На этот вопрос поможет ответить ведущая теория, которую принято называть «протопланетной гипотезой». Согласно ей, небольшие космические объекты влетали друг в друга, из-за чего происходило их соединение. Именно так формировались гиганты нашей планетарной системы, в том числе и «газовый гигант» Юпитер. Сам процесс формирования планет очень интересен и до конца еще не разгадан.
Все началось с рождения нашего светила – звезды по имени Солнце
Вышесказанная теория гласит, что примерно 4,6 миллиардов лет назад на месте нашей планетарной системы не было практически ничего, кроме газа и мелкодисперсной пыли. Данные составляющие образовывают туманности, о которых в современное время часто говорят астрофизики. Примером таких объектов является «Туманность Ориона».
Однажды, как считают планетологи, произошло некое событие, которое изменило давление в центральной части туманности. Возможно, данным событием являлся взрыв «сверхновой» либо пролет массивного космического объекта в непосредственной близости. В любом случае, после этого события туманность распалась, а в ее центре образовался диск. Давление в центральной части диска возросло настолько, что атомы водорода стали контактировать друг с другом, причем довольно тесно. До этого они спокойно сосуществовали и свободно перемещались в облаке. Контакт между атомами водорода заставил их слиться и превратиться в гелий. Таким образом, сформировался солнечный «зародыш», который в дальнейшем стал центром (ядром) светила.
Чтобы сформироваться, светилу понадобилось около 99% космического стройматериала, который располагался вокруг него. Но 1% материи все еще оставался свободным. Именно из него родились планеты, о которых мы знаем ныне практически все.
Вселенский хаос
Несмотря на то, что на ранней стадии формирования наша планетарная система находилась в хаосе, планеты формировалась с завидной скоростью. Газообразные вещества и космическая мелкодисперсная пыль быстро собирались в «сгустки». Светило уже тогда было настолько горячим, что испаряло любой лед, находившийся рядом с ним. Постепенно рождались и приобретали свою теперешнюю форму планеты. Каменистыми стали те объекты, которые располагались ближе к светилу, а газовыми – максимально отдаленные от него.
Согласно многим теориям, в нашей планетарной системе изначально было больше составляющих. Маленькие объекты постоянно врезались в большие, после чего становились их частью. Существует даже мнение, что когда-то в нашу Землю впечатался объект, по размеру сопоставимый с планетой Марс. Почему происходила данная «космическая бомбардировка», ученые не могут понять по сей день. Возможно, причиной тому являлись «газовые гиганты», которые постоянно тревожили остальных своим присутствием. Пролетая, они сбивали с орбиты «карликов-планет», которые потом врезались в более крупные объекты.
Можно ли считать, что на сегодняшний день все планеты Солнечной системы сформировались
Так думать не следует, так как в вышесказанной планетарной системе еще имеются объекты, которые теоретически могли бы стать планетами. К примеру, астероидный пояс, расположенный между гигантом-Юпитером и Марсом. Если бы гравитация первой планеты была бы мене сильной, возможно, астероиды сформировались бы в цельный космический объект. Кроме этого, через нашу систему постоянно пролетают кометы, метеориты и прочие объекты. Астрономы называют их «космическими кирпичиками» и не зря.
Теориям, подобным вышеописанной, можно доверять, так как астрономы проверяют их несколько раз с помощью современной технологии – компьютерного моделирования. Перед тем, как предложить теорию, специалисты создают несколько компьютерных моделей. В каждой из них события развиваются по-разному. Приемлемым вариантом будут считать тот, результат которого максимально соответствует действительности.
В первые сотни лет своего существования Земля пережила многочисленные катаклизмы, оставившие глубокие шрамы на ее поверхности. За миллиарды лет, прошедшие с тех пор, ветровая и водяная эрозии, глобальные изменения климата почти стерли следы первобытной эпохи. Но их все еще можно найти. Примеры планет, которые в наши дни образуются вокруг других звезд, а также сложные компьютерные модели помогают понять историю нашей планеты.
Солнечная система сформировалась из того же первоначального облака газа и пыли, что и само Солнце. Подобные облака, называемые туманностями, часто незаметны, если не освещены звездами. В основном они состоят из самого легкого элемента, водорода, но при этом содержат небольшое количество гелия и более тяжелых элементов, сформировавшихся в предыдущих поколениях звезд и высвободившихся после их гибели.
Никто точно не знает, что вывело некую туманность на тот путь, который привел к возникновению Солнечной системы. Это могла быть взрывная волна от ближайшей сверхновой, действие силы тяжести пролетающей мимо звезды или просто проход сквозь облако из более плотного материала, когда туманность огибала по орбите . Каким бы ни был пусковой механизм, 4,5 млн. лет назад что-то направило туманность к коллапсу.
КОНЦЕНТРИРОВАННОЕ ВЕЩЕСТВО
По мере того как центр облака становился плотнее, он начинал оказывать большее влияние на свое окружение, втягивая его вовнутрь, пока спустя световой год первоначальное облако не уплотнилось и не стало шириной в несколько световых часов. Концентрация вещества привела к тому, что солнечная туманность стала быстрее вращаться.
В результате, туманность выровнялась и приобрела форму диска с выпуклостью в центре. Выпуклость, содержащая порядка 90 % массы туманности, стала нашей звездой, Солнцем, но продолжала быть окруженной газом и пылью — сырьем для формирования системы планет.
В непосредственной близости от Солнца над облаком доминировала пыль из тяжелых элементов, формирующих сложные химические соединения. Частицы пыли склеивались при столкновении, более легкие стремились к испарению в условиях жесткой солнечной радиации. Затем их сдувало прочь от внутренней Солнечной системы, и они вновь конденсировались в более прохладных зонах, где помогали формировать .
