Образование и возраст Земли
К концу 1800-х годов геологи и биологи предоставили данные, указывающие на то, что возраст Земли измеряется как минимум сотнями миллионов лет, что значительно превосходило прежние представления. Геологи обосновывали это тем, что для проявления эффектов медленной эрозии и осадконакопления, которые наблюдались, необходимы огромные временные промежутки.
Биологи, в свою очередь, утверждали, что для появления современного разнообразия жизни в результате эволюции потребуется столь же значительное время.
Физики, в частности, лорд Кельвин, рассчитали, что Земля, судя по всему, все еще раскалённая внутри, должна была бы остыть до твердого состояния за период, не превышающий 40 миллионов лет.
Аналогичным образом, астрономы считали, что возраст Солнца не может превышать нескольких десятков миллионов лет. Они полагали, что Солнце излучает энергию за счёт гравитационного сжатия и не могло бы поддерживать свою энергоотдачу столь долго без существенного уменьшения в размерах.
Открытие Анри Беккерелем в 1896 году явления радиоактивности позволило разрешить обе проблемы. Оказалось, что Земля может получать внутреннее тепло за счет радиоактивного распада таких элементов, как уран, глубоко внутри, что позволяет существованию Земли в течение миллиардов лет. Солнце, как выяснилось, получает энергию от ядерного синтеза, что обеспечивает ему потенциальную продолжительность жизни не менее 10 миллиардов лет.
Радиоактивное датирование горных пород сыграло ключевую роль в определении возраста Земли. Некоторые изотопы (разновидности элемента с различными атомными массами) определенных элементов, например, урана, распадаются, испуская излучение в виде более мелких частиц, таких как электроны и альфа-частицы. В результате остаются "дочерние" продукты, в частности, свинец.
Скорость распада была измерена с высокой точностью в лабораториях. Измеряя
соотношение дочерних продуктов к исходным радиоактивным элементам и предполагая,
что материалы были захвачены в горной породе с момента её затвердевания, можно
вычислить возраст породы.
Горные породы с морского дна редко встречаются старше 200 миллионов лет, однако
иногда обнаруживаются породы с материков, возраст которых превышает 3 миллиарда
лет. В 2001 году австралийские исследователи сообщили об обнаружении небольшого
зерна циркона (минерала, содержащего цирконий), датируемого 4,4 миллиарда лет
назад. Кроме того, метеориты, предположительно сформировавшиеся примерно в то же
время, что и Земля, датируются возрастом около 4,5 миллиарда лет. Эти данные
подтверждают вероятный возраст самой Земли, оцениваемый в 4,6 миллиарда лет.
Считается, что Земля сформировалась, вместе с остальной частью Солнечной системы, из облака газа и пыли, называемого туманностью. Туманности наблюдаются сегодня в различных частях Млечного Пути, а также в других галактиках. Астрономы обнаружили свидетельства образования звезд и планетных систем во многих из этих туманностей, поскольку взаимное гравитационное притяжение частиц туманности заставляет их притягиваться друг к другу.
В соответствии с этой теорией, получившей название туманной гипотезы, облако состояло в основном из водорода и гелия, большая часть которых сосредоточилась на Солнце.
Внешние планеты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун существенно отличаются от Земли. Они находились достаточно далеко от Солнца, а потому были достаточно холодными, чтобы эти газы, вместе с другими соединениями, такими как метан, аммиак и вода, могли гравитационно собираться вокруг небольших каменных или металлических ядер.
Внутренние планеты - Меркурий, Венера, Земля и Марс - были теплее, а также подвергались воздействию более сильного солнечного ветра. Эти эффекты вытолкнули большую часть легких газов в космос, оставив эти планеты в виде твердых тел. Венера и Земля, и в меньшей степени Марс, были способны удерживать атмосферу, но лишь в виде достаточно тонких оболочек, окружающих камень и металл.
Формирование планет
Планеты сформировались в результате аккреции - объединения более мелких объектов главным образом под действием гравитации. Заключительные этапы аккреции приняли форму столкновений метеоров и комет. Некоторые из этих ударов должны были быть чрезвычайно энергичными, вероятно, расплавляя большую часть или всю раннюю земную кору.
Наиболее общепринятая теория образования Луны предполагает, что "протопланета", по размеру вполовину меньше диаметра Земли, врезалась в неё, выбрасывая материал как с неё, так и с Земли в космос. Затем часть этого материала собралась вместе и сформировала Луну. Это событие, вероятно, произошло в течение первых 100 миллионов лет существования Земли.
В период формирования Земли, Солнце светило примерно на 70% своей нынешней яркости. Жизни еще не существовало, а также не было времени для выветривания горных пород, чтобы захоронить значительную часть углекислого газа и метана, выбрасываемых из недр. Данные газы задерживали солнечное тепло, предохраняя планету от замерзания.
По мере постепенного удаления части этих парниковых газов водой и жизнью, температура Земли оставалась стабильной при интенсивном солнечном свете. Иногда происходили ледниковые или теплые периоды, но процессы отрицательной обратной связи в конечном итоге возвращали климат к состояниям, подходящим для существования жизни.
Вулканическая активность и смена положения континентов обусловили теплый мезозой и первоначально очень теплый, но постепенно остывающий кайнозой, до тех пор, пока климат не стал нестабильным в течение последнего миллиона лет.
После образования ледяных шапок, они начали самовоспроизводиться, потому что белый лед и снег отражали солнечный свет, способствуя дальнейшему охлаждению. Другие факторы, такие как изменения в обогреве из-за циклов Миланковича, в конечном итоге сместили чашу весов в другую сторону, вызвав быстрое потепление межледниковий.
Земная система (независимо от того, будем ли мы называть ее Геей), безусловно, обладает многочисленными обратными связями, как положительными, так и отрицательными. Понимание данных факторов имеет решающее значение не только для изучения прошлого планеты, но и для прогнозирования или корректировки ее вероятного будущего.
Некоторые ученые считают, что микробная жизнь может быть распространена во Вселенной, но условия, благоприятные для эволюции и выживания разумных многоклеточных существ, очень редки. Возможно, мы живем в действительно особенное время и место в истории Вселенной.
Образование и возраст Земли: Первый миллиард лет Земли
Образование и возраст Земли: Появление жизни на Земле
Образование и возраст Земли: Эры и периоды Земли
Земные циклы и Круговорот воды на Земле
Солнечная энергия и Магнитное поле Земли
Что ещё посмотреть: