Теория о происхождении земли: Ученые назвали основную версию возникновения Земли | Новости науки | Известия

Опровергнута одна из самых популярных гипотез об образовании Земли

Свежий номер

РГ-Неделя

Родина

Тематические приложения

Союз

Свежий номер

23.12.2021 / 12:33

текст:

Денис Передельский

#Просто космос

iStock

Новое исследование международной команды астрономов опровергло одну популярную гипотезу о происхождении Земли, но подтвердило другую. Оно показало, наша планета, как и Марс, вероятно, возникли в результате столкновения гигантских космических тел размером с Луну.

Как сообщает Space.com, команда решила на практике проверить две гипотезы, которые были выдвинуты в ходе предыдущих исследований. Ранее компьютерное моделирование позволило определить два основных способа формирования таких твердых каменистых планет, как Земля.

Первый предполагает, что на ранней стадии существования Солнечной системы планеты начали формироваться из своего рода зародышей — крупных космических тел размером с Луну или чуть больше нее. Данная модель предполагает, что такие зародыши могли регулярно сталкиваться, в результате чего и появились планеты.

Альтернативная теория предполагает, что Земля формировалась в течение очень длительного периода времени, непрерывно притягивая к себе крошечные, по космическим меркам, камни, дрейфующие на пути из внешних частей Солнечной системы. Постепенно слипаясь и накапливаясь, эти камни образовали планету, как снежный ком.

В новом исследовании ученые проанализировали 22 грамма материала, отобранного из 17 метеоритов, которые прилетели на Землю с Марса. Отметим, что это древнейшие метеориты. Считается, что они были выброшены с поверхности Красной планеты на ранней стадии ее существования, когда древние астероиды бомбардировали Марс.

Изученные образцы различаются по своему изотопному составу, в частности, по количеству нейтронов в ядрах химических элементов. Сначала ученые измерили уровни изотопов титана, циркония и молибдена в материалах с Марса и Земли. Полученные результаты они сравнили с изотопным составом различных групп метеоритов, которые попали на нашу планету как из внутренней, так и из внешней частей Солнечной системы.

Анализ показал, что твердые породы Земли и Марса по своему составу больше напоминают метеориты из внутренней части Солнечной системы. Только около четырех процентов их состава похожи на материал камней из внешней части Солнечной системы. Авторы работы отмечают, что проведенное ими исследование охватило наибольший объем метеоритов, который когда-либо использовался для подобного анализа.

«В целом, мы разрешаем противоречивые интерпретации предыдущих исследований и показываем, что Земля и Марс были сформированы из материала, который в значительной степени возник во внутренней части Солнечной системы, — говорит ведущий автор исследования Кристоф Буркхардт, планетолог из Мюнстерского университета в Германии. — Лишь несколько процентов строительных блоков этих двух планет возникли за пределами орбиты Юпитера. Таким образом, мы отвечаем на фундаментальный вопрос о том, из чего состоит Земля, и это позволяет нам ответить на еще более фундаментальный вопрос о том, как Земля была сформирована».

При этом ученый отмечает, что постепенное сливание более мелких космических камней может играть достаточно важную роль в процессе формирования каменистых планет вокруг других протозвезд. Однако в случае с Землей, вероятно, эта роль была незначительной. Новое исследование говорит о том, что наша планета была сформирована в результате столкновения крупных объектов размером с Землю.

Что касается «космической гальки», то подавляющую ее часть, по мнению авторов работы, притянул к себе Юпитер, и она попросту не добралась до Земли. Полученные результаты также предполагают, что Земля и Марс, вероятно, когда-то поглотили материал тех гигантских космических тел, которые в настоящее время неизвестны науке.

Поделиться

Ученые уточнили особенности процесса формирования Земли

Вид Земли с Луны, снято 24 декабря 1968 года. Keystone / Nasa

Группа ученых под руководством экспертов из Цюриха уточнила теорию, объясняющую происхождение таких планет как Земля.

Этот контент был опубликован 12 июля 2022 года 12 июля 2022 года

ETH Zürich / портал SWI Swissinfo

«Преобладающая теория в астрофизике и космохимии заключается в том, что Земля образовалась из хондритных астероидов (хондритами, от греческого слова «зерно», называют метеориты, содержащие хондры или сферические или эллиптические образования зернообразной формы преимущественно на основе силикатов.