По мере того как глыбы пыли становились больше, возрастал риск их столкновения между собой, и в конце концов несколько из них увеличились достаточно, чтобы обладать эффективной силой притяжения.
РАСТУЩИЕ ПЛАНЕТЫ
Образовавшиеся планетозимали начали стремительно собирать материал из своего окружения. Рост по экспоненте продолжался до тех пор, пока несколько десятков объектов, варьирующихся в размере между Луной и Марсом, не стали доминировать во внутренней Солнечной системе. Постоянная бомбардировка поверхностей объектов нагрела их до температуры плавления.
На этом этапе планетозимали прекратили свой рост. Однако большинство из них закончили тем, что оказались на вытянутых, пересекающихся орбитах, что приводило к столкновениям и увеличению их размеров посредством слияния друг с другом. Каждое из этих межпланетных столкновений освобождало огромное количество энергии, помогающей сохранять планетозимали горячими.
ЗЕМЛЯ ЭПОХИ ГАДЕЯ
Последним, но не менее важным, стало колоссальное столкновение с миром размером с Марс, называемым Тейя, что привело к . На Земле самыми значительными событиями были извержения значительной части планетной мантии и поглошение ядра Тейи ядром Голубой планеты. После того как утихли отголоски толчков, Земля наконецто обрела свой нынешний вид. Ранняя эпоха истории Земли часто называется гадейским периодом («гадесом» древние греки называли ад). Газы из расплавленной внутренней части сформировали плотную атмосферу, но удар, образовавший Луну, сорвал большую часть атмосферы.
Согласно традиционным взглядам, в то время поверхность Земли сотрясалась от бурной вулканической активности, из-за чего она постоянно обновлялась. Вероятно, к тому времени сформировалась тонкая поверхностная кора — это могли быть минералы с высоким содержанием тяжелых элементов с высокой точкой плавления, например железо и магний. Однако этот плотный материал, должно быть, погрузился в расплавленную породу под ним.
Выделяющийся от всей этой активности газ создал атмосферу с высоким давлением, возможно, с высоким содержанием углекислого газа. В свою очередь, это привело к возникновению удушающего парникового эффекта, подобного тому, что наблюдается в наши дни на Венере. Несмотря на температуру выше 200 °С, выходящий при газовыделении водяной пар конденсировался в жидкость, при этом образовывались океаны с горячей водой. Однако недавние исследования образцов некоторых из древнейших пород Земли ставят под сомнение традиционную точку зрения.
ИНТЕНСИВНОЕ ВРАЩЕНИЕ
Какими бы ни были условия на поверхности, кое-что другое сделало юную Землю неузнаваемой для современного посетителя. Влияние Тейи вызвало очень быстрое вращение нашей планеты с пятичасовым циклом дня и ночи. Быстрое вращение привело к тому, что Земля была на 1800 км шире на экваторе, чем от полюса к полюсу. Однако с тех пор приливы и отливы от Луны замедляли ее движение, поэтому нынешний экваториальный диаметр всего лишь на 43 км больше полярного.
Voted Thanks!
Возможно Вам будет интересно:
Ученые сходятся на том, что вначале существования всей Вселенной был мощный взрыв. После него через некоторое время образовалась сгустки материи – первоначальные системы, где есть центральная звезда, а вокруг нее частички, которые постоянно сталкивались между собой. Точнее сказать — толстый вращающийся диск, состоящий из водорода, окаймленного твердым веществом.
Внутренняя зона этого диска была наполнена обломками камней. Но верхняя граница, снеговая линия, состояла из заледеневшего метана, аммиака и воды. Причем, преимущественно из воды — и тому есть простое объяснение.
Водород был самым распространенным элементом Солнечной системы того времени. Он соединился с кислородом и получилась вода, с углеродом – получался метан, с азотом – получался аммиак.
Столкновения тем временем продолжались. Крошечные частички пыли и льда соединялись, благодаря трению и статическому электричеству, пока не возникла гравитация. В результате они превратились в планетезимали («сгусток» материи вокруг протозвезды).
Планетезимали – это первый строительный камень Солнечной системы. Они были маленькими, диаметром с 1-1,5 километра, однако, их было просто бесчестное количество. именно им, в дальнейшем, предстояло «сбиться» в планеты.
Внутренние планеты (Меркурий, Венера, Земля, Марс) меньше внешних, потому что для внутренних планет было недостаточно материала, такого как металл и камень. Внешним планетам после того, как у них сформировалось ядро, удалось притянуть воду, аммиак, метан и углекислый газ. Они стали больше. А когда гравитация притянула газы, они стали просто непомерно большими. Впрочем, мы с вами совсем не в обиде на Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран, за это «хулиганство», верно?
Через 3 миллиона лет после взрыва планетезимали превратились в зародыши планет или протопланеты. Протопланеты состояли из планетезималей, и были уже значительно больше, размером с нашу Луну. Их было попрежнему очень много, они бесконечно сталкивались, притягивались и отталкивались друг от друга. Постепенно самые «удачливые» протопланеты стали «собирать» на себя все больше недавних «одноклассников». Причем чем больше становилось ядро протопланеты, тем больше и легче получался у неё этот процесс.
В результате таких столкновений за 3 миллиона лет возникла первая молодая планета, ставшая в будущем настоящим монстром Солнечной системы – Юпитером. Прежде, чем стать планетой-гигантом, Юпитер был «супер-Землей «– раз в 10 – 15 больше Земли. Молодой Юпитер ещё не был газовым гигантом и состоял из камней и льда, однако его масса продолжала увеличиваться.
