалось пояснити ряд закономірностей Сонячної системи, зокрема емпіричний закон планетарних віддалей, який пов’язує радіус орбіти планети з її номером в напрямку від Сонця. В гіпотезі О. Ю. Шмідта виникнення супутників - це процес аналогічний виникненню планет. Супутники виникли як згустки біля планет в первинній туманності.

Однак, гіпотеза О. Ю. Шмідта не пояснювала аномальний розподіл кількості руху в Сонячній системі (98 % на планети і 2 % на Сонце). Недоліком гіпотези О. Ю. Шмідта є відсутність зв’язку між походженням планет і Сонця. Він вважав, що протопланетна туманність була захоплена Сонцем при його рухові навколо ядра Галактики. Ймовірність такого захоплення дуже мала.

Друга група гіпотез – це катастрофічні гіпотези. Вони беруть початок від гіпотези сучасника І. Канта - Ж. Буффона, який вважав, що планети виникли як уламки при катастрофічному падінні на Сонце гігантської комети. У всіх інших, більш правдоподібних катастрофічних гіпотезах збереглась первинна ідея: планетна система – це плід якоїсь космічної катастрофи.

На початку ХХ століття англійський фізик Дж. Г. Джінс математично довів, що подібне явище викиду сонячної речовини може траплятись навіть без зіткнення небесних тіл – лише через їхнє відносне наближення.

В середині ХХ століття створив сою гіпотезу В. Г. Фесенков. Гіпотеза походження планет і Сонця В. Г. Фесенкова пов’язана з гіпотезою походження зірок Амбарцумяна. За гіпотезою Фесенкова Сонце і планети виникли в результаті одного процесу еволюції згустку газово-пилової туманності, який мав вигляд дископодібної хмари. Спочатку з цього згустку виникло Сонце. Воно мало значно більшу масу ніж тепер і оберталось з більшою швидкістю. В наслідок швидкого обертання в екваторіальній площині відокремилась речовина, яка оберталась в тому самому напрямку. У цій екваторіальній хмарі щільність розподілилась нерівномірно. На ділянках з малою щільністю речовина розсіювалась в просторі, на ділянках з великою щільністю виникали згустки, з яких пізніше утворились планети і їх супутники. Сонце, втрачаючи матерію, зменшувало свою масу і відповідно сповільнювало швидкість обертання. Зворотній рух деяких супутників Фесенков пояснював тим, що ці супутники – це великі астероїди, захоплені планетами.

Гіпотезу Фесенкова підтверджують результати експериментально-теоретичних досліджень. Професор Войткевич в статті “Народження Землі” (1971р) пише: “... матерія з якої утворились планети Сонячної системи була втрачена самим Сонцем, а не захоплена з інших частин Галактики.” На думку Войткевича, відмінності у складі планет і метеоритів – результат диференціації і фракціонування первинно-однорідної сонячної речовини.

Розвиток Землі. Планета Земля утворилась приблизно 4,5 млрд років назад. Тоді ні її внутрішня будова, ні зовнішній вигляд не були подібними до сьогоднішньої планети. Земля не була розшарована на оболонки, не було на її поверхні річок, морів, долин і гірських масивів. Планета мала вигляд гігантської кулі, яка виникла із космічних частинок під дією сили тяжіння.

 Під впливом сили тяжіння і обертання важкі частинки поступово перемічались вниз до центру, а легкі – на поверхню. Процес диференціації зумовив розігрівання планети. В центрі планети утворилось металічне ядро. Навколо ядра виникла рідка оболонка. Ззовні утворилась літосфера. Потім планета почала охолоджуватись. Водень, гелій та інші легкі гази розсіялись в космічному просторі, більш важкі - азот, метан, аміак, сірководень, вуглекислий газ, а також водяна пара – залишились біля поверхні Землі і утворили атмосферу. Коли температура Землі стала нижче +100 ^оС, виникла вода і утворилась гідросфера.