Считается, что хондриты образовались непосредственно из протопланетного облака, окружавшего Солнце, путём конденсации вещества и аккреции пыли с промежуточным нагреванием, — прим. ред.). Это относительно небольшие блоки породы, которые сформировались на ранних этапах развития Солнечной системы», —

объясняетВнешняя ссылка ведущий автор исследования Паоло Сосси (Paolo Sossi), профессор экспериментальной планетологии Высшей технической школы Цюриха ETH.

Показать больше

Показать больше

«Проблема этой теории в том, что даже любое сочетание таких хондритов не может объяснить, как возник точный состав такой планеты как Земля. Ведь доля легких элементов в нем, таких как водород и гелий, куда меньше, чем мы могли бы ожидать». Чтобы как-то объяснить это обстоятельство, ученые в прошлом предлагали самые разные теории. Например, они исходили из того, что в процессе конденсации материалов, позже сформировавших Землю, возникло такое огромное количество тепла, что все легкие вещества просто испарились.

Но, как говорит Паоло Сосси, если пристальнее проанализировать изотопный состав Земли, то становится ясно, что эти теории ничего не объясняют. «Изотопы химического элемента имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов. Изотопы с меньшим количеством нейтронов легче и поэтому должны были бы улетучиваться», — говорит он.

Показать больше

Показать больше

«Если бы теория с испарением при нагревании была верна, то мы бы находили сегодня на Земле куда меньше этих легких изотопов, чем в их источниках, то есть в тех самых хондритах. Однако проведенные изотопные измерения ничего похожего не показывают».

Поэтому-то международная команда экспертов из Швейцарии, Германии, США, Франции и Австралии давно уже искала другое решение этой проблемы. Они считают, что планеты в Солнечной системе в самом деле формировались в течение более протяженного по времени процесса.

При этом более мелкие зерна-хондры в самом деле сначала вырастали в так называемые планетезимали (от англ.

planet — планета и англ. infinitesimal — бесконечно малая, небесное тело на орбите вокруг протозвезды, образующееся в результате постепенного накапливания частиц пыли протопланетного диска), которые могли иметь самый разный химический состав. Собирая вокруг себя материал под действием своего гравитационного притяжения, эти малые тела потом вырастали в полноценные протопланеты.

Показать больше

Показать больше

Показать больше

Показать больше

В соответствии со стандартами JTI

Показать больше: Сертификат по нормам JTI для портала SWI swissinfo.ch

Показать больше

Показать больше

Происхождение и эволюция Земли [Географические заметки для UPSC]

Заметки NCERT по важным темам для экзамена UPSC по гражданской службе. Эти заметки также будут полезны для других конкурсных экзаменов, таких как банковский PO, SSC, экзамены государственной гражданской службы и так далее.

В этой статье вы можете прочитать все о происхождении и эволюции нашей Земли, включая различные теории происхождения Земли для экзамена IAS.

Земля — происхождение и эволюция (примечания UPSC): — Скачать PDF здесь

Основные ранние теории происхождения Земли обсуждаются ниже.

• Небулярная гипотеза . Эта теория была разработана Иммануилом Кантом и модифицирована в 1796 году Пьером Лапласом. Согласно этой гипотезе, планеты образовались из облака вещества, связанного с молодым солнцем, которое медленно вращалось.
• В 1900 году Чемберлен и Моултон предположили, что блуждающая звезда приблизилась к Солнцу, что привело к образованию сигарообразного расширения вещества, отделившегося от поверхности Солнца. Этот отделившийся материал продолжал вращаться вокруг Солнца и медленно конденсировался в планеты.
• Двойные теории считали компаньона сосуществующим с Солнцем.
• В 1950 году Небулярная гипотеза была пересмотрена Отто Шмидтом (в России) и Карлом Вейзаскаром (в Германии). По их мнению, Солнце было окружено солнечной туманностью, состоящей в основном из водорода и гелия вместе с пылью. Трение и столкновение частиц привели к образованию облака в форме диска, а планеты образовались в процессе аккреции.