В результате столкновения с протопланетой размером примерно соответствующим его собственным, Юпитер, резко прибавивший в размерах, начал «тащить» к себе всё до чего мог дотянуться. Его гравитация стала притягивать материалы из окружающего пространства как гигантский космический пылесос, и очень скоро планета раздулась до совершенно немыслимого размера. За считанные 100000 лет (пустяк по космическим меркам) Юпитер «всосал» все газы на своем пути и увеличил массу на 90% от исходного состояния.
Его примеру, хотя и в меньших масштабах, последовали Сатурн, Нептун и Уран, также ставшие газовыми гигантами. Конечно, планеты даже не думали о справедливости (ах, если бы планеты могли о чем-то думать…) и «брали всё» из окружающего пространства. Естественно, больше всего вещества успели «отхватить» те, кто пришел к раздаче раньше всех. Именно поэтому, в Солнечной Системе 92% несолнечной массы приходится на две соседние планеты: Юпитер и Сатурн.
Естественно не надо считать, что эти двое «сожрали» весь газ в Солнечной Системе. Как только молодая звезда-Солнце оформилась и «заработала», она сама очистила свои владения, солнечным ветром разогнав излишки остатков «строительного материала вселенной».
Юпитер и Сатурн к этому времени успели притянуть достаточно материала, поэтому они такие большие. Уран и Нептун чуть припозднились и не успели вырасти. Поэтому они меньше Юпитера и Сатурна.
Какой бы увидели Солнечную систему в то время инопланетные астрономы, если бы смотрели на нее с большого расстояния? Телескоп Хаббл сделал снимки различных протопланетных дисков в зоне формирования звезд на расстоянии 1350 световых лет от Земли. Если бы мы смотрели прямо, то увидели бы просто звезду, окруженную диском. Но когда мы смотрим под углом, то пыль и газ полностью загораживают звезду и блокируют ее свет.
Только спустя 10 миллионов лет после начала формирования Солнечной системы, когда пыль и газ исчезли, Солнце ярко засияло в пространстве. Хотя оно еще не превратилось в настоящую звезду и в тот момент выглядело странновато. Спектр света был другим — Солнце обладало огромной энергией, как сейчас, но было более красным. Поэтому в то время Солнечная система была не такого цвета, как сегодня. Протозвезда была оранжево-желтой и напоминала бурлящий котел.
Только через 50 миллионов лет произошел самый важный момент формирования Солнечной системы. Протосолнце достигло критической массы, температуры и давления, в его ядре началась ядерная реакция и… оно взорвалось.
Родилась новая звезда.
Когда образовалось Солнце и стало таким, каким мы его знаем сейчас, остальная Солнечная система еще не созрела. На 40 млн. лет раньше замерзшие газовые гиганты, улетевшие за «снеговую линию», перестали расти и достигли стабильности. А в горячей внутренней области, где было мало газа и было много камней, царил хаос. То есть, в то время, когда Солнце уже стало полноценной звездой, планеты во внутренней области еще пытались расти.
Крошечные протопланеты продолжали сталкиваться, становились больше. В результате образовались четыре планеты во внутренней области. Но возле орбиты Юпитера до сих пор находится узкая область, где правят планетазимали , а протопланеты – так и не сформировались. Это Пояс астероидов , где Юпитер мешает формироваться другим планетам.
Юпитера – самая большая планета, у него самая большая гравитация. На заре формирования Солнечной системы Юпитера вошел в Пояс астероидов, ускорил движение планетезималей и заставил сталкиваться с разрушительной силой.
Пояс астероидов – единственная область в Солнечной системе, где планеты не образуются. По краям Солнечной системы в ледяном молчании летает еще одно кольцо небесных тел – Пояс Койпера . Это область за пределами орбиты Нептуна. В нем полно камней и льда, расположенных далеко друг от друга. Они не сталкиваются и не образуют планету, потому что не подлетают слишком близко. Через 50 млн. лет после зарождения Солнечной системы в Поясе Койпера и в Поясе астероидов было в 100 раз больше тел, чем сегодня. Эти тела сыграли разрушительную, но важную роль в эволюции каменистых внутренних планет, включая Землю.
Итак, «внутренние» планеты формировались в 10 раз дольше гигантов, находящихся за снеговой линией. Только спустя 75 миллионов лет этот процесс подошел к концу.
В 150 миллионах километров от молодого Солнца, Протоземля достигла размеров планеты и заняла стабильную орбиту. Но у нее был космический преследователь – считается, что на начальном этапе Землю сопровождала другая планета, протопланета Тея . У нее была такая же орбита, как у Земли, она следовала почти по тому же пути. Миллионы лет эти планеты гонялись друг за другом вокруг Солнца. И в один момент произошло столкновение, имевшее для Земли серьезные последствия.
Тея и Земля столкнулись, вероятно, по касательной, Тея просто «чиркнула» нашу планету боком и скрылась в неизвестном направлении (а может и развалилась на части). Однако столкновение было настолько чудовищным, что обломки обоих небесных тел взметнулись в космос, и хотя часть их вновь упала на нашу планету, оставшихся хватило для того, чтобы со временем из них образовался естественный спутник Земли — Луна .
Следующая драма произошла с газовыми гигантами, чьи сместившиеся орбиты чуть не погубили Солнечную систему. Через 500 миллионов лет после формирования планет Солнечной системы, они по-прежнему были окружены обломками или остатками планетарного диска. В молодой солнечной системе группа из трех планет находилась гораздо ближе к Солнцу, чем сейчас.
