Теории возникновения земли – Теории происхождения Земли: ранние и современные гипотезы

Теории происхождения Земли: ранние и современные гипотезы

Существующие методы исследования позволили установить, что примерный возраст нашей планеты составляет 4,5 млрд лет, но о том, как появилась Земля и какие процессы поспособствовали ее формированию, есть лишь теории и гипотезы. Осталось немного геологических свидетельств данных процессов, а современные наблюдения за особенностями формирования планет в других галактиках охватывают слишком короткий период.

Планета ночью из космоса. Credit: ICRAR

Ранние теории происхождения планеты

Ранние этапы формирования планеты являются наименее изученными, поэтому по мере развития науки стали появляться теории, кратко объясняющие, как создавалась Земля. Первые гипотезы формирования планеты появились еще в 17 в., но многие из них уже опровергнуты исследованиями.

Сейчас большинство ученых придерживаются мнения, что зарождение Земли произошло из пыли и газов на ранних этапах формирования Солнечной системы, но и более ранние гипотезы не могут быть полностью опровергнуты.

Концепция Лапласа

Предложенная П. С. Лапласом в 1796 г. гипотеза образования планеты на протяжении длительного времени признавалась в научном обществе, т.к. была частично обоснована математическими расчетами. Этот исследователь предположил, что формирование Солнечной системы и всех ее элементов произошло в результате вращения первичной туманности.

При сжатии центробежная сила может расти быстрее притяжения, но при их равенстве способна возникнуть ротационная неустойчивость, которая будет провоцировать сплющивание туманности и отделение плотного вещества из ее центра. Выброшенные газы и пыль сформировали плоские кольца, а затем вещества под нарастающей силой тяжести стянулись, образовав планеты.

Гипотеза Канта

Кант выдвинул первую космогоническую гипотезу, в которой предположил, что зарождение всех элементов Солнечной системы, в т.ч. Земли, произошло из пыли и газов. Поспособствовала данному процессу сила тяжести. Сначала в центре сформировалось Солнце, а затем появились планеты.

Недостаток гипотез Канта и Лапласа

Гипотезы о происхождении Земли, выдвинутые Лапласом и Кантом, имеют ряд недостатков. Многие современные астрофизики считают следующее: первичная туманность имела настолько малую плотность, что ее вращение не могло происходить так же, как твердого тела. Это ставит под сомнение возможность влияния вращения на процесс формирования центральной звезды и окружающих ее планет.

Кроме того, вещество не может отрываться скачками в экваториальной части формации. Считается, что данный процесс должен быть непрерывным, как при формировании туманности.

Некоторые исследователи отмечают, что кольцо, масса которого равна планете, не смогло бы сгуститься и впоследствии рассеялось под собственным весом. Ядро Солнца выбрасывает большое количество энергии не за счет сжатия, а благодаря термоядерному синтезу.

Теория Фесенкова

В. Г. Фесенков выдвинул несколько теорий формирования Солнца и Земли. Согласно его раннему предположению, звезда зарождается со сверхвысокой температурой, но в дальнейшем из-за остывания и высокой скорости вращения от нее отделяется газовая масса, из которой формируется планета.

Позже В. Г. Фесенков предположил, что возможно формирование планеты могло произойти из первичного холодного облака пыли и газов. Этому процессу предшествует набор избыточной скорости вращения звезды, приводящий к выбросу вещества и к уплотнению газопылевой среды. Зародыши планеты имели плотность около 10 г/см³.

Теории Мультона и Чемберлина

Происхождение по теории Мультона и Чемберлина. Credit: ICRAR

Геолог Т. Чемберлин и астроном Ф. Мультон предположили, что 65-70 млрд лет назад Солнце не имело спутников в виде планет. Однако в дальнейшем к нему приблизилась другая звезда.

Сила ее тяжести стала причиной формирования большой приливной волны, состоящей из веществ в жидком и газообразном состоянии. Она двигалась следом за близко подошедшей звездой.

Оторванные массы при этом стали удерживаться притяжением Солнца на некотором расстоянии от него. В дальнейшем в процессе конденсации газов элементы соединялись друг с другом.

Сформировались небольшие плотные тела, а затем планеты, спутники, метеориты и т.д.

Суждения Джинса

Д. Джинс считал, что после формирования Солнца близко к нему проходила другая звезда, из которой силой притяжения было вынуто некоторое количество материи. Эта смесь газов сгустилась до образования сначала небольших твердых тел, а затем астероидов, планет и т.д. В дальнейшем сформированные тела могли сталкиваться, пока их орбита не стабилизировалась.

Гипотеза Шмидта

О. Ю. Шмидт вдвинул теорию, что сначала сформировалось Солнце, вокруг которого вращалось облако, содержащее частички замерзшего газа и пыли. Находясь в движении, данные элементы уплотнялись, сталкивались и притягивались друг к другу. Постепенно облако уплотнялось и сплющивалось. Твердые элементы начали двигаться по круговой орбите. В дальнейшем из них формировались такие крупные объекты, как планеты.

Предположения Рудника и Соботовича

Е. Соботович и В. Рудник в 1984 г. выдвинули свою теорию зарождения Земли. Согласно их предположению, изначально на месте нашей Солнечной системы была газово-пылевая туманность. В дальнейшем произошло крупное событие, которое повлияло на нее. Велика вероятность, что им стал взрыв сверхновой звезды, располагавшейся рядом.

Образование солнечной системы по предположению Рудника и Соботовича. Credit: Socratic

Выброс большого количества энергии спровоцировал сжатие туманности и начало формирования центрального сгустка — Солнца. Вокруг центра под действием данного процесса образовались кольца, состоящие из пыли, твердых камней и газов. Сжатие и сила тяжести поспособствовали образованию Земли и других планет.

Взрыв вселенского масштаба

Некоторые исследователи придерживаются теории, что Вселенная зародилась в результате большого взрыва. Существовавшая изначально материя или плазма, отличавшаяся крайне высокой температурой, по какой-то причине взорвалась. Вырвавшаяся раскаленная материя и частицы получили большое ускорение. В разные стороны они разлетались неравномерно.

При этом длительное время температура Вселенной была крайне высокой, поэтому разбросанные частицы не могли соединяться. При снижении температуры до 4000°C были сформированы атомы гелия и водорода, отличающиеся малой массой. По мере охлаждения Вселенной появились более тяжелые химические элементы.

После остывания атомы сформировали первичные туманности, состоящие из газа и пыли, а затем тела разных размеров. Данному процессу поспособствовала гравитация. Считается, что формирование галактик произошло примерно через 1-2 млрд лет после большого взрыва. Из туманности сначала сформировалось Солнце, а затем и планеты.

Зарождение вселенной в результате большого взрыва. Credit: chandra.harvard.edu

Появление Земли от газа к твердому телу

Сначала сформировавшееся Солнце окружали газы и мелкие частички пыли. Они двигались хаотично, сталкивались и соединялись. При этом на них продолжало оказывать действие притяжение Солнца, а также выделенные из него тела и атомы. Уплотнение газов и пыли поспособствовало формированию сначала камней, метеоров и астероидов, а затем и таких крупных твердых тел, как планеты.

Формирование планеты

Земля — это не твердый камень, а многослойная структура. После того как объем планеты стал достаточно большим, произошло уплотнение ее ядра.

В молодой планете присутствовало много радиоактивных веществ, в т.ч.:

• иридий;
• уран;
• рений;
• торий;
• самарий;
• люцетий и т.д.

Ядерная реакция, протекающая в ядре, и распад изотопов стали причиной расплавления планеты. На раннем этапе формирования почти вся ее поверхность была покрыта расплавленным океаном лавы.

На протяжении миллионов лет наблюдалась повышенная вулканическая активность. При этом на поверхность расплавленной Земли падало большое количество астероидов, комет и метеоров, которые приносили ряд химических веществ.

Фазы формирования нашей планеты. Credit: Cosmoseye

Постепенно поверхность Земли начала остывать, что создало условия для формирования коры. Однако примерно через 30 млн лет после завершения формирования Земли произошло ее столкновение с другой планетой — Теей. Это стало причиной высвобождения большого количества энергии.

Две планеты слились и снова вернулись в жидкое состояние. При этом большое количество обломков были выброшены в космос, а затем под действием силы притяжения они сформировали кольцо, из которого в дальнейшем образовалась Луна.

Процесс радиоактивного распада длительное время поддерживал Землю в расплавленном состоянии, но постепенно вулканическая активность снизилась, поверхность остыла и сформировалась кора. На ней начала скапливаться вода, что привело к формированию первичного мирового океана. На его поверхности присутствовало большое количество вулканических островов, но они быстро разрушались под действием морской стихии.

Усиление вулканической активности стало причиной разломов в коре, просачивания в них воды и появления нового типа горных пород, таких как гранит. Этот материал стал основой для формирования современных континентов.

Дрейф материков

Движение континентов. Credit: Infourok

Первые материки были сформированы из гранита 3,5 млрд лет назад. Данный материал был устойчивым к воздействию воды и при этом достаточно легким и менее плотным, чем базальт, из которого была сформирована океаническая кора.

Из-за разницы в плотности и весе гранитные материки могли дрейфовать по мантии.

На протяжении всего периода развития Земли они неоднократно соединялись, формируя суперконтиненты, а затем снова раскалывались из-за влияния на них внутреннего тепла планеты.

Возникновение жизни

Считается, что жизнь зародилась в период формирования первых материков. Под водой протекали активные вулканические процессы. «Черные курильщики» выбрасывали горячую воду, насыщенную разными микроэлементами. Кроме того, в океан с метеоритами и астероидами попадали аминокислоты и другие соединения.

Особые условия спровоцировали случайное возникновение первых одноклеточных микроорганизмов, которые питались за счет энергии подводных вулканов.

Изменяющиеся условия стали причиной подъема некоторых видов бактерий к поверхности и развития способности получать пищу путем фотосинтеза. На мелководье возле сформировавшихся материков возникли обширные колонии строматолитов. Эти водоросли вырабатывали большое количество кислорода. Увеличение его количества в воде и атмосфере подтолкнуло формирование многоклеточных организмов.

o-kosmose.ru

Реферат на темы : Гипотезы происхождения Земли. Внутреннее строение Земли.

Содержание.

1. Введение ………………………………………………2 стр.

2. Гипотезы образования Земли…………………………3 – 6 стр.

3. Внутреннее строение Земли …………………………7 – 9 стр.

4. Заключение……………………………………………10 стр.

5. Список литературы …………………………………..11 стр.

Введение.

Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир, в котором мы живем. Существует множество легенд и мифов, пришедших из древних времен. Но с появлением науки в ее современном понимании, на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении мира.

В настоящее время в науке создалось такое положение, что разработка космогонической теории и реставрация ранней истории Солнечной системы могут осуществляться преимущественно ин­дуктивным путем, основанным на сравнении и обобщении получен­ных совершенно недавно эмпирических данных по материалу ме­теоритов, планет и Луны. Поскольку о строении атомов и поведе­нии их соединений при различных термодинамических условиях нам стало известно очень многое, а о составе космических тел были получены совершенно достоверные и точные данные, то решение проблемы происхождения нашей планеты поставлено на прочную химическую основу, которой были лишены прежние космогониче­ские построения. Следует в ближайшее время ожидать, что реше­ние проблем космогонии Солнечной системы вообще и проблемы происхождения нашей Земли в частности достигнет больших успе­хов на атомно-молекулярном уровне, подобно тому, как на этом же уровне генетические проблемы современной биологии блестяще решаются на наших глазах.