Происхождение Земли Современные теории

Теория большого взрыва

• Теория большого взрыва объясняет происхождение Вселенной. Ее также называют гипотезой расширяющейся Вселенной.
• В 1927 году аббат Жорж Леметр, бельгийский астроном, первым выдвинул теорию происхождения Вселенной. Именно Эдвин Хаббл предоставил доказательства того, что Вселенная расширяется.
• Согласно этой теории, вся материя, из которой образовалась Вселенная, существовала в одной точке (крошечном шаре), называемой сингулярностью, имеющей невообразимо малый объем, бесконечную температуру и бесконечную плотность.
• Великое событие Большого взрыва произошло около 13,7 миллиардов лет назад. Крошечный шар взорвался, что привело к огромному расширению, и это расширение продолжается даже сегодня. В течение долей секунды после взрыва произошло быстрое расширение. После этого расширение замедлилось. При расширении часть энергии превратилась в материю. В течение первых трех минут после Большого взрыва начал формироваться первый атом.
• В течение 300 000 лет после Большого взрыва температура упала до 4500 К, что привело к образованию атомной материи. Большинство образовавшихся атомов были водородом, а также гелием и следами лития. Огромные облака этих элементов под действием гравитации сливались в звезды и галактики.
• Когда-то существовало две теории, объясняющие происхождение Вселенной — теория Большого взрыва и концепция стационарного состояния Хойла.
  • Теория устойчивого состояния считала, что Вселенная примерно одинакова в любой момент времени.
  • Однако с появлением большего количества свидетельств расширения Вселенной была подтверждена теория Большого Взрыва, которая предполагает, что Вселенная возникла в результате одного сильного взрыва очень незначительного количества (крошечного шарика) материи высокой плотности и температуры.

Формирование звезд

Звездообразование — это процесс, при котором плотные области внутри молекулярных облаков в межзвездном пространстве, называемые областями звездообразования или звездными яслями, коллапсируют под действием собственного гравитационного притяжения и образуют звезды. Считается, что образование звезд произошло около 5-6 миллиардов лет назад.

Стадии формирования звезд:

1. Туманность — это облако газа (в основном водорода и гелия) и пыли в космосе. Это место рождения звезды.
2. Протозвезда — это ранняя стадия звездообразования, где ядерный синтез еще не начался. Он выглядит как звезда, но его ядро ​​еще недостаточно горячо для ядерного синтеза.
Звезда
3. T Тельца представляет собой промежуточную стадию между протозвездой и маломассивной звездой главной последовательности, такой как Солнце. Это молодая звезда с малым весом, возраст которой менее 10 миллионов лет, и которая все еще испытывает гравитационное сжатие.
4. Звезда главной последовательности. На этом этапе температуры ядра достаточно, чтобы начать реакции синтеза, то есть синтез атомов водорода с образованием атомов гелия. Солнце — звезда главной последовательности.
5. Красный гигант. Красный гигант формируется на более поздних стадиях эволюции, когда в центре звезды заканчивается водородное топливо. Однако он по-прежнему превращает водород в гелий в оболочке, окружающей горячее, плотное вырожденное гелиевое ядро. Это слияние водорода с гелием вокруг ядра высвобождает гораздо больше энергии и намного сильнее противодействует гравитации и увеличивает объем звезды.
6. Слияние более тяжелых элементов. По мере того, как звезда расширяется, молекулы гелия сливаются в ядре, что предотвращает коллапс ядра. Когда синтез гелия заканчивается, ядро ​​сжимается и начинается плавление углерода. Этот процесс повторяется до тех пор, пока в ядре не появится железо. Реакция синтеза железа поглощает энергию, что приводит к коллапсу ядра.
   Этот имплозий превращает массивные звезды в сверхновые, а звезды меньшего размера (солнце) — в белых карликов.
7. Сверхновые и планетарные туманности. Планетарная туманность представляет собой внешний слой газа и пыли, который исчезает, когда звезда превращается из красного гиганта в белого карлика. Этот белый карлик становится черным карликом, когда перестает излучать свет.

Сверхновая — это взрывная смерть более крупной звезды, которая на короткое время приобретает яркость 100 миллионов солнц. Нейтронные звезды образуются после взрыва сверхновой (протоны и электроны объединяются, образуя нейтронные звезды).