Первая орбита Нептуна была внутри орбиты Урана, но потом они поменяли их. А в обоих Поясах было в 100 раз больше материала. Гравитация планет-гигантов постоянно притягивает материал из обоих поясов. Каждый раз большие планеты перетасовывают планетезимали. Хоть результат вначале незаметен, но возможно из-за этого гигантские планеты сместились на новые орбиты.
Раньше внешние планеты слегка смещались, мигрировали. Сатурн, Уран и Нептун отправляли планетезимали Солнцу, а сами отдалялись от Солнца. Юпитер же отшвыривал планетезимали на огромные расстояния, даже за пределы Солнечной системы. Это значит, что сам он должен при этом сдвигаться. Когда планета отбрасывает планетезимали, она сама немного смещается, это закон сохранения энергии, ведь она дает гравитационный толчок планетезимали. При этом планета теряет часть энергии и сама смещается на более низкую орбиту.
За полмиллиарда лет миллионы слабых гравитационных рывков слегка изменили орбиты больших планет. Земля и другие молодые планеты могли оказаться в условиях, пригодных для жизни. Но их чуть не уничтожили газовые гиганты Юпитер и Сатурн, которые достигли переломной точки – резонанса. Когда Юпитер вошел в резонанс с Сатурном, случилась катастрофа. Резонанс означает, что когда Сатурн делает один оборот вокруг Солнца, Юпитер делает два. В результате Юпитер и Сатурн оказались в одной части Солнечной системы.
Гравитационный хаос, который внесли Юпитер и Сатурн, повлиял на планеты и их спутники внутренней Солнечной системы, вызвав событие, известное как поздняя бомбардировка . Гравитация гигантов притянула множество материала из внешней Солнечной системы во внутреннюю, так, что внутренние планеты оказались атакованы целым роем комет и астероидов, буквально изрешетившими их поверхность кратерами.
Впрочем, худа без добра не бывает. Вполне возможно, что свои гигантские запасы воды наша Земля приобрела как раз в то время, «переварив» ледяные ядра комет и астероидов. Да-да, некоторые ученые всерьез считают, что такое количество воды на нашей планете – результат то самой поздней бомбардировки.
Спустя 4 млрд. 600 млн. лет после рождения Солнечной системы угроза столкновения с огромным астероидом по-прежнему существует. Но, хотя они и несут для нас опасность, они же дают и ответы на вопросы.
Только изучая крошечные астероиды и метеориты долетающие до земли, можно понять действительно ли Солнечная система сформировалась так, как мы думаем. Такая категоричность не случайна, приведу просто пример: в начале 2011 года астрохимики из Аризонского университета определили возраст одного из метеоритов найденных в Северной Африки в 4 млрд. 568 млн. лет. Это старейший материал на Земле. Только подумайте об этом — камень, который старше самой планеты.
В одной галактике насчитывается около 100 млрд звезд, а всего в нашей Вселенной существует 100 млрд галактик. Если бы вам вздумалось отправиться в путешествие с Земли к самому краю Вселенной, то это заняло бы у вас больше 15 млрд лет при условии, что вы будете передвигаться со скоростью света - 300 000 км в секунду. Но откуда же появилась космическая материя? Как возникла Вселенная? История Земли насчитывает около 4,6 млрд лет. За это время на ней возникали и вымирали многие миллионы видов растений и животных; вырастали и обращались в прах высочайшие горные хребты; громадные материки то раскалывались на части и разбегались в разные стороны, то сталкивались друг с другом, образуя новые гигантские массивы суши. Откуда же мы все это знаем? Дело в том, что, несмотря на все катастрофы и катаклизмы, которыми столь богата история нашей планеты, на удивление многое из ее бурного прошлого запечатлевается в горных породах, существующих и поныне, в окаменелостях, которые в них находят, а также в организмах живых существ, обитающих на Земле в наши дни. Разумеется, эта летопись неполная. Нам попадаются лишь ее фрагменты, между ними зияют пустоты, из повествования выпадают целые главы, крайне важные для понимания того, что происходило на самом деле. И все-таки даже в столь урезанном виде история нашей Земли не уступит в увлекательности любому детективному роману.
Астрономы полагают, что наш мир возник в результате Большого Взрыва. Взорвавшись, гигантский огненный шар разметал по пространству материю и энергию, которые впоследствии сгустились, образовав миллиарды звезд, а те, в свою очередь, объединились в многочисленные галактики.
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.
Любое вещество состоит из крохотных частиц - атомов. Атомы - это мельчайшие материальные частицы, способные принимать участие в химических реакциях. Однако они, в свою очередь, состоят из еще более мелких, элементарных, частиц. В мире существует множество разновидностей атомов, которые называются химическими элементами. Каждый химический элемент включает в себя атомы определенных размеров и веса и отличается от других химических элементов. Поэтому в ходе химических реакций каждый химический элемент ведет себя только ему одному присущим образом. Все сущее во Вселенной, от крупнейших галактик до мельчайших живых организмов, состоит из химических элементов.
После Большого Взрыва.
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. Постепенно Вселенная охлаждалась все сильнее и образовывались более тяжелые элементы. Процесс образования новых атомов и элементов продолжается и по сей день в недрах таких звезд, как, к примеру, наше Солнце. Их температура необычайно высока.
Вселенная остывала. Новообразованные атомы собирались в гигантские облака пыли и газа. Частицы пыли сталкивались друг с другом, сливались в единое целое. Гравитационные силы притягивали маленькие объекты к более крупным. В результате во Вселенной со временем сформировались галактики, звезды, планеты.