При современном со­стоянии науки физико-химический подход к решению проблем космогонии Солнечной системы является совершенно неизбежным. Поэтому давно известные механические особенности Солнечной системы, которым классические космогонические гипотезы уделяли главное внимание, должны быть истолкованы в тесной связи с фи­зико-химическими процессами в ранней истории Солнечной системы. Последние достижения в области химического изучения отдельных тел этой системы позволяют нам совершенно по-новому подходить к реставрации истории вещества Земли и на этой основе восстановить рамки тех условий, в которых происходило рождение нашей планеты – становление её химического состава и формирование оболочечной структуры.

Таким образом, цель данной работы – рассказать о наиболее известных гипотезах образования Земли, а также о ее внутреннем строении.

Гипотезы образования Земли.

Во все времена люди хотели знать, откуда и каким образом произошел мир, в котором мы живем. Существует множество легенд и мифов, пришедших из древних времен. Но с появлением науки в ее современном понимании, на смену мифологическим и религиозным приходят научные представления о происхождении мира. Первые научные гипотезы относительно происхождения Земли и солнечной системы, основанные на астрономических наблюдениях, были выдвинуты только лишь в  18 веке.

Все гипотезы о происхождении Земли можно разбить на две основные группы :

1. Небулярная (лат. «небула» – туман , газ) – в основе лежит принцип образования планет из газа , из пылевых туманностей ;

2. Катастрофическая – в основе лежит принцип образования планет из-за различных катастрофических явления ( столкновение небесных тел, близкое прохождение друг от друга звезд и т.д.).

Небулярные гипотезы Канта и Лапласа. Первой научной гипотезой о происхождении Солнечной системы была гипотеза Иммануила Канта (1755). Кант считал, что солнечная система возникла из некой первичной материи, до того свободно рассеянной в космосе. Частицы этой материи перемещались в различных направлениях и, сталкиваясь друг с другом, теряли скорость. Наиболее тяжелые и плотные из них под действием силы  притяжения соединялись друг с другом, образуя центральный сгусток – Солнце, которое, в свою очередь, притягивало более удаленные, мелкие и легкие частицы. Таким образом возникло некоторое количество вращающихся тел, траектории которых взаимно пересекались. Часть этих тел, первоначально двигавшихся в противоположных  направлениях, в конечном счете были втянуты в единый поток и образовали кольца газообразной материи, расположенные приблизительно в одной плоскости и вращающиеся вокруг Солнца в одном направлении, не мешая друг другу. В отдельных кольцах образовывались более плотные ядра, к которым  постепенно притягивались более легкие частицы, формируя шаровидные  скопления материи; так складывались планеты, которые продолжали кружить вокруг Солнца в той же плоскости, что и первоначальные кольца газообразного вещества.

Независимо от Канта другой ученый – французский математик и астроном П.Лаплас – пришел к тем же выводам , но разработал гипотезу более глубоко (1797). Лаплас  полагал, что Солнце существовало первоначально в виде огромной раскаленной газообразной туманности ( небулы ) с незначительной плотностью, но зато колоссальных размеров. Эта туманность, согласно Лапласу, первоначально медленно вращалась в пространстве. Под влиянием сил гравитации туманность постепенно сжималась, причем скорость ее вращения увеличивалась. Возрастающая в результате центробежная сила придавала туманности уплощенную, а затем и линзовидную форму. В экваториальной плоскости туманности соотношение между притяжением и центробежной силой изменялось в пользу этой последней, так что в конечном счете масса вещества, скопившегося в экваториальной зоне туманности, отделилась от остального тела и образовала кольцо. От продолжавшей  вращаться туманности по- следовательно отделялись все новые кольца, которые, конденсируясь в определенных  точках, постепенно превращались в планеты и другие тела солнечной системы. В общей сложности от первоначальной туманности отделилось десять колец, распавшихся на девять планет и пояс астероидов – мелких небесных тел. Спутники отдельных планет сложились из вещества вторичных колец, оторвавшихся от раскаленной газообразной массы планет.

  Вследствие продолжавшегося уплотнения материи температура новообразованных тел была исключительно высокой. В то время и наша Земля, по П. Лапласу, представляла собой раскаленный газообразный шар, светившийся подобно звезде. Постепенно, однако, этот шар остывал, его материя переходила в жидкое состояние, а затем, по мере дальнейшего охлаждения, на его поверхности стала образовываться твердая кора. Эта кора была окутана тяжелыми атмосферными парами, из которых при остывании конденсировалась вода. Обе теории сходны между собой по существу и часто рассматриваются как одна, взаимно дополняли друг друга, поэтому в литературе они часто упоминаются под  общим  названием как гипотеза Канта-Лапласа . Поскольку наука не располагала в то время более приемлемыми объяснениями, у этой теории было  в XIX веке множество последователей.

Катастрофическая теория Джинса. После гипотезы Канта – Лапласа в космогонии было создано еще несколько гипотез образования Солнечной системы. Появляются так называемые катастрофические гипотезы , в основе которых лежит элемент случайного стечения обстоятельств. В качестве примера гипотезы катастрофического направления рассмотрим концепцию английского астронома Джинса (1919). В основу его гипотезы положена возможность прохождения вблизи Солнца другой звезды. Под действием ее притяжения из Солнца вырвалась струя газа, которая при дальнейшей эволюции превратилась в планеты Солнечной системы. Джинс полагал, что прохождение звезды мимо Солнца позволило объяснить несоответствие в распределении массы и момента количества движения в Солнечной системе. Но в 1943г. Русский астроном Н. И. Парийский вычислил, что только в случае строго определенной скорости звезды газовый сгусток мог бы стать спутником Солнца. В этом случае его орбита должна быть в 7 раз меньше орбиты самой близкой к Солнцу планеты – Меркурия.

Таким образом, гипотеза Джинса не смогла дать верного объяснения непропорциональному распределению момента количества движения в Солнечной системе . Самым большим недостатком этой гипотезы является факт случайности, что противоречит материалистическому мировоззрению и имеющимся фактам, говорящим о нахождении планет в других звездных мирах. Кроме того , расчеты показали , что сближение звезд в мировом пространстве практически исключено, и даже если бы это произошло, проходящая звезда не могла бы придать планетам движение по круговым орбитам.

Теория Большого Взрыва. Теория, которой придерживается большинство современных ученых, утверждает, что Вселенная образовалась в результате так называемого Большого Взрыва. Невероятно горячий огненный шар, температура которого достигала миллиардов градусов, в какой-то момент взорвался и разбросал во всех направлениях потоки энергии и частиц материи, придав им колоссальное ускорение. Поскольку огненный шар, разлетевшийся на части в результате Большого Взрыва, имел колоссальную температуру, крохотные частицы материи обладали поначалу слишком большой энергией и не могли соединиться друг с другом, чтобы образовать атомы. Однако спустя примерно миллион лет температура Вселенной понизилась до 4000″С, и из элементарных частиц стали формироваться различные атомы. Сначала возникли самые легкие химические элементы – гелий и водород, формировалось их скопление. Постепенно Вселенная охлаждалась все сильнее и образовывались более тяжелые элементы. В течении многих миллиардов лет происходило наращивание масс в скоплениях гелия и водорода. Разрастание массы идет до достижения некоторого предела, после чего сила взаимного притяжения частиц внутри газопылевого облака очень сильная и тогда облако начинает сжиматься (коллапсировать). В процессе коллапса внутри облака развивается высокое давление, условия благоприятные для реакции термоядерного синтеза – слияние легких ядер водорода с образованием тяжелых элементов. На месте коллапсирующего облака рождается звезда. В результате рождения звезды более 99% массы первоначального облака оказывается в теле звезды, а остальные формируют рассеянные облака твердых частиц из которых в дальнейшем формируются планеты звездной системы.

Современные теории.  В последние годы американскими и советскими учеными был выдвинуты ряд новых гипотез. Если раньше считалось, что в эволюции Земли происходил непрерывный процесс отдачи тепла, то в новых теориях развитие Земли рассматривается как результат многих разнородных, порой противоположных процессов. Одновременно с понижением температуры и потерей энергии могли действовать и другие факторы, вызывающие выделение больших количеств энергии и компенсирующие  таким  образом убыль  тепла. Одно  из  таких  современных предположений – «теория пылевого облака»,его автор американский астроном Ф. Л. Уайпль (1948). Однако по существу это ничто иное как видоизмененный вариант небулярной теории Канта-Лапласа. Также популярными являются гипотезы русских ученых О.Ю.Шмидта и В.Г. Фесенкова. Оба ученых при разработке своих гипотез исходили из представлений о единстве материи во Вселенной, о непрерывном движении и эволюции материи, являющихся ее основными свойствами, о разнообразии мира, обусловленного различными формами существования материи.

  Любопытно,   что на  новом уровне,  вооруженные   более совершенной техникой и более глубокими познаниями о химическом составе солнечной системы, астрономы вернулись к мысли о том, что Солнце и планеты возникли из обширной, нехолодной туманности, состоящей из газа и пыли. Мощные телескопы обнаружили в межзвездном пространстве многочисленные газовые и пылевые «облака», из которых некоторые действительно конденсируются в новые звезды. В связи с этим первоначальная теория Канта-Лапласа была переработана с привлечением новейших данных; она может сослужить еще хорошую службу в деле объяснения процесса возникновения солнечной системы.

  Каждая  из этих космогонических теорий внесла свой вклад в дело выяснения сложного комплекса проблем, связанных с происхождением Земли. Все они рассматривают возникновение Земли и солнечной системы как закономерный результат развития звезд и вселенной в целом. Земля появилась одновременно с другими планетами, которые, как и она, вращаются вокруг Солнца и являются важнейшими  элементами солнечной системы.

Внутреннее строение Земли.

Материалы, слагающие твердую оболочку Земли непрозрачны и плотны. Прямые исследования их возможны лишь до глубин составляющих ничтожную часть радиуса Земли. Самые глубокие пробуренные скважины и имеющиеся в настоящее время проекты ограничены глубинами 10 – 15 км, что соответствует немногим более 0,1 % от радиуса. Возможно , что проникнуть на глубину более нескольких десятков километров не удастся. Поэтому сведения о глубоких недрах Земли получают, используя лишь косвенные методы. К ним относятся сейсмический, гравитационный, магнитный, электрический, электромагнитный, термический, ядерный и другие методы. Наиболее надежным из них является сейсмический. Он основан на наблюдении сейсмических волн, возникающих в твердой Земле при землетрясениях. Подобно тому как рентгеновские лучи позволяют исследовать состояние внутренних органов человека, сейсмические волны, проходя через земные недра, дают возможность составить представление о внутреннем строении Земли и об изменении физических свойств вещества земных недр с глубиной.

В результате сейсмических исследований было определено, что внутренняя область Земли неоднородна по своему составу и физическим свойствам, и образует слоистую структуру.