Наша Солнечная система

Наша Солнечная система состоит из Солнца (звезды), восьми планет, 63 лун, астероидов, комет и огромного количества пылинок и газов. Считается, что Солнечная система сформировалась примерно 5–5,6 млрд лет назад, а планеты — около 4,6 млрд лет назад. Восемь планет, а именно Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, вращаются вокруг Солнца по фиксированным эллиптическим орбитам.

• Меркурий, Венера, Земля и Марс называются внутренними планетами, а также планетами земной группы, что означает «землеподобные», поскольку они состоят из горных пород и металлов. Остальные четыре планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — называются внешними планетами, а также планетами-гигантами (подобными Юпитеру) или газовыми гигантами. Они в основном больше планет земной группы и имеют толстую атмосферу, состоящую в основном из гелия и водорода.
• Плутон ранее считался планетой, однако теперь он считается «карликовой планетой».
  • Карликовые планеты — это крошечные планеты в нашей Солнечной системе. Любое небесное тело, вращающееся вокруг Солнца, весящее за счет собственной гравитации и имеющее почти круглую форму, называется карликовой планетой.
• Количество спутников планет:
  • Меркурий – ноль
  • Венера – ноль
  • Земля – один
  • Марс – два
  • Юпитер – около 53
  • Сатурн – около 53
  • Уран – около 27
  • Нептун – 13

Луна  

• Луна — единственный естественный спутник Земли. Слово спутник означает «компаньон». Спутники движутся вокруг планеты с запада на восток. Они не имеют своего собственного света, но отражают свет солнца. Луне требуется 27 дней и 7 часов и 43 минуты как для своего вращения, так и для оборота вокруг Земли. Это пятый по величине естественный спутник Солнечной системы.
• Считается, что формирование Луны является результатом гигантского удара, называемого «большой всплеск». Большое тело (размером примерно в один-три раза больше Марса) столкнулось с Землей сразу после того, как оно сформировалось. Из-за этого сильного удара большая часть земли была отделена. Эта часть взорванного материала продолжала вращаться вокруг Земли и в конечном итоге сформировала нынешнюю Луну (4,44 миллиарда лет назад).

Подробнее Geography Notes для UPSC по ссылке.

Эволюция Земли

Земля представляла собой бесплодный, скалистый и горячий объект с тонкой атмосферой из водорода и гелия.

• Литосфера — С увеличением плотности температура внутри земли увеличилась, и материалы начали разделяться в зависимости от их плотности. Более тяжелые элементы, такие как железо, двигались к центру, а более легкие — к поверхности. С течением времени земля остыла, затвердела и уплотнилась до меньших размеров и сформировала кору (внешний слой земли).
  • Различные слои Земли, начиная с поверхности, включают кору, мантию, внешнее ядро ​​и внутреннее ядро. От коры к ядру плотность увеличивается.
• Атмосфера – Солнечный ветер был наиболее интенсивным ближе к солнцу; поэтому он сдул много газа и пыли с планет земной группы – Меркурия, Венеры, Земли и Марса. В процессе охлаждения земли газы и водяной пар вышли из недр земли, тем самым положив начало эволюции нынешней атмосферы. Ранняя атмосфера в основном состояла из водяного пара, углекислого газа, азота, метана, аммиака и небольшого количества свободного кислорода. Процесс выхода газов из недр земли называется «дегазация».
• Гидросфера – Частые извержения вулканов снабжали атмосферу водяным паром и газами. С охлаждением земли водяные пары конденсировались и вызывали дождь. Углекислый газ в атмосфере растворился в дождевой воде, что еще больше понизило температуру, что привело к большей конденсации и большему количеству дождя. Дождевая вода собиралась во впадинах, чтобы образовались океаны. Жизнь была ограничена океанами только в течение длительного времени. Океаны насыщались кислородом в процессе фотосинтеза, а затем около 2 миллиардов лет назад кислород начал заполнять атмосферу.