Земля имеет расплавленное ядро, богатое железом и никелем. Земная кора состоит из более легких элементов и как бы плавает на поверхности частично расплавленных горных пород, образующих мантию Земли.
Расширяющаяся Вселенная.
Большой Взрыв оказался настолько мощным, что вся материя Вселенной с огромной скоростью разлетелась по космическому пространству. Более того, Вселенная продолжает расширяться и по сей день. Мы можем с уверенностью утверждать это потому, что отдаленные галактики все еще отодвигаются от нас, а расстояния между ними постоянно увеличиваются. Значит, когда-то галактики располагались гораздо ближе друг к Другу, чем в наши дни.
Никто точно не знает, как именно образовалась Солнечная система. Основная теория гласит, что Солнце и планеты сформировались из завихряющегося облака космического газа и пыли. Более плотные части этого облака с помощью гравитационных сил притягивали к себе извне все большее количество вещества. В итоге из него возникли Солнце и все его планеты.
Микроволны из прошлого.
Исходя из предположения, что Вселенная сформировалась в результате "горячего" Большого Взрыва, то есть возникла из гигантского огненного шара, ученые попробовали подсчитать, до какой степени она должна была охладиться к настоящему времени. Они пришли к выводу, что температура межгалактического пространства должна составлять около -270°С. Температуру Вселенной ученые определяют и по интенсивности микроволнового (теплового) излучения, идущего из глубин космоса. Проведенные измерения подтвердили, что она в самом деле составляет примерно -270"С.
Каков возраст Вселенной?
Чтобы узнать расстояние до той или иной галактики, астрономы определяют ее размеры, яркость и цвет излучаемого ею света. Если теория Большого Взрыва верна, то, значит, все существующие ныне галактики первоначально были стиснуты в один сверхплотный и горячий огненный шар. Вам достаточно поделить расстояние от одной галактики до другой на скорость, с какой они удаляются друг от друга, чтобы установить, как давно они составляли единое целое. Это и будет возрастом Вселенной. Разумеется, этот метод не позволяет получить точных данных, но все же он дает основания полагать, что возраст Вселенной -от 12 до 20 млрд лет.
Поток лавы вытекает из кратера вулкана Килауэа, расположенного на о-ве Гавайя. Когда лава выходит на поверхность Земли, она застывает, образуя новые горные породы.
Образование Солнечной системы.
Галактики сформировались, по всей вероятности, спустя примерно 1 - 2 млрд лет после Большого Взрыва, а Солнечная система возникла приблизительно на 8 млрд лет позже. Ведь материя распределялась по пространству отнюдь не равномерно. Более плотные области, благодаря гравитационным силам, притягивали к себе все больше пыли и газа. Размеры этих областей стремительно увеличивались. Они превращались в гигантские завихряющиеся облака пыли и газа - так называемые туманности.
Одна такая туманность - а именно солнечная туманность - сгустившись, образовала наше Солнце. Из других частей облака возникли сгустки вещества, ставшие планетами, в том числе Землей. Они удерживались на своих околосолнечных орбитах мощным гравитационным полем Солнца. По мере того как гравитационные силы притягивали частицы солнечного вещества все ближе и ближе друг к другу, Солнце становилось все меньше и плотнее. При этом в солнечном ядре возникло чудовищное давление. Оно преобразовывалось в колоссальную тепловую энергию, а это, в свою очередь, ускоряло ход термоядерных реакций внутри Солнца. В (результате образовывались новые атомы и выделялось еще больше тепла.
Возникновение условий для жизни.
Примерно те же процессы, хотя и в значительно меньших масштабах, происходили и на Земле. Земное ядро стремительно сжималось. Из-за ядерных реакций и распада радиоактивных элементов в недрах Земли выделялось так много тепла, что образующие ее горные породы расплавились. Более легкие вещества, богатые кремнием - похожим на стекло минералом, - отделились в земном ядре от более плотных железа и никеля и образовали первую земную кору. Спустя примерно миллиард лет, когда Земля существенно охладилась, земная кора затвердела и превратилась в прочную внешнюю оболочку нашей планеты, состоящую из твердых горных пород.
Остывая, Земля выбрасывала из своего ядра множество различных газов. Обычно это происходило при извержении вулканов. Легкие газы, такие, как водород или гелий, большей частью улетучивались в космическое пространство. Однако сила притяжения Земли была достаточно велика, чтобы удерживать у ее поверхности более тяжелые газы. Они-то и составили основу земной атмосферы. Часть водяных паров из атмосферы сконденсировалась, и на Земле возникли океаны. Теперь наша планета была полностью готова к тому, чтобы стать колыбелью жизни.
Рождение и гибель горных пород.
Земная суша образуется твердыми горными породами, зачастую покрытыми слоем почвы и растительностью. Но откуда эти горные породы берутся? Новые горные породы формируются из вещества, рождающегося глубоко в недрах Земли. В нижних слоях земной коры температура намного выше, чем па поверхности, а составляющие их горные породы находятся под огромным давлением. Под воздействием жара и давления горные породы прогибаются и размягчаются, а то и вовсе плавятся. Как только в земной коре образуется слабое место, расплавленные горные породы - их называют магмой - прорываются на поверхность Земли. Магма вытекает из жерлов вулканов в виде лавы и распространяется на большой площади. Застывая, лава превращается в твердую горную породу.
Взрывы и огненные фонтаны.