Из всей массы Земли кора составляет менее 1 %, мантия – около 65 %, ядро – 34 %. Вблизи поверхности Земли возрастание температуры с глубиной составляет примерно 20° на каждый километр. Плотность горных пород земной коры составляет около 3000 кг/м³. На глубине около 100 км температура примерно 1800 К.

Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду — шарообразная форма с утолщениями на экваторе — и отличается от него на величину до 100 метров. Средний диаметр планеты примерно равен 12 742 км. Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра.

Земля состоит из нескольких слоев :

1. Земная кора ;

2. Мантия ;

3. Ядро.

1. Верхний слой Земли называется земной корой и подразделяется на несколько слоев. Самые верхние слои земной коры состоят преимущественно из пластов осадочных горных пород, образовавшихся путем осаждения различных мелких частиц, главным образом в морях и океанах. В этих пластах захоронены остатки животных и растений, населявших в прошлом земной шар. Общая толщина осадочных пород не превышает 15 – 20 км.

Различие скорости распространения сейсмических волн на континентах и на дне океана позволило сделать вывод о том, что на Земле существуют два главных типа земной коры :континентальный и океанический. Мощность коры континентального типа в среднем 30 – 40 км, а под многими горами достигает местами 80 км. Континентальная часть земной коры распадается на ряд слоев, число и мощность которых изменяются от района к району. Обычно ниже осадочных пород выделяют два главных слоя : верхний – «гранитный», близкий по физическим свойствам и составу к граниту и нижний, состоящий из более тяжелых пород, – «базальтовый». Толщина каждого из этих слоев в среднем 15 – 20 км. Однако во многих местах не удается установить резкую границу между гранитным и базальтовым слоям. Океаническая кора гораздо тоньше (5 – 8 км). По составу и свойствам она близка к веществу нижней части базальтового слоя континентов. Но этот тип коры свойственен только глубоким участкам дна океанов, не менее 4 км. На дне океанов есть области, где кора имеет строение континентального или промежуточного типа. Поверхность Мохоровичича ( по имени открывшего ее югославского ученого), на границе которой резко изменяется скорость сейсмических волн, отделяет земную кору от мантии.

2. Мантия распространяется до глубины 2900км. Она подразделяется на 3 слоя: верхний, промежуточный и нижний. В верхнем слое скорости сейсмических волн сразу за границей Мохоровичича растут, затем на глубине 100 – 120 км под континентами и 50 – 60 км под океанами этот рост сменяется слабым уменьшением скоростей, а далее на глубине 250км под континентами и 400км под океанами уменьшение вновь сменяется ростом. Таким образом, в этом слое имеется область пониженных скоростей – астеносфера, характеризуемая относительно малой вязкостью вещества. Некоторые ученые считают, что в астеносфере вещество находится в «кашеподобном» состоянии, т.е. состоит из смеси твердых и частично расплавленных пород. В астеносфере находятся очаги вулканов. Они образуются, вероятно, там, где по каким-либо причинам понижается давление и, следовательно температура плавления вещества астеносферы. Понижение температуры плавления приводит к расплавлению вещества и образованию магмы, которая затем по трещинам и каналам в земной коре может излиться на поверхность земли.

Промежуточный слой характеризуется сильным возрастанием скоростей сейсмических волн и увеличением электропроводимости вещества Земли. Большинство ученых считают, что в промежуточном слое изменяется состав вещества или слагающие его минералы переходят в иное состояние, с более плотной «упаковкой» атомов. Нижний слой оболочки отличается однородностью по сравнению с верхним слоем. Вещество в этих двух слоях находится в твердом по-видимому кристаллическом состоянии.

3. Под мантией находится земное ядро с радиусом 3471км. Оно подразделяется на жидкое внешнее ядро ( слой между 2900 и 5100 км) и твердое ядрышко. При переходе от мантии к ядру резко изменяются физические свойства вещества, по – видимому в результате высокого давления.

Температура внутри Земли с глубиной повышается до 2000 – 3000 °С, при этом наиболее быстро она возрастает в земной коре, далее идет замедление, и на больших глубинах температура остается, вероятно постоянной. Плотность Земли возрастает с 2,6 г/см³ на поверхности до 6,8 г/см³ на границу ядра Земли, а в центральных областях составляет примерно 16 г/см³. давление возрастает с глубиной и достигает на границе между мантией и ядром 1,3 млн. атм, а в центре ядра – 3,5 млн. атм.

Заключение.

Несмотря на многочисленные усилия исследователей разных стран и огромному эмпирическому материалу, мы находимся только на первом этапе понимания истории и происхождения Солнечной системы вообще и нашей Земли в частности. Однако сейчас становится все более очевидным, что возникновение Земли было результа­том сложных явлений в исходном веществе, охвативших ядерные, а впоследствии и химические процессы. В связи с непосредствен­ным исследованием материала планет и метеоритов у нас все бо­лее укрепляются основы для построения естественной теории про­исхождения Земли. B настоящее время нам представляется, что фундаментом теории происхождения Земли являются следующие положения.

1. Происхождение Солнечной системы связано с происхожде­нием химических элементов: вещество Земли вместе с веществом Солнца и других планет в далеком прошлом находилось в усло­виях ядерного синтеза.

2. Последним этапом ядерного синтеза было образование тя­желых химических элементов, включая уран и трансурановые элементы. Об этом свидетельствуют следы вымерших радиоактив­ных изотопов, обнаруженные в древнем материале Луны и метео­ритов.

3. Естественно, что Земля и планеты возникли из того же ве­щества, что и Солнце. Исходный материал для построения планет был первоначально представлен разобщенными ионизированны­ми атомами. Это был в основном звездный газ, из которого при охлаждении возникли молекулы, жидкие капли, твердые тела — частицы.

4. Земля возникла преимущественно за счёт тугоплавкой фрак­ции солнечного вещества, что отразилось на составе ядра и сили­катной мантии.

5. Основные предпосылки появления жизни на Земле были созданы в конце остывания первичной газовой туманности. На последнем этапе остывания в результате каталитических реакции элементов образовались многочисленные органиче­ские соединения, обусловившие возможность появления генетиче­ского кода и саморазвивающихся молекулярных систем. Возник­новение Земли и жизни представляло собой единый взаимосвязан­ный процесс—результат химической эволюции вещества Солнеч­ной системы.

Список литературы.

1. Н.В. Короновский, А.Ф. Якушова , Основы геологии,

ББК 26.3 К 68 УДК 55

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Земля

3. Войткевич Г.В. Основы теории происхождения Земли. М., “Недра”, 1979, 135с.

4. Бондарев В.П. Геология, ББК 26.3 Б 81 УДК 55

5. Рингвуд А.Е. Состав и происхождение Земли. М., “Наука”, 1981, 112с

kursak.net

Происхождение Земли. Различные гипотезы происхождения Земли

Когда выходишь ранним морозным утром на улицу и чувствуешь похрустывание снежинок под ногами или встречаешь рассвет на берегу реки в жарком июле, очень трудно представить себе, что когда-то давно ничего этого не было. Вообще ничего: ни снега, ни реки, ни травы, ни даже Солнца. Существовал лишь бескрайний космос, в котором носились частички пыли, врезаясь друг в друга на огромных скоростях. Этот период трудно как-то назвать. Он не доисторический, он какой-то внеисторический: настолько непостижимо давно это происходило, и так безнадежно безжизненно было тогда пространство…

Однако происхождение Земли неразрывно связано с этим этапом становления Вселенной. Условия, впоследствии приведшие к появлению нашей планеты, начали формироваться с самого момента Большого взрыва. Различные гипотезы происхождения Земли и зарождения мира возникали в умах людей с тех пор, когда человек впервые задумался о своем месте во Вселенной и о том, что существует за пределами привычной ему территории.

Мифология

У всех народов есть легенды о возникновении мира. Объединяются они божественным началом, лежащим в основе мифологического творения. Из хаоса появляются первые божества, которые дают начало сомну сверхъестественных существ, а также всему, что есть: океану, суше, дню и ночи, людям. Концепции происхождения Земли у разных народов часто связаны с желанием бога сотворить твердь посреди мировых вод. В разные эпохи мифы о создании мира дополнялись, либо появлялись новые версии. Так, в индуизме происхождение Земли и всего мироздания рассматривается в пяти вариантах. Основой для Вселенной, согласно разным преданиям, считается священный звук Ом, первочеловек Пуруша, пожертвовавший части своего тела для создания мира, дыхание Маха-Вишну. Также в качестве начала всего сущего выступает «первичное тепло» и «космическое яйцо».

Космогония славян

Происхождение Земли по древним славянам во многом схоже с прочими мифологическими представлениями. Изначально Вселенная не была упорядочена. В то время существовал лишь единый бог Род, который структурировал первозданный Хаос. Он создал землю из соединения морской и небесной стихии. Затем его сын Сварог начал упорядочивать пространство. Он вдохнул жизнь во все земное, создал человека и объяснил первым людям законы, по которым нужно жить.

Под влиянием христианства миф несколько видоизменился. В летописях встречается предание о Боге, плывущем по первозданным водам на лодке и встречающем черта. Бог посылает беса на дно морское за горстью песка и создает из нее земную твердь.

Название

С мифологическими сказаниями о мироустройстве связано и происхождение названия «Земля». В мышлении далеких предков всех современных народов не существовало представления о шарообразной форме планеты, да и о самой планете тоже. Происхождение названия «Земля» связано, с одной стороны, с легендой о плоской, словно блюдце, поверхности с сушей и морями, покоящейся на спинах гигантских животных. У разных народов это были слоны, черепаха или кит. С другой стороны, происхождение слова «земля» связано с разделением мироздания на три уровня: небо, пространство, населенное людьми и животными, и преисподняя, или подземное царство. Оба эти момента повлияли на появление привычного обозначения нашей планеты в разных языках. Происхождение названия «Земля» у древних славян связано с понятиями «низ» и «почва». Земля — это то, что под небом, внизу: почва под ногами, основа. Таким образом, происхождение названия «Земля» основано на понимании мира людей как «плоского блюдца» и как пространства, расположенного ниже небесного жилища богов.

Кроме того, в культуре наших предков слово «земля» соотносилось со всем родным, со знакомой территорией. Чуждое и часто враждебное обозначалось как далекое, и название его имело аналогичное происхождение. «За тридевять земель» — фразеологизм, означающий «очень далеко». Древние славяне часто обозначали так и царство мертвых.

Интересно, что схожее со славянским значение имеют и корни, от которых возникло название планеты в других языках. Так, происхождение слова «Земля»(Earth) в английском тоже связано с понятием низа и почвы под ногами.

Как из ничего получилось нечто

Естественно, современные научные представления о появлении Вселенной сильно отличаются от тех, что лежат в основе любой религии. Сегодня все модели мироздания построены на теории Большого взрыва. Согласно ей, примерно 13,77 млрд лет назад Вселенная возникла в результате трудно представимого по своей мощности взрыва. Состояние, в котором она пребывала до этого момента, называется сингулярным. По своим характеристикам оно настолько отличалось от всего известно сейчас, что даже ученые с трудом могут понять, какие процессы в нем происходили.