Геологическая шкала времени

Краткое изложение эволюции жизни от одноклеточных бактерий до современного человека дано в Геологической шкале времени ниже –

Эоны	Эра	Период	Эпоха	Возраст/лет до настоящего времени	Жизнь/Главные события
	Кайнозой (от 65 миллионов лет до настоящего времени). Мезозой 65 – 245 млн Палеозой 240–570 миллионов	Четвертичный период Третичный  Меловой период Юрский Триас Пермь Каменноугольный Девон Силур Ордовик кембрий	Голоцен Плейстоцен плиоцен Миоцен Олигоцен Эоцен Палеоцен	0 – 10 000 миллионов 10 000 – 2 миллиона 2–5 миллионов 5 – 24 миллиона 24–37 миллионов  37–58 миллионов 57–65 миллионов 65 – 144 миллиона. 144 – 208 миллионов. 208 – 245 миллионов. 245 – 286 миллионов 286 – 360 миллионов 360 – 408 миллионов. 408 – 438 миллионов. 438 – 505 миллионов 505 – 570 миллионов.	Современный человек Хомо Сапиенс Ранний предок человека. Обезьяна: цветущие растения и деревья. Человекообразная обезьяна. Кролики и Заяц. Мелкие млекопитающие: крысы и мыши. Вымирание динозавров. Эпоха динозавров. Лягушки и Черепахи. Доминируют рептилии – заменяют земноводных. Свежая рептилия: Позвоночные: угольные пласты. Земноводные. Свежий след жизни на суше; Растения. Первая рыба. Наземная жизнь отсутствует: морское беспозвоночное.
Протерозой Архейский Хадин	Докембрий 570 – 4800  млн			570 – 2500 миллионов 2500 – 3800 миллионов 3800 – 4800 миллионов.	Мягкотелые членистоногие. Сине-зеленые водоросли: одноклеточные бактерии. Образуются океаны и континенты: Океаны и атмосфера богаты углекислым газом.
Происхождение звезд Сверхновая Большой взрыв	5000 – 13 700 миллионов.			5000 миллионов 12 000 миллионов 13 700 миллионов.	Происхождение Солнца. Происхождение Вселенной.

Земля – происхождение и эволюция (примечания UPSC):- Скачать PDF здесь

См. также:

Как образовалась Луна?

Исследователь планетологии музея профессор Сара Рассел объясняет происхождение ближайшего спутника Земли.

Анализ образцов, доставленных из миссий НАСА «Аполлон», позволяет предположить, что Земля и Луна являются результатом гигантского столкновения ранней протопланеты с астрономическим телом под названием Тейя.

Несколько теорий

«Раньше существовало несколько теорий о том, как была создана Луна, и одной из целей программы «Аполлон» было выяснить, как у нас появилась Луна, — говорит Сара.

До исследования миссии «Аполлон» существовало три теории о том, как образовалась Луна.

Теория захвата предполагает, что Луна была блуждающим телом (похожим на астероид), которое образовалось где-то в Солнечной системе и было захвачено гравитацией Земли, когда она проходила поблизости. Напротив, теория аккреции предполагала, что Луна была создана вместе с Землей при ее формировании. Наконец, согласно сценарию деления, Земля вращалась так быстро, что часть материала оторвалась и начала вращаться вокруг планеты.

Сегодня наиболее широко распространена теория гигантского удара. Предполагается, что Луна образовалась во время столкновения Земли с другой небольшой планетой размером с Марс. Обломки от этого удара собрались на орбите вокруг Земли, чтобы сформировать Луну.

Лунный метеорит Дар аль-Гани 400

Свидетельства миссии «Аполлон»

Миссии «Аполлон» доставили с Луны более трети тонны камня и почвы.

«Когда камни Аполлона вернулись, они показали, что Земля и Луна имеют некоторые поразительные химические и изотопные сходства, предполагая, что у них есть связанная история», — говорит Сара.

‘Если бы Луна была создана в другом месте и была захвачена гравитацией Земли, мы бы ожидали, что ее состав будет сильно отличаться от земного.

‘Если бы Луна была создана в то же время или отделилась от Земли, то можно было бы ожидать, что тип и соотношение минералов на Луне будут такими же, как на Земле. Но они немного отличаются.

Минералы на Луне содержат меньше воды, чем аналогичные земные породы. Луна богата материалом, который быстро образуется при высокой температуре.