В одних случаях рождение горных пород сопровождается грандиозными катаклизмами, в других проходит тихо и незаметно. Существует множество разновидностей магмы, и из них образуются различные типы горных пород. К примеру, базальтовая магма очень текуча, легко выходит на поверхность, растекается широкими потоками и быстро застывает. Иногда она вырывается из жерла вулкана ярким "огненным фонтаном" - такое происходит, когда земная кора не выдерживает ее давления.
Другие виды магмы гораздо гуще: их густота, или консистенция, больше похожа на черную патоку. Содержащиеся в такой магме газы с большим трудом пробиваются на поверхность сквозь ее плотную массу. Вспомните, как легко пузырьки воздуха вырываются из кипящей воды и насколько медленнее это происходит, когда вы нагреваете что-нибудь более густое, к примеру кисель. Когда более плотная магма поднимается ближе к поверхности, давление на нее уменьшается. Растворенные в пей газы стремятся расшириться, но не могут. Когда же магма наконец вырывается наружу, газы расширяются столь стремительно, что происходит грандиозный взрыв. Лава, обломки горных пород и пепел разлетаются во все стороны, как снаряды, выпущенные из пушки. Подобное извержение случилось в 1902 г. на о-ве Мартиника в Карибском море. Катастрофическое извержение вулкана Моптапь-Пеле полностью разрушило порт Сеп-Пьер. Погибло около 30 000 человек.
Образование кристаллов.
Горные породы, формирующиеся из остывающей лавы, называют вулканическими, или изверженными, горными породами. Пока лава остывает, минералы, содержащиеся в расплавленных породах, постепенно превращаются в твердые кристаллы. Если лава остывает быстро, кристаллы не успевают вырасти и остаются очень маленькими. Подобное происходит при образовании базальта. Иногда лава охлаждается столь быстро, что из нее получается гладкая стеклообразная порода, вообще не содержащая кристаллов, такая, как обсидиан (вулканическое стекло). Подобное, как правило, случается при подводном извержении или когда маленькие частицы лавы выбрасываются из жерла вулкана высоко в холодный воздух.
Эрозия и выветривание горных пород в каньонах Сидар-Брейкс, штат Юта, США. Эти каньоны образовались в результате эрозионного воздействия реки, проложившей свое русло через слои осадочных пород, "выдавленных" кверху движениями земной коры. Обнажившиеся горные склоны постепенно выветрились, и обломки пород образовали на них каменистые осыпи. Посреди этих осыпей торчат выступы все еще твердых скал, которые и образуют края каньонов.
Свидетельства минувшего.
Размеры кристаллов, содержащихся в вулканических породах, позволяют нам судить, насколько быстро остывала лава и на каком расстоянии от поверхности Земли она залегала. Перед вами кусок гранита, как он выглядит в поляризованном свете под микроскопом. Различные кристаллы имеют на этом изображении различный цвет.
Гнейс - метаморфическая горная порода, образовавшаяся из осадочной породы под воздействием тепла и давления. Рисунок из разноцветных полос, которые вы видите на этом куске гнейса, позволяет определить направление, в котором земная кора, двигаясь, давила на слои горных пород. Так мы получаем представление о событиях, происходивших 3,5 млрд лет тому назад.
По складкам и разломам (разрывам) в горных породах мы можем судить, в каком направлении действовали колоссальные напряжения в земной коре в давно минувшие геологические эпохи. Эти складки возникли в результате горообразующих движений земной коры, начавшихся 26 млн лет назад. В этих местах чудовищные силы сдавили слои осадочных горных пород - и образовались складки.
Магма далеко не всегда достигает поверхности Земли. Она может задерживаться в нижних слоях земной коры и тогда остывает гораздо медленнее, образуя восхитительные крупные кристаллы. Именно так возникает гранит. Величина кристаллов в некоторых голышах позволяет установить, каким образом много миллионов лет назад сформировалась данная порода.
Худуз, провинция Альберта, Канада. Дожди и песчаные бури разрушают мягкие горные породы быстрее, чем твердые, и в результате возникают останцы (выступы) с причудливыми очертаниями.
Осадочные "бутерброды".
Не все горные породы похожи на вулканические, такие, как гранит или базальт. Многие из них состоят из множества слоев и похожи на огромную стопку бутербродов. Они образовались когда-то из разрушенных ветром, дождями и реками других горных пород, обломки которых смыло в озера или моря, и они осели на дне под толщей воды. Постепенно таких осадков скапливается огромное количество. Они нагромождаются друг на друга, образуя слои толщиной в сотни и даже тысячи метров. Вода озера или моря давит на эти отложения с колоссальной силой. Находящаяся внутри них вода выдавливается, и они спрессовываются в плотную массу. В то же время минеральные вещества, прежде растворенные в выдавливаемой воде, как бы цементируют всю эту массу, и в итоге из нее формируется новая горная порода, которую называют осадочной.
И вулканические, и осадочные породы могут под воздействием движений земной коры выталкиваться кверху, образуя новые горные системы. В образовании гор участвуют колоссальные силы. Под их воздействием горные породы либо очень сильно нагреваются, либо чудовищно сжимаются. При этом они преобразовываются - трансформируются: один минерал может превратиться в другой, кристаллы расплющиваются и принимают иное расположение. В результате па месте одной горной породы возникает другая. Горные породы, сформировавшиеся при трансформации других горных пород под воздействием вышеупомянутых сил, называются метаморфическими.
Ничто не вечно, даже горы.
На первый взгляд ничего не может быть прочнее и долговечнее, чем огромная гора. Увы, это всего-навсего иллюзия. Если основываться на геологической шкале времени, где счет идет на миллионы и даже сотни миллионов лет, то горы оказываются столь же преходящим, как и все остальное, включая нас с вами.