Вскоре после Большого взрыва молодая Вселенная начала расширяться. Огромные температурные показатели и скорость составляющих ее частиц не позволяли им объединяться в более крупные объекты. Однако по мере расширения снижалась температура. Прошло около миллиона лет, пока Вселенная остыла до 4000 ºС, и элементарные частицы стали образовывать атомы. Первыми появились гелий и водород, за ними сформировались и атомы более тяжелых элементов.

На следующем этапе развития Вселенной частицы пыли и газа, составлявшие ее, начали сталкиваться и образовывать все более крупные объекты. Медленно формировались галактики со звездами и планетами. Вселенная при этом продолжала расширение, и процесс этот идет до сих пор.

Родной кусочек Млечного Пути

Презентация «Происхождение Земли» на уроках часто начинается с рассказа об истории Солнечной системы. Она началась примерно 4,6 млрд лет назад. К появлению нашего кусочка Галактики привели те же процессы, в результате которых сформировались многие участки Вселенной. Сам Млечный Путь появился примерно на 7-8 млрд лет раньше. К образованию Солнечной системы привел гравитационный коллапс сравнительно небольшого участка молекулярного межзвездного облака. Понимание процессов, происходивших тогда в этом месте Вселенной, – довольно непростая задача в силу удаленности их во времени. Судить о событиях, послуживших толчком к образованию Солнечной системы в известном нам виде, можно, лишь выстраивая теории на основе изученных космических и физических закономерностей и соотнесения их выводов с тем, что мы в действительности наблюдаем.

«Горячая» гипотеза

В конце XIX века происхождение Земли и всей Солнечной системы активно изучали астрономы Т. Чемберлен и Ф. Мультон. Они выдвинули так называемую горячую гипотезу. На создание теории их подтолкнуло открытие, сделанное в то время. Стало известно, что глубоко под поверхностью Земли стоит буквально адская жара: температура недр достигает 1000 ºС.

«Горячая» гипотеза предполагает, что Земля, как и другие планеты, изначально представляла собой раскаленный шар, который затем стал постепенно остывать. Появление этих горячих сгустков материи объяснялось взаимодействием молодого Солнца с другим, сопоставимым по силе гравитационного притяжения, объектом. Звезда проходила в относительной близости от нашего светила. В результате между ними сформировалось нечто вроде моста, состоящего из вещества обоих космических тел. Постепенно звезды разошлись, а мост распался на отдельные горячие «островки» материи, называемые планетезималями. Они и стали впоследствии планетами и спутниками, известными сейчас.

Вначале было холодно

Однако это далеко не единственная теория, объясняющая происхождение Земли. Гипотезы в научном мире начинают доминировать тогда, когда объясняют большое количество видимых фактов. Во второй половине прошлого века астрономы и физики обратили свое внимание вновь на концепцию изначально холодных планет.

Впервые небулярная теория была сформулирована в XVIII веке. Предположительно, ее высказал Эммануил Сведенборг, затем подхватил Иммануил Кант. Основное же развитие гипотеза получила в трудах Пьера-Симона Лапласа. Этапы происхождения Земли и Солнечной системы в целом, согласно этой теории, выстраивались несколько иначе, чем в описанной выше, и первым из них было образование туманности, или небулы. Она представляла собой газопылевой сгусток, сконцентрированный в результате коллапса участка молекулярного межзвездного облака. Небула, в силу воздействия на нее силы притяжения от соседних подобных образований, стала вращаться. В туманности из-за вращения появилась сила тяжести, которая привела к уменьшению ее радиуса. Следствием этого стало увеличение скорости движения. Молодая туманность напоминала центрифугу, и ее первоначально близкая к шару форма становилась все более похожей на эллипс. Спустя некоторое время центробежная сила на экваторе уравновесила силу притяжения, и от средней зоны туманности начали одно за другим отслаиваться кольца. Они состояли из все тех же частиц пыли и газа, которые постепенно стали объединяться в более крупные объекты. Со временем они «доросли» до планет, причем температура новых космических тел никак не позволяла назвать их горячими.

Жар недр

Сегодня небулярная теория считается наиболее вероятным сценарием формирования Солнечной системы. Развитие гипотезы происходило при участии многих научных дисциплин, некоторые положения Лапласа были изменены или дополнены. Высокая температура земных недр также получила объяснение, не противоречащее теории.

Существуют две основные причины для разогрева: радиоактивный распад и гравитационная дифференциация недр. Первый дает примерно 15 % от разогрева. Основное же значение имеет разделение изначально перемешанных элементов на несколько слоев под действием силы тяжести. Этот процесс привел не только к повышению температуры недр, но и к образованию той внутренней структуры планеты, которую все мы изучаем еще в школе: ядро, мантия, кора.

Молодая Земля представляла собой близкий к шару по форме космический объект, состоящий из нескольких хаотично перемешанных элементов. Современные наблюдения, однако, показывают, что структура планеты имеет довольно упорядоченное строение. Основные элементы, составляющие Землю, — это кислород в составе оксидов, кремний, железо и алюминий. Каждый из них при этом влияет на плотность вещества.

Дифференцировка

Масса и объем Земли, определенные еще в XVIII веке, позволили ученым вычислить ее среднюю плотность. Она оказалась равной примерно 5,5 г/см³. При этом величина параметра для поверхности — всего 2,8 г/см³. Обнаруженные значения позволили предположить, что более тяжелые элементы сконцентрированы в центре земного шара, а легкие составляют поверхностные слои.

Упорядочивание элементов началось с самого момента появления планеты. Под действием силы тяжести железо стало «оседать» в центр, а соединения алюминия и кремния, наоборот, «всплывать» на поверхность. Железо, меняя место своего положения, смещает и центр тяжести планеты. В силу определенных физических законов при этом выделяется большое количество тепловой энергии, которая и приводит к нагреву внутренних слоев Земли. Величина образующейся энергии огромна. При этом исследования показывают, что планета никогда не была полностью расплавленной. Это еще раз подтверждает небулярную гипотезу.

Охлаждение и нагрев

Конечно, тепло недр постоянно расходуется на обогрев поверхности, и часть энергии при этом теряется. Однако она успешно компенсируется солнечным излучением. Энергия дифференциации используется во всех происходящих на Земле процессах: перемещении континентов, образовании гор, вулканизме.

По подсчетам ученых, на сегодняшний день процесс разделения элементов завершился на 85 %. После окончания дифференциации Земля станет геологически неактивной планетой, похожей в этом плане на Луну. Произойдет это примерно через 1,5 млрд лет.

Бомбардировки

Кроме дифференциации недр и распада радиоактивных элементов на первых этапах формирования Земли, определенную роль в разогреве ее внутренних слоев играли астероиды. Повышению температуры способствовали частые столкновения малых космических тел с планетой. По одной из версий, самое внушительное из подобных соударений привело к появлению Луны. С С Землей столкнулось тело размером с Марс. В результате из планеты был выбит довольно внушительный кусок материи, который впоследствии и стал спутником. Столкновение имело и другие результаты: заметно повысилась скорость вращения Земли и наклонилась ее ось. Также астероиды и кометы считаются одним из вероятных источников воды.

Появление живительной влаги

Происхождение воды на Земле — тема достаточно обширная. Наиболее вероятной на сегодняшний день считается версия о ее «доставке» астероидами. Косвенно гипотезу подтверждают данные космических исследований, в результате которых была обнаружена вода на нескольких малых телах Солнечной системы. Ученые, склоняющиеся к этой версии, указывают на то, что вода — довольно летучее вещество, а потому в жарких условиях молодой Земли, скорее всего, испарилась бы полностью. Отсюда и низкая вероятность земного происхождения воды. Вероятно, столь необходимое для всего живого вещество попало на планету с астроидами и кометами из главного пояса, расположенного между Марсом и Юпитером.

Однако точное происхождение воды на Земле – пока все же вопрос без однозначного ответа. Есть мнение, что в этом процессе сыграли свою роль несколько факторов. Среди них и дегазация магмы, выплавление из нее летучих элементов. Водяной пар и некоторые другие соединения выбрасывались на поверхность Земли во время извержения вулканов. Затем испарения конденсировались, так постепенно накапливались океаны, формировалась гидросфера.

Появление воды, как и проблема происхождения Земли, – не решенный до конца вопрос. Вероятно, свою роль здесь сыграли оба процесса: и бомбардировка, и дегазация магмы. Последний также способствовал формированию атмосферы.

Происхождение живого на Земле

Еще один широко обсуждаемый вопрос, связанный с историей развития Земли, — это появление живых организмов. На сегодняшний день существует несколько гипотез, описывающих происхождение жизни на Земле. Биология, преподававшаяся лет десять назад, приоткрывала перед учениками завесу тайны: жизнь появилась в водах мирового океана, в так называемом первичном бульоне. С тех пор картина несколько изменилась, обросла новыми данными.

Урок «Происхождение жизни на Земле» сегодня начинается с рассказа об РНК-мире. Рибонуклеиновая кислота, согласно последним исследованиям, — первая молекула на планете со способностью к самовоспроизведению. Следующим этапом на пути от неживого мира к органическому было обретение границ. Молекулы РНК, вероятно, тем или иным образом оказались внутри полых сфер, которые в толще воды океана образуются жирными кислотами. Так появился прототип простейшей клетки: молекула РНК, окруженная мембраной.

Формирование обмена веществ между внешней средой и РНК стало возможным благодаря способности последней притягивать одни нуклеотиды и отталкивать другие. Происхождение жизни на Земле биология и смежные науки изучили еще не до конца. Остается множество невыясненных вопросов. Среди них, например, возникновение деления и образование многоклеточных организмов.

Великий симбиоз

Менее туманной сегодня считается история возникновения различных органелл в клетке. Все началось с появления у первых микроорганизмов способности к фагоцитозу, поглощению питательных веществ из окружающей среды с образованием пищевых вакуолей. Новый способ питания привел к увеличению размеров клеток: хищник должен быть крупнее жертвы. Наследственный материал при этом хранился в виде генофор, предшественников хромосом. Прикреплялись они непосредственно к мембране. Фагоцитоз сопровождался появлением сильного течения в цитоплазме, в зоне которого оказывались и генофоры. Возникала опасность потери части генетического материала или нарушения его структуры. В результате в клетке образовалась полость, отделенная мембраной от цитоплазмы. Постепенно она преобразовалась в ядро. Так появились первые эукариотические клетки.

Такие органеллы, как митохондрии и жгутики, скорее всего, возникли также в процессе фагоцитоза. Предшественники современных клеток, поглощая пищу, обзавелись симбионтами, дружественными микроорганизмами. Они, используя питательные вещества, попадающие в цитоплазму, стали осуществлять функции регуляции различных внутриклеточных процессов. Согласно концепции симбиогенеза, таким образом в клетке появились уже названные митохондрии и жгутики. Многие современные исследования подтверждают справедливость гипотезы.