Ця картина народження Землі гіпотетична. Вона ґрунтується не на геологічних матеріалах, а на астрономічних, фізичних, термодинамічних даних і гіпотезах вчених. Період геологічного часу, коли відбувались описані події тривав близько 800 млн. років і отримав назву кат архей (підархей).

Близько 3,9 млрд. років назад утворились перші осадові породи Землі. Вони виникли шляхом осадження речовин у воді. У цей час почавсь наступний етап розвитку Землі – архей.

Землю оточувала атмосфера у якій не було кисню, на поверхні планети відбувались виверження вулканів, згубне ультрафіолетове проміння пронизувало атмосферу і верхні шари води. Не зважаючи на такі умови, на Землі розвивалось життя. Із сірководню, аміаку, вуглекислого газу синтезувались перші органічні сполуки. Океан поступово наповнивсь органічними речовинами. Хвилі утворювали піну у цьому “первинному бульйоні”. Пухирці і краплини в оболонці з органічних речовин спочатку набули вигляду, а потім властивостей клітин – почалась біологічна еволюція.

Ця, на перший погляд логічна картина зародження життя на Землі, на жаль, не підтвердилась сучасними дослідженнями. Ймовірність біологічного “самостворення” живої клітини навіть при наявності всіх необхідних компонентів така сама, як ймовірність “самостворення” комп’ютера. Крім того не існує геологічних даних, що в далекому минулому на нашій планеті не було життя.

 Існують гіпотези, що життя на Землі занесене із Всесвіту разом з речовинами з яких утворилась планета. Така точка погляду отримала назву гіпотези панспермії.

В кінці ХІХ століття було відкрите явище радіоактивності і гіпотеза панспермії втратила свою популярність. Радіоактивне випромінювання, яке пронизує весь Всесвіт, згубне для живих організмі, а холод космічного простору близький до абсолютного нуля.

Таким чином, сьогодні можна з достатньою точністю дати відповідь лише на питання, коли виникло життя на Землі, а як воно зародилось покажуть майбутні дослідження.

Історія Землі поділяється на ери, які в сою чергу діляться на періоди і епохи. Сукупність цих проміжків часу складає геохронологічну шкалу – шкалу геологічного часу (табл. 1). В її основу покладено встановлені палеонтологією етапи розвитку життя.

Таблиця 1. Геохронологічна шкала.

Ера	Система (період)	Найбільш важливі події (млрд. років назад)
Кайнозойська	Четвертинний	0,0001 – людина розумна
	Неогеновий	0,0025 – перші люди 0,0042 - австралопітеки
	Палеогеновий	0,065 – велике палеогенове вимирання, останні динозаври
Мезозойська	Крейдовий	0,11 – покритонасінні рослини, форамініфери
	Юрський	0,21 – останні конодонти
	Тріасовий	0,23 – древні динозаври
Палеозойська	Пермський	0,248 – велике пермське вимирання
	Кам’яновугільний	0,31 – древні рептилії
	Девонський	0,36 девонське вимирання 0,365 – перші хребетні 0,39 – кистепері риби 0,4-0,38 - членистоногі
	Силурійський	0,42 – перші членистоногі і риби 0,425 – судинні рослини
	Ордовицький	0,443 – ордовицьке вимирання 0,47 – перші хребетні 0,475 – наземні рослини
	Кембрійський	0,495 – перші сліди наземних тварин 0,545-0,525 – поява майже всіх типів тварин
Проте-розой-ська	Вендський	0,56 – древні скелетні тварини 0,495 – перші багатоклітинні рослини і тварини 2,1 – перші еукаріоти 2,65 – початок зледеніння 3,55 – перші прокаріоти 3,86 – найдревніші осадові породи і перші сліди життя

Вінцем розвитку життя на Землі була поява людини розумної (Homo sapiens). Над геосферами виникла сфера розуму – ноосфера.

Еволюція нашої планети, яку досліджує геологія і палеонтологія, - це лише коріння дерева життя. Його крона спрямована ввись, в майбутнє. Все минуле є майбутнім по відношенню до більш раннього минулого.