Любая горная порода, как только начнет подвергаться воздействию атмосферы, моментально будет разрушаться. Если вы взглянете на свежий обломок скалы или расколотый голыш, то увидите, что вновь образовавшаяся поверхность породы зачастую совсем иного цвета, чем старая, долго пробывшая па воздухе. Это объясняется воздействием кислорода, содержащегося в атмосфере, а во многих случаях - и дождевой воды. Из-за них на поверхности горной породы происходят различные химические реакции, постепенно изменяющие ее свойства.
Со временем эти реакции приводят к высвобождению минералов, скрепляющих породу, и она начинает рассыпаться. В породе образуются крохотные трещинки, в которые проникает вода. Замерзая, эта вода расширяется и разрывает породу изнутри. Когда лед растает, такая порода попросту развалится на куски. Очень скоро отвалившиеся куски породы смоют дожди. Этот процесс называется эрозией.
Ледник Мюир на Аляске. Разрушительное воздействие ледника и камней, вмерзших в него снизу и с боков, постепенно вызывает эрозию стен и дна долины, по которой он движется. В результате на льду образуются длинные полосы обломков горных пород - так называемые морены. При слиянии двух соседних ледников соединяются и их морены.
Вода-разрушитель.
Куски разрушенной породы в конечном итоге попадают в реки. Течение тащит их по речному руслу и стачивает ими породу, которая образует само русло, пока уцелевшие обломки не найдут наконец тихое пристанище на дне озера или моря. Замерзшая вода (лед) обладает еще большей разрушительной силой. Ледники и ледниковые покровы волокут за собой множество крупных и мелких обломков горных пород, вмерзших в их ледяные бока и брюха. Эти обломки проделывают глубокие борозды в породах, по которым движутся ледники. Ледник может переносить обломки скал, упавшие на него сверху, на многие сотни километров.
Скульптуры, созданные ветром
Ветер тоже разрушает горные породы. Особенно часто такое случается в пустынях, где ветер переносит миллионы мельчайших песчинок. Песчинки большей частью состоят из кварца, чрезвычайно прочного минерала. Вихрь песчинок ударяется о скалы, выбивая из них все новые и новые песчинки.
Часто ветер нагромождает песок в большие песчаные холмы, или дюны. Каждый порыв ветра наносит на дюны новый слой песчинок. Расположение склонов и крутизна этих песчаных холмов позволяют судить о направлении и силе ветра, их создавшего.
Ледники проделывают на своем пути глубокие U-образные долины. В Нантфранконе, Уэльс, ледники исчезли еще в доисторические времена, оставив после себя широкую долину, которая явно велика для небольшой речки, протекающей по ней ныне. Маленькое озеро на переднем плане перегорожено полосой особо прочной горной породы.
История нашей планеты еще хранит в себе немало загадок. Ученые разных областей естествознания вложили свою лепту в изучение развития жизни на Земле.
Считается, что возраст нашей планеты составляет около 4,54 миллиарда лет. Весь этот временной промежуток принято делить на два основных этапа: фанерозой и докембрий. Эти этапы называются эонами или эонотемой. Эоны в свою очередь делятся на несколько периодов, каждый из которых отличается совокупностью изменений, происходивших в геологическом, биологическом, атмосферном состоянии планеты.
- Докембрий, или криптозой — это эон (временной промежуток развития Земли), охватывающий около 3,8 миллиардов лет. То есть, докембрий — это развитие планеты от момента образования, формирования земной коры, протоокеана и возникновения жизни на Земле. К концу докембрия на планете уже были широко распространены высокоорганизованные организмы с развитым скелетом.
Эон включает в себя еще две эонотемы — катархей и архей. Последний, в свою очередь, включает в себя 4 эры.
1. Катархей — это время образования Земли, но не было еще ни ядра, ни земной коры. Планета была еще холодным космическим телом. Ученые предполагают, что в этот период на Земле уже была вода. Катархей длился около 600 млн. лет.
2. Архей охватывает период в 1,5 млрд лет. В этот период на Земле еще не было кислорода, происходило формирование залежей серы, железа, графита, никеля. Гидросфера и атмосфера представляли собой единую парогазовую оболочку, которая плотным облаком окутывала земной шар. Солнечные лучи сквозь эту завесу практически не проникали, поэтому на планете царил мрак.2.1 2.1. Эоархей — это первая геологическая эра, которая длилась около 400 млн.лет. Важнейшее событие эоархея — формирование гидросферы. Но воды было еще мало, водоемы существовали отдельно друг от друга и пока не сливались в мировой океан. В это же время земная кора становится твердой, хотя астероиды еще бомбят Землю. На исходе эоархея образуется первый в истории планеты суперконтинент — Ваальбара.
2.2 Палеоархей — следующая эра, которая также длилась приблизительно 400 млн.лет. В этот период формируется ядро Земли, возрастает напряженность магнитного поля. Сутки на планете длились всего 15 часов. Зато повышается содержание кислорода в атмосфере за счет деятельности появившихся бактерий. Остатки этих первых форм палеоархейской эры жизни были найдены в Западной Австралии.
2.3 Мезоархей также длился около 400 млн.лет. В мезоархейскую эру нашу планету покрывал неглубокий океан. Участки суши представляли собой небольшие вулканические острова. Но уже в этот период начинается формирование литосферы и запускается механизм тектоники плит. В конце мезоархея наблюдается первый ледниковый период, во время которого на Земле впервые образуются снег и лед. Биологические виды по-прежнему пока представлены бактериями и микробными формами жизни.