Альтернативы

РНК-мир как предшественник всего живого имеет «конкурентов». Среди них есть и креационистские теории, и научные гипотезы. Многие века существовало предположение о самозарождение жизни: мухи и черви появляются в гниющих отходах, мыши — в старом тряпье. Опровергнутая мыслителями XVII-XVIII веков, она получила второе рождение в прошлом столетии в теории Опарина-Холдейна. Согласно ей, жизнь возникла в результате взаимодействия органических молекул в первичном бульоне. Предположения ученых были косвенно подтверждены в знаменитом эксперименте Стенли Миллера. Именно эту теорию и сменила в начале нашего века гипотеза РНК-мира.

Параллельно существует мнение, что жизнь имеет изначально внеземное происхождение. Принесли ее на нашу планеты, согласно теории Панспермии, все те же астероиды и кометы, которые «позаботились» о формировании океанов и морей. По сути, эта гипотеза не объясняет появление жизни, а констатирует ее как факт, неотъемлемое свойство материи.

Если обобщить все вышесказанное, становится понятно, что происхождение Земли и жизни на ней на сегодняшний день – это все-таки открытые вопросы. Современные ученые, конечно, намного ближе к разгадке всех тайн нашей планеты, чем мыслители Античности или Средневековья. Однако многое еще требует прояснения. Различные гипотезы происхождения Земли сменяли друг друга в те моменты, когда обнаруживались новые сведения, не вписывающиеся в старую картину. Вполне возможно, что подобное может случиться и в не столь отдаленном будущем, и тогда на смену устоявшимся теориям придут новые.

fb.ru

Теории происхождения земли

Происхождение Земли определяет ее возраст, химический и физический состав. Наша Земля является одной из девяти планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) Солнечной системы. Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца приблизительно в одной плоскости и в одном и том же направлении по орбитам-эллипсам, очень близ­ким к окружностям.

Галактика — Солнце и система звезд. Основная масса звезд расположена в кольце Млечного Пути. Звезды по размерам боль­ше или меньше Солнца. Солнце расположено ближе к центру Га­лактики и вместе со всеми звездами вращается вокруг него.

За пределами Галактики есть много других Галактик, в со­ставе которых от 1 до 150 млрд. звезд. Такое большое группирование звезд называют метагалактикой, или Большой Вселенной. Нашу метагалактику открыл американский астроном Эдвин Хабл (1924—1926 гг.). Он установил, что Млечный Путь — это единст­венный из многих «звездных миров», который мы наблюдаем. Га­лактика (Млечный Путь) имеет спиральное строение. Это вытя­нутая полоса звезд со значительным утолщением посредине и на концах.

Бесчисленное количество сравнительно близких к нам Галак­тик составляет Архипелаг звездных островов, т. е. образует систе­му Галактик.

Большая Вселенная — это система архипелагов, несколько миллионов Галактик. Диаметр Большой Вселенной — многие мил­лиарды световых лет. Вселенная бесконечна во времени и в про­странстве.

Происхождение Земли еще с глубокой давности интересовало ученых, и по этому поводу было выдвинуто много гипотез, кото­рые можно разделить на гипотезы горячего и холодного проис­хождения.

Немецкий философ Кант (1724—1804) выдвинул гипотезу, со­гласно которой Земля образовалась из туманности, состоящей из пылеватых частиц, между которыми существовали притяжение и отталкивание, в результате чего образовалось круговое движение туманности.

Французский математик и астроном Лаплас (1749—1827) вы­двинул гипотезу, что Земля образовалась из единой раскаленной туманности, но движение ее не объяснил. По Канту Земля обра­зовалась независимо от Солнца, а по Лапласу она является про­дуктом распада Солнца (образования колец).

В XIX и XX ст. в Западной Европе о происхождении Земли и других планет было выдвинуто еще ряд гипотез (Чемберлена, Мультона, Джинса и др.), которые оказались идеалистическими или механическими и научно не обоснованными.  Большой вклад в науку о происхождении Земли и космоса сделали русские ученые — академик О. Ю. Шмидт и В. Г. Фесенков.

Академик О. Ю. Шмидт научно доказал, что планеты (в том числе и Земля) образовались, из твердых раздробленных частиц, захваченных Солнцем. При прохождении сквозь скопление таких частиц силы притяжения захватывали их, и они начинали дви­гаться вокруг Солнца. В результате движения частички образо­вывали сгустки, которые группировались и превращались в пла­неты. По гипотезе О. Ю. Шмидта, Земля, как и другие планеты Солнечной системы, с начала существования была холодной. В дальнейшем в теле Земли начался распад радиоактивных эле­ментов, вследствие чего недра Земли начали разогреваться и рас­тапливаться, а ее масса — расслаиваться на отдельные зоны или сферы с различными физическими свойствами и химическим со­ставом.

Академик В. Г. Фесенков для объяснения своей гипотезы исхо­дил из того, что Солнце и планеты образовались в едином процес­се развития и эволюции из большого сгустка газово-пылеватой туманности. Этот сгусток имел вид очень сплюснутого дископодобного облака. Из наиболее густого горячего облака в центре образовалось Солнце. В силу движения всей массы облака на его периферии плотность была неодинакова. Более плотные частички облаков стали центрами, с которых начали формироваться буду­щие девять планет Солнечной системы, в том числе и Земля. В. Г. Фесенков сделал вывод, что Солнце и его планеты образо­вались почти одновременно из газово-пылеватой массы, имеющей высокую температуру.

По современным космогоничным представлениям Земля обра­зовалась около 4,7 млрд. лет назад из рассеянного в солнечной системе газово-пылеватого вещества. В результате дифферен­циации веществ Земли под действием ее гравитационного поля в условиях разогрева земных недр возникли и развились различ­ные по химическому составу, агрегатному состоянию и физичес­ким свойствам оболочки — геосферы: ядро (в центре), мантия, земная кора, гидросфера и атмосфера.

Вопрос о происхождении Земли изучен еще недостаточно, и ученые всего мира усиленно работают в этом направлении.

Возможно, Вас так же заинтересует:

mse-online.ru

Семь научных теорий о происхождении жизни. И пять ненаучных версий

Чтобы оценить это чудо по достоинству, надо познакомиться с рядом современных теорий, описывающих разные варианты и этапы рождения жизни. От бойкого, но безжизненного набора несложных органических соединений и до протоорганизмов, познавших смерть и вступивших в бесконечную гонку биологической изменчивости. В конце концов, не эти ли два слагаемых – изменчивость и смерть – порождают всю сумму жизни?..

 

1.Панспермия

 

Гипотеза о занесении жизни на Землю с других космических тел имеет массу авторитетных защитников. На этой позиции стоял великий немецкий ученый Герман Гельмгольц и шведский химик Сванте Аррениус, российский мыслитель Владимир Вернадский и британский лорд-физик Кельвин. Однако наука – область фактов, и после открытия космической радиации и ее губительного действия на все живое панспермия, казалось, умерла. 

 

Но чем глубже ученые погружаются в вопрос, тем больше всплывает нюансов. Так, теперь – в том числе и поставив многочисленные эксперименты на космических аппаратах – мы с куда большей серьезностью относимся к способностям живых организмов переносить радиацию и холод, отсутствие воды и прочие «прелести» пребывания в открытом космосе. Находки всевозможных органических соединений на астероидах и кометах, в далеких газопылевых скоплениях и протопланетных облаках многочисленны и не вызывают сомнений. А вот заявления об обнаружении в них следов чего-то подозрительно напоминающего микробы остаются недоказанными. 

 

Легко заметить, что при всей своей увлекательности теория панспермии лишь переносит вопрос о возникновении жизни в другое место и другое время. Что бы ни занесло первые организмы на Землю – случайный ли метеорит или хитрый план высокоразвитых инопланетян, они должны были где-то и как-то родиться. Пусть не здесь и гораздо дальше в прошлом – но жизнь должна была вырасти из безжизненной материи. Вопрос «Как?» остается.

 

©Getty Images 

 

1.Ненаучно: Самозарождение

 

Спонтанное происхождение высокоразвитой живой материи из неживой – как зарождение личинок мух в гниющем мясе – можно связать еще с Аристотелем, который обобщил мысли множества предшественников и сформировал целостную доктрину о самозарождении. Как и прочие элементы философии Аристотеля, самозарождение было доминирующей доктриной в Средневековой Европе и пользовалось определенной поддержкой вплоть до экспериментов Луи Пастера, который окончательно показал, что для появления даже личинок мух нужны мухи-родители. Не стоит путать самозарождение с современными теориями абиогенного возникновения жизни: разница между ними принципиальная.

 

©Flickr 

 

2. Первичный бульон 

 

Это понятие тесно связано с успевшими обрести статус классических экспериментами, поставленными в 1950-х Стэнли Миллером и Гарольдом Юри. В лаборатории ученые смоделировали условия, которые могли существовать у поверхности молодой Земли, – смесь метана, угарного газа и молекулярного водорода, многочисленные электрические разряды, ультрафиолет, – и вскоре более 10% углерода из метана перешло в форму тех или иных органических молекул. В опытах Миллера – Юри было получено больше 20 аминокислот, сахара, липиды и предшественники нуклеиновых кислот. 

 

Современные вариации этих классических экспериментов используют куда более сложные постановки, которые точнее соответствуют условиям ранней Земли. Имитируются воздействия вулканов с их выбросами сероводорода и двуокиси серы, присутствие азота и т. д. Так ученым удается получать огромное и разнообразное количество органики – потенциальных кирпичиков потенциальной жизни. Главной проблемой этих опытов остается рацемат: изомеры оптически активных молекул (таких как аминокислоты) образуются в смеси в равных количествах, тогда как вся известная нам жизнь (за единичными и странными исключениями) включает лишь L-изомеры. 

 

Впрочем, к этой проблеме мы еще вернемся. Здесь же стоит добавить, что недавно – в 2015 году – кембриджский профессор Джон Сазерленд (John Sutherland) со своей командой показал возможность образования всех базовых «молекул жизни», компонентов ДНК, РНК и белков из весьма нехитрого набора исходных компонентов. Главные герои этой смеси – циановодород и сероводород, не столь уж редко встречающиеся в космосе. К ним остается добавить некоторые минеральные вещества и металлы, в достаточном количестве имеющиеся на Земле, – такие как фосфаты, соли меди и железа. Ученые построили детальную схему реакций, которая вполне могла создать насыщенный «первичный бульон» для того, чтобы в нем появились полимеры и в игру вступила полноценная химическая эволюция.

 

Гипотезу абиогенного происхождения жизни из «органического бульона», которую проверили эксперименты Миллера и Юри, выдвинул в 1924 году советский биохимик Александр Опарин. И хотя в «темные годы» расцвета лысенковщины ученый принял сторону противников научной генетики, заслуги его велики. В знак признания роли академика имя его носит главная награда, вручаемая Международным научным обществом изучения возникновения жизни (ISSOL), – Медаль Опарина. Премия присуждается каждые шесть лет, и в разное время ее удостаивались и Стэнли Миллер, и великий исследователь хромосом, Нобелевский лауреат Джек Шостак. Признавая громадный вклад и Гарольда Юри, в промежутках между вручениями Медали Опарина ISSOL (тоже каждые шесть лет) присуждает Медаль Юри. Получилась уникальная, настоящая эволюционная премия – с изменчивым названием.