‘В семидесятых и восьмидесятых годах было много споров, которые привели к почти всеобщему признанию модели гигантского удара.’

Лунные метеориты также являются важным источником данных для изучения происхождения Луны.

«В некотором смысле метеориты могут рассказать нам о Луне больше, чем образцы Аполлона, потому что метеориты падают со всей поверхности Луны, — добавляет Сара, — а образцы Аполлона поступают только из одного места около экватора на ближней стороне Луны». Луна.’

Величайший побочный продукт Земли

До Земли и Луны существовали прото-Земля и Тейя (планета размером примерно с Марс).

Модель гигантского столкновения предполагает, что в какой-то момент очень ранней истории Земли эти два тела столкнулись.

Во время этого массивного столкновения почти вся Земля и Тейя расплавились и преобразовались в одно тело, а небольшая часть новой массы отделилась, чтобы стать Луной, какой мы ее знаем.

Ученые экспериментировали с моделированием удара, изменяя размер Theia, чтобы проверить, что происходит при разных размерах и углах удара, пытаясь получить максимально возможное совпадение.

«Сейчас люди склоняются к идее, что ранняя Земля и Тейя изначально были сделаны почти из одних и тех же материалов, поскольку находились в одном районе во время формирования Солнечной системы, — объясняет Сара.

‘Если бы два тела прибыли из одного и того же места и были сделаны из одинакового материала, это также объясняет, насколько похож их состав.’

Лунный пейзаж с изображением кратера Антониади вблизи южного полюса Луны

Лунные пейзажи

Минералогия Земли и Луны настолько близки, что можно наблюдать луноподобные ландшафты, не вылетая в космос.

«Если вы посмотрите на лунную поверхность, она будет бледно-серой с темными пятнами, — говорит Сара. — Бледно-серый — это порода, называемая анортозитом. Он образуется, когда расплавленная порода остывает, и более легкие материалы всплывают наверх, а темные области представляют собой другой тип горной породы, называемый базальтом».

Что такое темные пятна на Луне?

Аналогичный анортозит можно увидеть на острове Ром в Шотландии. Более того, большая часть дна океана состоит из базальта — это самая распространенная поверхность на всех внутренних планетах нашей Солнечной системы.

«Однако на Луне есть нечто особенное, чего мы никогда не сможем воспроизвести на Земле, так это то, что Луна геологически довольно мертва, — говорит Сара.

На Луне не было вулканов миллиарды лет, поэтому ее поверхность практически не изменилась. Вот почему так хорошо видны ударные кратеры.

Глядя на Луну, мы можем многое рассказать о том, какой была Земля четыре миллиарда лет назад.

Профессор Сара Рассел подробнее рассказывает о формировании Луны:

Уравновешивающее влияние

Наличие такой большой Луны, как наша, является уникальным явлением в нашей Солнечной системе.

«В то время как у других планет есть крошечные спутники, земная Луна размером почти с Марс, — говорит Сара.

‘Если вы посмотрите на другие планеты, похожие на нашу, вы увидите, что они довольно сильно качаются на своей орбите (движется Северный полюс), и в результате климат гораздо более непредсказуем.’

Кусок лунной породы анортозитовой брекчии в стеклянной призме

Луна помогла стабилизировать орбиту Земли и уменьшить движение полюсов. Это помогло создать относительно стабильный климат на нашей планете.

«Это предмет довольно многочисленных научных дебатов о том, насколько важна Луна для существования жизни на Земле».

Есть ли у Земли более одной луны?

Действительно может быть несколько объектов на орбите вокруг Земли. Но, насколько нам известно, это объекты, которые планета втянула на свою орбиту — скорее всего, захваченные астероиды. У этих естественных спутников не такая важная история, как у Луны, и они, вероятно, существуют только временно на орбите Земли.

Увидеть кусочек Луны в Музее

Исследуйте драгоценные камни и минералы, в том числе кусок лунного камня Аполлона, в галереях Земли Музея.

2. Ваш вопрос

Спросите ученого музея

У вас есть животрепещущий вопрос о науке или природе, на который вы хотите получить ответ? Заполните форму ниже, чтобы сообщить нам.