 

3.Химическая эволюция

 

Теория пытается описать превращение сравнительно простых органических веществ в довольно сложные химические системы, предшественницы собственно жизни, под влиянием внешних факторов, механизмов селекции и самоорганизации. Базовой концепцией этого подхода служит «водно-углеродный шовинизм», представляющий эти два компонента (воду и углерод – NS) в качестве абсолютно необходимых и ключевых для появления и развития жизни, будь то на Земле или где-то за ее пределами. А главной проблемой остаются условия, при которых «водно-углеродный шовинизм» может развиться в весьма изощренные химические комплексы, способные – прежде всего – к саморепликации. 

 

По одной из гипотез, первичная организация молекул могла происходить в микропорах глинистых минералов, которые выполняли структурную роль. Эту идею несколько лет назад выдвинул шотландский химик Александер Кейрнс-Смит (Alexander Graham Cairns-Smith). На их внутренней поверхности, как на матрице, могли оседать и полимеризоваться сложные биомолекулы: израильские ученые показали, что такие условия позволяют выращивать достаточно длинные белковые цепочки. Здесь же могли скапливаться нужные количества солей металлов, играющих важную роль катализаторов химических реакций. Глиняные стенки могли выполнять функции клеточных мембран, разделяя «внутреннее» пространство, в котором протекают все более сложные химические реакции, и отделяя его от внешнего хаоса. 

 

«Матрицами» для роста полимерных молекул могли служить поверхности кристаллических минералов: пространственная структура их кристаллической решетки способна вести отбор лишь оптических изомеров одного типа – например, L-аминокислот, – решая проблему, о которой мы говорили выше. Энергию для первичного «обмена веществ» могли поставлять неорганические реакции – такие как восстановление минерала пирита (FeS2) водородом (до сульфида железа и сероводорода). В этом случае для появления сложных биомолекул не требуется ни молний, ни ультрафиолета, как в экспериментах Миллера – Юри. А значит, мы можем избавиться от вредных аспектов их действия.

 

Молодая Земля не была защищена от вредных – и даже смертельно опасных – компонентов солнечного излучения. Даже современные, испытанные эволюцией организмы были бы неспособны выдержать этого жесткого ультрафиолета – притом что само Солнце было значительно моложе и не давало достаточно тепла планете. Из этого возникла гипотеза о том, что в эпоху, когда творилось чудо зарождения жизни, вся Земля могла быть покрыта толстым – в сотни метров – слоем льда; и это к лучшему. Скрываясь под этим ледяным щитом, жизнь могла чувствовать себя вполне в безопасности и от ультрафиолета, и от частых метеоритных ударов, грозивших погубить ее еще в зародыше. Относительно прохладная среда могла также стабилизировать структуру первых макромолекул.

 

4. Черные курильщики

 

В самом деле, ультрафиолетовое излучение на молодой Земле, атмосфера которой еще не содержала кислорода и не имела такой замечательной штуки, как озоновый слой, должно было быть убийственным для любой зарождающейся жизни. Из этого выросло предположение о том, что хрупкие предки живых организмов были вынуждены существовать где-то, скрываясь от непрерывного потока стерилизующих все и вся лучей. Например, глубоко под водой – конечно, там, где имеется достаточно минеральных веществ, перемешивания, тепла и энергии для химических реакций. И такие места нашлись. 

 

Ближе к концу ХХ века стало ясно, что океанское дно никак не может быть пристанищем средневековых монстров: условия здесь слишком тяжелые, температура невелика, излучения нет, а редкая органика способна разве что оседать с поверхности. Фактически это обширнейшие полупустыни – за некоторыми примечательными исключениями: тут же, глубоко под водой, поблизости от выходов геотермальных источников, жизнь буквально бьет ключом. Насыщенная сульфидами черная вода горяча, активно перемешивается и содержит массу минералов. 

 

Черные курильщики океана – весьма богатые и самобытные экосистемы: питающиеся на них бактерии используют железосерные реакции, о которых мы уже говорили. Они являются основой для вполне цветущей жизни, включая массу уникальных червей и креветок. Возможно, они были основой и зарождения жизни на планете: по крайней мере, теоретически такие системы несут в себе все необходимое для этого.

 

©Wikimedia Commons

 

2.Ненаучно: Духи, боги, первопредки

 

Любые космологические мифы о происхождении мира всегда венчаются антропогоническими – о происхождении человека. И в этих фантазиях можно лишь позавидовать воображению древних авторов: по вопросу о том, из чего, как и почему возник космос, откуда и каким образом появилась жизнь – и люди, – версии звучали самые разные и почти всегда красивые. Растения, рыбы и звери вылавливались с морского дна громадным вороном, люди выползали червями из тела первопредка Паньгу, лепились из глины и пепла, рождались от браков богов и чудовищ. Все это удивительно поэтично, но к науке, конечно, не имеет никакого отношения.

 

5.Мир РНК

 

В соответствии с принципами диалектического материализма жизнь – это «единство и борьба» двух начал: изменяющейся и передающейся по наследству информации, с одной стороны, и биохимических, структурных функций – с другой. Одно без другого невозможно – и вопрос о том, с чего жизнь началась, с информации и нуклеиновых кислот или с функций и белков, остается одним из самых сложных. А одним из известных решений этой парадоксальной задачи является гипотеза «мира РНК», появившаяся еще в конце 1960-х и окончательно оформившаяся в конце 1980-х. 

 

РНК – макромолекулы, в хранении и передаче информации не столь эффективные, как ДНК, а в выполнении ферментативных функций – не столь впечатляющие, как белки. Зато молекулы РНК способны и на то, и на другое, и до сих пор они служат передаточным звеном в информационном обмене клетки, и катализируют целый ряд реакций в ней. Белки неспособны реплицироваться без информации ДНК, а ДНК неспособна на это без белковых «умений». РНК же может быть полностью автономной: она способна катализировать собственное «размножение» – и для начала этого достаточно. 

 

Исследования в рамках гипотезы «мира РНК» показали, что эти макромолекулы способны и к полноценной химической эволюции. Взять хотя бы наглядный пример, продемонстрированный калифорнийскими биофизиками во главе с Лесли Оргелом (Lesley Orgel): если в раствор способной к саморепликации РНК добавить бромистый этидий, служащий для этой системы ядом, блокирующим синтез РНК, то понемногу, со сменой поколений макромолекул, в смеси появляются РНК, устойчивые даже к очень высоким концентрациям токсина. Примерно так, эволюционируя, первые молекулы РНК могли найти способ синтезировать первые инструменты-белки, а затем – в комплексе с ними – «открыть» для себя и двойную спираль ДНК, идеальный носитель наследственной информации.

 

©Wikimedia Commons

 

3.Ненаучно: Неизменность

 

Не более научными, нежели истории о первопредках, можно назвать и взгляды, носящие громкое имя Теории стационарного состояния. По мнению ее сторонников, никакая жизнь вовсе никогда не возникала – как не рождалась и Земля, не появлялся и космос: они просто были всегда, всегда и пребудут. Все это не более обосновано, нежели черви Паньгу: чтобы всерьез принять такую «теорию», придется забыть о бесчисленных находках палеонтологии, геологии и астрономии. А по сути, отказаться от всего грандиозного здания современной науки – но тогда, наверное, стоит отказаться и от всего того, что полагается его жителям, включая компьютеры и безболезненное лечение зубов.

 

6.Протоклетки

 

Однако простой репликации для «нормальной жизни» недостаточно: любая жизнь – это, прежде всего, пространственно изолированный участок среды, разделяющий процессы обмена, облегчающий течение одних реакций и позволяющий исключать другие. Иначе говоря, жизнь – это клетка, ограниченная полупроницаемой мембраной, состоящей из липидов. И «протоклетки» должны были появляться уже на самых ранних этапах существования жизни на Земле – первую гипотезу об их происхождении высказал хорошо знакомый нам Александр Опарин. В его представлении «протомембранами» могли служить капельки гидрофобных липидов, напоминающие желтые капли масла, плавающего в воде. 

 

В целом идеи ученого принимаются и современной наукой, занимался этой темой и Джек Шостак, получивший за свои работы Медаль Опарина. Вместе с Катаржиной Адамалой (Katarzyna Adamala) он сумел создать своего рода модель «протоклетки», аналог мембраны которой состоял не из современных липидов, а из еще более простых органических молекул, жирных кислот, которые вполне могли накапливаться в местах возникновения первых протоорганизмов. Шостаку и Адамале удалось даже «оживить» свои структуры, добавив в среду ионы магния (стимулирующие работу РНК-полимераз) и лимонную кислоту (стабилизирующую структуру жировых мембран). 

 

В итоге у них получилась совершенно простая, но в чем-то живая система; во всяком случае это была нормальная протоклетка, которая содержала защищенную мембраной среду для размножения РНК. С этого момента можно закрыть последнюю главу предыстории жизни – и начать первые главы ее истории. Впрочем, это уже совсем другая тема, так что мы расскажем лишь об одной, но чрезвычайно важной концепции, связанной с первыми шагами эволюции жизни и возникновением громадного разно­образия организмов.

 

©Getty Images

 

4.Ненаучно: Вечное возвращение

 

«Фирменное» представление индийской философии, в западной философии связанное с трудами Иммануила Канта, Фридриха Ницше и Мирчи Элиаде. Поэтическая картина вечного странствия каждой живой души по бесконечному множеству миров и их обитателей, ее перерождения то в ничтожное насекомое, то в возвышенного поэта, а то и в существо, неизвестное нам, демона или бога. Несмотря на отсутствие идей реинкарнации, Ницше эта идея действительно близка: вечность вечна, а значит, любое событие в ней может – и должно повториться вновь. И каждое существо без конца вращается на этой карусели всеобщего возвращения, так что только голова кружится, а сама проблема первичного происхождения исчезает где-то в калейдоскопе бесчисленных повторений.

 

7. Эндосимбиоз 

 

Взгляните на себя в зеркало, всмотритесь в глаза: существо, с которым вы переглядываетесь, это сложнейший гибрид, возникший в незапамятные времена. Еще в конце XIX века немецко-английский естествоиспытатель Андреас Шимпер (Andreas Schimper) заметил, что хлоропласты – органеллы растительной клетки, ответственные за фотосинтез, – реплицируются отдельно от самой клетки. Вскоре появилась гипотеза о том, что хлоропласты – это симбионты, клетки фотосинтезирующих бактерий, когда-то проглоченные хозяином – и оставшиеся жить здесь навсегда. 

 

Разумеется, хлоропластов у нас нет, иначе бы мы могли питаться солнечным светом, как предлагают некоторые псевдорелигиозные секты. Однако в 1920-е гипотеза эндосимбиоза была расширена, включив митохондрии – органеллы, которые потребляют кислород и поставляют энергию всем нашим клеткам. К сегодняшнему дню эта гипотеза приобрела статус полновесной, многократно доказанной теории – достаточно сказать, что у митохондрий и пластид обнаружился собственный геном, более или менее независимые от клетки механизмы деления и собственные системы синтеза белка. 

 

В природе обнаружены и другие эндосимбионты, не имеющие за плечами миллиардов лет совместной эволюции и находящиеся на менее глубоком уровне интеграции в клетке. Например, у некоторых амеб нет собственных митохондрий, зато есть включенные внутрь и выполняющие их роль бактерии. Есть гипотезы и об эндосимбиотическом происхождении других органелл – включая жгутики и реснички, и даже клеточное ядро: согласно мнению некоторых исследователей, все мы, эукариоты, стали результатом небывалого слияния между бактериями и археями. Эти версии пока не находят строгого подтверждения, однако ясно одно: едва возникнув, жизнь стала поглощать соседей – и взаимодействовать с ними, рождая новую жизнь. 

 

5.Ненаучно: Креационизм

 

Само понятие креационизма возникло в XIX веке, когда этим словом стали называться сторонники различных версий появления мира и жизни, предложенных авторами Торы, Библии и других священных книг монотеистических религий. Однако по сути ничего нового в сравнении с этими книгами креационисты не предложили, раз за разом пытаясь опровергнуть строгие и основательные находки науки – а на самом деле раз за разом теряя одну позицию за другой. К сожалению, идеи современных псевдоученых-креационистов куда легче понять: на осознание теорий настоящей науки требуется-таки потратить немало усилий. 

 

Скопировать ссылку

naked-science.ru

Происхождение Земли

История Земли

Содержание статьи:

Лишь сравнительно не так давно люди получили фактический материал, дающий возможность выдвигать научно обоснованные гипотезы о происхождении Земли, однако этот вопрос волновал умы философов еще с незапамятных времен.

Первые представления

Хоть первые представления о жизни Земли и основывались только на эмпирических наблюдениях природных явлений, тем не менее в них основополагающую роль зачастую занимал фантастический вымысел, чем объективная реальность. Но уже в те времена, возникли идеи и воззрения, которые и в наши дни поражают нас своим сходством с нашими представлениями о происхождении Земли.

Так, к примеру, римский философ и поэт Тит Лукреций Кар, который известен как автор дидактической поэмы «О природе вещей», считал, что Вселенная бесконечна и в ней существует множество миров, подобных нашему. О том же написано у древнегреческого ученого Гераклита (500 лет до н.э.): «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим».

После того как пала Римская империя для Европы наступила тяжелая пора средневековья – период господства богословия и схоластики. Этот период затем сменился эпохой Возрождения, труды Леонардо да Винчи, Николая Коперника, Джордано Бруно, Галилео Галилея подготовили появление прогрессивных космогонических идей. Они были высказаны в разное время Р.Декартом, И.Ньютоном, Н.Стеноном, И.Кантом и П.Лапласом.

Гипотезы происхождения Земли

Гипотеза Р. Декарта

• Так, в частности, Р.Декарт утверждал что, наша планета прежде была раскаленным телом, подобно Солнцу. А впоследствии она остыла и начала представлять из себя потухшее небесное тело, в недрах которого все же сохранился огонь. Раскаленное ядро покрывала плотная оболочка, которая состояла из вещества, подобного веществу солнечных пятен. Выше находилась новая оболочка – из мелких осколков, возникших в результате распада пятен.

Гипотеза И. Канта

• 1755 год – немецкий философ И.Кант предположил, что вещество, из которого состоит тело Солнечной системы – все планеты и кометы, до начала всех преобразований было разложено на первичные элементы и заполняло весь тот объем Вселенной, в котором движутся теперь образовавшиеся из них тела. Эти представления Канта о том, что Солнечная система могла образоваться в результате скопления первичного дисперсного рассеянного вещества, кажутся в наше время на удивление правильными.

Гипотеза П. Лапласа

• 1796 год – французский ученый П.Лаплас высказывал сходные идеи о происхождении Земли, ничего не зная о имеющемся трактате И.Канта. Появившаяся гипотеза о происхождении Земли получила, таким образом, название гипотезы Канта-Лапласа. По этой гипотезе Солнце и движущиеся вокруг него планеты образовались из единой туманности, которая, при вращении, распадалась на отдельные сгустки вещества – планеты.

Изначально огненно-жидкая Земля остывала, покрывалась коркой, которая коробилась по мере остывания недр и уменьшения их объема. Следует отметить, что гипотеза Канта-Лапласа больше 150 лет преобладала в ряду других космогонических воззрений. Именно исходя из этой гипотезы, геологи объясняли все геологические процессы, происходившие в недрах Земли и на ее поверхности.

Гипотеза Э. Хладни

• Огромное значение для разработки достоверных научных гипотез о происхождении Земли конечно имеют метеориты – пришельцы из далекого космоса. Все по тому, что метеориты падали на нашу планету всегда. Однако далеко не всегда они считались пришельцами из космоса. Одним из первых, объяснивших правильно появление метеоритов, был немецкий физик Э.Хладни, который доказал в 1794 г., что метеориты – это остатки болидов, имеющих неземное происхождение. По его утверждению, метеориты являются странствующими в космосе кусками межпланетной материи, вероятно и осколками планет.

Современной концепции происхождения Земли

Но такого рода мысли в те времена разделяли далеко не все, однако, изучая каменные и железные метеориты, ученые смогли получить любопытные данные, которые использовались в космогонических построениях. Был, к примеру, выяснен химический состав метеоритов – в основном оказалось, что это окислы кремния, магния, железа, алюминия, кальция, натрия. Следовательно, возникла возможность узнать состав других планет, который оказался сродни химическому составу нашей Земли. Определили и абсолютный возраст метеоритов: он находится в пределах 4,2-4,6 миллиардов лет. В настоящий момент к этим данным добавились сведения о химическом составе и возрасте пород Луны, а также атмосфер и пород Венеры и Марса. Эти новые данные показывают, в частности, что наш естественный спутник Луна образовался из холодного газопылевого облака и начал «функционировать» 4,5 миллиарда лет тому назад.

Огромная роль в обосновании современной концепции происхождения Земли и Солнечной системы принадлежит советскому ученому, академику О.Шмидту, который внес значительный вклад в решение этой проблемы.

Так по крупицам, по отдельным разрозненным фактам постепенно складывалась научная основа современных космогонических взглядов… Большинство современных космогонистов придерживается следующей точки зрения.

Исходным веществом для образования Солнечной системы послужило газопылевое облако, находившееся в экваториальной плоскости нашей Галактики. Вещество этого облака пребывало в холодном состоянии и содержало как правило летучие компоненты: водород, гелий, азот, пары воды, метан, углерод. Первичное планетное вещество было весьма однородным, а его температура довольно низкой.

Вследствие сил тяготения межзвездные облака начинали сжиматься. Вещество уплотнялось до стадии звезд, в то-же время возрастала его внутренняя температура. Движение атомов внутри облака ускорялось, и, сталкиваясь друг с другом, атомы иногда объединялись. Происходили термоядерные реакции, в процессе которых водород превращался в гелий, при этом выделялось огромное количество энергии.

В неистовстве мощных стихий появилось Протосолнце. Рождение его произошло как результат вспышки сверхновой звезды – явление не такое уж редкое. В среднем такая звезда возникает в любой Галактике каждые 350 миллионов лет. Во время вспышки сверхновой звезды излучается гигантская энергия. Вещество, выброшенное в результате этого термоядерного взрыва, образовало вокруг Протосолнца широкое, постепенно уплотнявшееся газовое плазменное облако. Оно представляло из себя своеобразную туманность в виде диска с температурой в несколько миллионов градусов Цельсия. Из этого протопланетного облака в дальнейшем возникли планеты, кометы, астероиды и другие небесные тела Солнечной системы. Образование Протосолнца и протопланетного облака вокруг него произошло, возможно, около 6 миллиардов лет назад.

Прошли сотни миллионов лет. Со временем газообразное вещество протопланетного облака остывало. Из горячего газа конденсировались наиболее тугоплавкие элементы и их окислы. По мере дальнейшего охлаждения, продолжавшегося миллионы лет, в облаке появились пылевидные твердые частицы, и ранее раскаленное газовое облако снова стало сравнительно холодным.

Постепенно вокруг молодого Солнца в результате конденсации пылевидного вещества образовался широкий кольцеобразный диск, который в последствии распался на холодные рои твердых частиц и газа. Из внутренних частей газопылевого диска стали образовываться планеты типа Земли, состоящие как правило из тугоплавких элементов, а из периферических частей диска – большие планеты, богатые легкими газами и летучими элементами. В самой же внешней зоне появилось огромное количество комет.

Первичная Земля

Так примерно 5,5 миллиарда лет назад из холодного планетного вещества возникли первые планеты, в том числе и первичная Земля. В те времена она была космическим телом, но еще не планетой, у нее не было ядра и мантии и не существовало даже твердых поверхностных участков.

Образование Протоземли было чрезвычайно важной вехой – это было рождение Земли. В те времена на Земле не протекали обычные, хорошо нам известные геологические процессы, потому этот период эволюции планеты называют догеологическим, или астрономическим.

Протоземля представляла из себя холодное скопление космического вещества. Под влиянием гравитационного уплотнения, нагревания от беспрерывных ударов космических тел (комет, метеоритов) и выделения тепла радиоактивными элементами поверхность Протоземли начала нагреваться. О величине разогрева среди ученых нет единого мнения. Как считает советский ученый В.Фесенко, вещество Протоземли нагрелось до 10 000°С и как следствие этого перешло в расплавленное состояние. По предположению же других ученых, температура едва могла достигать 1 000°С, а третьи отрицают даже саму возможность расплавления вещества.

Как бы там ни было, но разогрев Протоземли способствовал дифференциации ее материала, которая продолжалась на протяжении всей последующей геологической истории.

Дифференциация вещества Протоземли привела к концентрации тяжелых элементов во внутренних ее областях, а на поверхности – более легких. Это, в свою очередь, предопределило дальнейшее разделение на ядро и мантию.

Изначально наша планета не имела атмосферы. Это можно объяснить тем, что газы из протопланетного облака были потеряны на первых стадиях образования, потому как тогда еще масса Земли не могла удержать легкие газы вблизи своей поверхности.

Образование ядра и мантии, а в дальнейшем и атмосферы завершило первую стадию развития Земли – догеологическую, или астрономическую. Земля стала твердой планетой. После чего и начинается ее длительная геологическая эволюция.

Таким образом, 4-5 миллиардов лет назад на поверхности нашей планеты господствовали солнечный ветер, жаркие лучи Солнца и космический холод. Поверхность постоянно подвергалась бомбардировке космическими телами – от пылинок до астероидов…

 

 

---

 

А.Войцеховский

ред. shtorm777.ru

ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ

shtorm777.ru

Жизнь на Земле, теории происхождения жизни на Земле — Мир космоса

Жизнь на Земле. Теории возникновения жизни на Земле

Происхождение жизни на Земле — один из наиболее трудных и в то же время актуальный и интересный вопрос в современном естествознании.

Земля сформировалась, вероятно, 4,5—5 млрд. лет назад из гигантского облака космической пыли. частицы которой спрессовались в раскаленный шар. Из него в атмосферу выделялся водяной пар, а из атмосферы на медленно остывавшую Землю в течение миллионов лет в виде дождей выпадала вода. В углублениях земной поверхности образовался доисторический Океан. В нем примерно 3,8 млрд. лет назад зародилась первоначальная жизнь.

Как произошла сама планета и как на ней появились моря? По этому поводу существует одна широко признанная теория. В соответствии с ней Земля образовалась из облаков космической пыли, содержащей все известные в природе химические элементы, которые спрессовались в шар. Горячий водяной пар вырывался с поверхности этого раскаленного докрасна шара, окутывая его сплошным облачным покровом, Водяной пар в облаках медленно охлаждался и превращался в воду, которая выпадала в виде обильных непрерывных дождей на еще раскаленную, пылающую Землю. На ее поверхности она снова превращалась в водяной пар и возвращалась в атмосферу. За миллионы лет Земля постепенно потеряла так много тепла, что ее жидкая поверхность, остывая, начала твердеть. Так образовалась земная кора.

Прошли миллионы лет, и температура поверхности Земли еще больше понизилась. Ливневые воды перестали испаряться и стали стекать в огромные лужи. Так началось воздействие воды на земную поверхность. А потом из-за понижения температуры произошел настоящий потоп. Вода, которая до этого испарялась в атмосферу и превратилась в ее составную часть, беспрерывно низвергалась на Землю, с громом и молниями обрушивались из облаков мощные ливни.

Мало-помалу в самых глубоких впадинах земной поверхности скапливалась вода, которая уже не успевала совсем испариться. Ее было так много, что постепенно на планете образовался доисторический Океан. Молнии рассекали небо. Но никто этого не видел. На Земле еще не было жизни. Непрерывный ливень начал размывать горы. Вода стекала с них шумными ручьями и бурными реками. За миллионы лет водные потоки глубоко разъели земную поверхность и кое-где появились долины. В атмосфере уменьшалось содержание воды, а на поверхности планеты ее скапливалось все больше.

Сплошной облачный покров становился тоньше, пока в один прекрасный день Земли не коснулся первый луч солнца. Непрерывный дождь кончился. Большую часть суши покрыл доисторический Океан. Из ее верхних слоев вода вымывала огромное количество растворимых минералов и солей, которые попадали в море. Вода из него непрерывно испарялась, образуя облака, а соли оседали, и с течением времени происходило постепенное засоление морской воды. По-видимому, при каких-то существовавших в древности условиях образовались вещества, из которых возникли особые кристаллические формы. Они росли, как и все кристаллы, и давали начало новым кристаллам, которые присоединяли к себе все новые вещества.

Солнечный свет и, возможно, очень сильные электрические разряды служили в этом процессе источником энергии. Может быть, из таких элементов зародились первые обитатели Земли — прокариоты, организмы без оформленного ядра, похожие на современных бактерий. Они были анаэробами, то есть не использовали для дыхания свободный кислород, которого тогда еще не было в атмосфере. Источником пищи для них служили органические соединения, возникшие на еще безжизненной Земле в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца, грозовых разрядов и тепла, образующегося при извержении вулканов.

Жизнь существовала тогда в тонкой бактериальной пленке на дне водоемов и во влажных местах. Эту эру развития жизни называют архейской. Из бактерий, а возможно, и совершенно независимым путем, возникли и крошечные одноклеточные организмы — древнейшие простейшие животные.

Как выглядела первобытная Земля?

Перенесемся на 4 млрд лет назад. Атмосфера не содержит свободного кислорода, он находится только в составе окислов. Почти никаких звуков, кроме свиста ветра, шипения извергающейся с лавой воды и ударов метеоритов о поверхность Земли. Ни растений, ни животных, ни бактерий. Может быть, так выглядела Земля, когда на ней появилась жизнь? Хотя эта проблема издавна волнует многих исследователей, их мнения на этот счет сильно различаются. Об условиях на Земле того времени могли бы свидетельствовать горные породы, но они давно разрушились в результате геологических процессов и перемещений земной коры.

В этой статье мы кратко расскажем о нескольких гипотезах возникновения жизни, отражающих современные научные представления. Как считает известный специалист в области проблемы возникновения жизни Стэнли Миллер, о возникновении жизни и начале ее эволюции можно говорить с того момента, как органические молекулы самоорганизовывались в структуры, которые смогли воспроизводить самих себя. Но это порождает другие вопросы: как возникли эти молекулы; почему они могли самовоспроизводиться и собираться в те структуры, которые дали начало живым организмам; какие нужны для этого условия?

Есть несколько теорий о происхождении жизни на Земле. Например, одна из давних гипотез гласит, что она занесена на Землю из космоса, но неоспоримых доказательств этого нет. Кроме того, та жизнь, которую мы знаем, удивительно приспособлена для существования именно в земных условиях, поэтому если она и возникла вне Земли, то на планете земного типа. Большинство же современных ученых полагают, что жизнь зародилась на Земле, в ее морях.

В развитии учений о происхождении жизни существенное место занимает теория биогенеза — происхождение живого только от живого. Но многие считают ее несостоятельной, поскольку она принципиально противопоставляет живое неживому и утверждает отвергнутую наукой идею вечности жизни. Абиогенез — идея о происхождении живого из неживого — исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. Предсказание академика Опарина оправдалось. В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические заряды через смесь газов и паров, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине XX века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли.

Теория панспермии — это возможности переноса органических соединений, спор микроорганизмов с одного космического тела на другое. Но она совершенно не дает ответа на вопрос, как зародилась жизнь во Вселенной? Возникает необходимость обоснования возникновения жизни в той точке Вселенной, возраст которой, согласно теории Большого взрыва, ограничен 12-14 миллиардами лет. До этого времени не было даже элементарных частиц. А если нет ядер и электронов, нет и химических веществ. Потом в течение нескольких минут возникли протоны, нейтроны, электроны, и материя вступила на путь эволюции.

Для обоснования этой теории используются многократные появления НЛО, наскальные изображения предметов, похожих на ракеты и «космонавтов», а также сообщения якобы о встречах с инопланетянами. При изучении материалов метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» — такие вещества, как цианогены, синильная кислота и органические соединения, которые, возможно, сыграли роль «семян», падавших на голую Землю.

Сторонниками этой гипотезы были лауреаты Нобелевской премии Ф.Крик, Л.Оргел. Ф.Крик основывался на двух косвенных доказательствах: универсальности генетического кода: необходимости для нормального метаболизма всех живых существ молибдена, который встречается сейчас на планете крайне редко.

Исследователь из Техасского технологического университета, после анализа огромного объема собранной информации, выдвинул теорию о том, как же на Земле смогла образоваться жизнь. Ученый уверен, что появление ранних форм простейшей жизни на нашей планете было бы невозможно без участия упавших на нее комет и метеоритов. О своей работе исследователь поделился на 125-й ежегодной встрече геологического общества Америки, проходившей 31 октября в городе Денвер, Колорадо.

Автор работы, профессор геонауки в Техасском технологическом университете (ТТУ) и куратор музея палеонтологии при университете, Санкар Чаттерджи рассказал, что к такому выводу он пришел после анализа информации о ранней геологической истории нашей планеты и сопоставления этих данных с различными теориями химической эволюции.

Эксперт считает, что такой подход позволяет объяснить один из самых скрытых и не до конца изученных периодов в истории нашей планеты. По мнению многих геологов, основная масса космических «бомбардировок», в которых участвовали кометы и метеориты, приходилась на время около 4 миллиардов лет тому назад. Чаттерджи считает, что самая ранняя жизнь на Земле образовалась в кратерах, оставленных при падении метеоритов и комет. И вероятнее всего это произошло в период «Поздней тяжелой бомбардировки» (3,8-4,1 миллиарда лет назад), когда столкновение мелких космических объектов с нашей планетой резко возросло. На то время приходилось сразу несколько тысяч случаев падения комет. Что интересно, эту теорию косвенно поддерживает Модель Ниццы. Согласно оной реальное число комет и метеоритов, которые должны были упасть на Землю в то время, соответствует реальному числу кратеров на Луне, явившейся в свою очередь своего рода щитом для нашей планеты и не позволившей бесконечной бомбардировке ее уничтожить.

Некоторые ученые предполагают, что результатом этой бомбардировки является заселение жизнью океанов Земли. При этом несколько исследований на эту тему указывают на то, что наша планета имеет больше запасов воды, чем должна была. А излишек этот списывают на кометы, которые прилетели к нам с Облака Оорта, находящегося предположительно в одном световом годе от нас.

Чаттерджи указывает, что образовавшиеся в результате этих столкновений кратеры заполнились растаявшей водой из самих комет, а также необходимыми химическими строительными блоками, необходимыми для образования простейших организмов. При этом ученый считает, что те места, где даже после такой бомбардировки не появилась жизнь, просто оказались непригодны для этого.

«Когда около 4,5 миллиарда лет назад образовалась Земля, она была полностью непригодна для появления на ней живых организмов. Это был настоящий кипящий котел из вулканов, ядовитого горячего газа и постоянно падающих на нее метеоритов», — пишет онлайн-журнал AstroBiology, ссылаясь на ученого.

«А спустя один миллиард лет она стала тихой и спокойно планетой, богатой огромными запасами воды, населенной различными представителями микробной жизни — предками всех живых существ».

Группа учёных под руководством Дань Ло (Dan Luo) из Корнеллского университета выступила с гипотезой, что концентратором для древнейших биомолекул могла служить обычная глина.

Изначально исследователи занимались не проблемой происхождения жизни – они искали способ повысить эффективность бесклеточных систем синтеза белка. Вместо того чтобы позволить ДНК и обслуживающим её белкам свободно плавать в реакционной смеси, учёные попробовали загнать их в частицы гидрогеля. Этот гидрогель, словно губка, впитывал реакционную смесь, сорбировал нужные молекулы, и в результате все нужные компоненты оказывались заперты в небольшом объёме – подобно тому, как это происходит в клетке.

Затем авторы исследования попытались использовать в качестве недорогого заменителя гидрогеля глину. Частицы глины оказались похожи на частицы гидрогеля, становясь своеобразными микрореакторами для взаимодействующих биомолекул.

Получив такие результаты, учёные не могли не вспомнить о проблеме происхождения жизни. Частицы глины с их способностью сорбировать биомолекулы могли бы на самом деле послужить самыми первыми биореакторами для самых первых биомолекул, пока те ещё не обзавелись мембранами. В пользу такой гипотезы говорит ещё и то, что вымывание силикатов и других минералов из скал с образованием глины началось, по геологическим прикидкам, как раз перед тем, когда, по мнению биологов, древнейшие биомолекулы начали объединяться в протоклетки.

— В воде, точнее в растворе, мало что могло произойти, потому что процессы в растворе идут абсолютно хаотично, а все соединения очень неустойчивы. Глина современной наукой — точнее, поверхность частиц глинистых минералов — рассматривается как матрица, на которой могли образовываться первичные полимеры. Но это тоже только одна из многих гипотез, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Но чтобы смоделировать зарождение жизни в полном масштабе, нужно действительно быть Богом. Хотя на Западе сегодня уже появляются статьи с названиями «Конструирование клетки» или «Моделирование клетки». Например, один из последних нобелевских лауреатов Джеймс Шостак сейчас активно предпринимает попытки создания эффективных клеточных моделей, которые размножаются сами по себе, воспроизводя себе подобных.

mirkosmosa.ru

No related posts.