2.4 Неоархей — завершающая эра архейского эона, длительность которой составляет около 300 млн. лет. Колонии бактерий в это время формирует первые на Земле строматолиты (известняковые отложения). Важнейшее событие неоархея - образование кислородного фотосинтеза.
II. Протерозой — один из длиннейших временных отрезков истории Земли, который принято делить на три эры. Во время протерозоя впервые появляется озоновый слой, мировой океан достигает практически современного объема. А после длительнейшего гуронского оледенения на Земле появляются первые многоклеточные формы жизни - грибы и губки. Протерозой принято делить на три эры, каждая их которых содержала по несколько периодов.
3.1 Палео-протерозой — первая эра протерозоя, которая началась 2,5 млрд. лет назад. В это время полностью формируется литосфера. А вот прежние формы жизни вследствие увеличения содержания кислорода практически вымерли. Этот период получил название кислородной катастрофы. К концу эры на Земле появляются первые эукариоты.
3.2 Мезо-протерозой длился приблизительно 600 млн.лет. Важнейшие события этой эры: формирование континентальных масс, образование суперконтинента Родиния и эволюция полового размножения.
3.3 Нео-протерозой . Во время этой эры Родиния распадается примерно на 8 частей, суперокеан Мировия прекращает свое существование, а на исходе эры Земля практически до экватора покрывается льдами. В неопротерозойскую эру живые организмы впервые начинают приобретать твердую оболочку, что в дальнейшем послужит основой скелета.
III. Палеозой
— первая эра фанерозойского эона, начавшаяся приблизительно 541 млн. лет назад и длившаяся около 289 млн. лет. Это эпоха появления древней жизни. Суперконтинент Гондвана объединяет южные материки, чуть позже к нему присоединяются остальные части суши и появляется Пангея. Начинают формироваться климатические пояса, а флора и фауна представлена, в основном, морскими видами. Только к концу палеозоя начинается освоение суши, и появляются первые позвоночные.
Палеозойскую эру условно делят на 6 периодов.
1. Кембрийский период длился 56 млн. лет. В этот период формируются основные горные породы, у живых организмов появляется минеральный скелет. А важнейшим событием кембрия является возникновение первых членистоногих.
2. Ордовикский период — второй период палеозоя, длившийся 42 млн. лет. Это эпоха образования осадочных пород, фосфоритов и горючих сланцев. Органический мир ордовика представлен морскими беспозвоночными и сине-зелеными водорослями.
3. Силурийский период охватывает следующие 24 млн. лет. В это время вымирают практически 60% живых организмов, существовавших прежде. Зато появляются первые в истории планеты хрящекостные и костные рыбы. На суше силур знаменуется возникновением сосудистых растений. Суперконтинеты сближаются и образуют Лавразию. К концу периода отмечено таяние льдов, уровень моря повысился, а климат стал мягче.
4. Девонский период
отличается бурным развитием разнообразных форм жизни и освоением новых экологических ниш. Девон охватывает временной промежуток в 60 млн. лет. Появляются первые наземные позвоночные, пауки, насекомые. У животных суши формируются легкие. Хотя, по-прежнему, преобладают рыбы. Царство флоры этого периода представлено пропапоротниками, хвощевидными, плаунами и госеменными.
5. Каменноугольный период часто называют карбоном. В это время Лавразия сталкивается с Гондваной и появляется новый суперконтинент Пангея. Образовывается и новый океан — Тетис. Это время появления первых земноводных и рептилий.
6. Пермский период
— последний период палеозоя, завершившийся 252 млн. лет назад. Предполагают, что в это время на Землю упал крупный астероид, что привело к значительному изменению климата и вымиранию практически 90% всех живых организмов. Большая часть суши покрывается песками, появляются самые обширные пустыни, которые только существовали за всю историю развития Земли.
IV. Мезозой
— вторая эра фанерозойского эона, продолжавшаяся почти 186 млн.лет. В это время материки приобретают практически современные очертания. А теплый климат способствует бурному развитию жизни на Земле. Исчезают гигантские папоротники, а им на смену появляются покрытосеменные растения. Мезозой - это эпоха динозавров и появления первых млекопитающих.
В мезозойской эре выделяют три периода: триас, юра и мел.
1. Триасовый период длился чуть более 50 млн. лет. В это время Пангея начинает раскалываться, а внутренние моря постепенно мельчают и высыхают. Климат - мягкий, зоны выражены не ярко. Почти половина растений суши исчезает, так как распространяются пустыни. А в царстве фауны появляются первые теплокровные и сухопутные рептилии, ставшие предками динозавров и птиц.
2. Юрский период
охватывает промежуток в 56 млн. лет. На Земле царил влажный и теплый климат. Суша покрывается зарослями папоротников, сосен, пальм, кипарисов. На планете царят динозавры, а многочисленные млекопитающие отличались пока маленьким ростом и густой шерстью.
3. Меловой период
— наиболее продолжительный период мезозоя, длившийся почти 79 млн. лет. Практически заканчивается раскол континентов, Атлантический океан значительно увеличивается в объеме, на полюсах формируются ледяные покровы. Увеличение водной массы океанов приводит к образованию парникового эффекта. В конце мелового периода происходит катастрофа, причины которой до сих пор не ясны. В результате вымерли все динозавры и большинство видов рептилий и голосеменных растений.
V. Кайнозой
— это эра животных и человека разумного, начавшаяся 66 млн. лет назад. Континенты в это время приобрели свое современное очертание, Антарктида заняла южный полюс Земли, а океаны продолжали увеличиваться. Уцелевшие после катастрофы мелового периода растения и животные оказались в совершенно новом мире. На каждом континенте начали формироваться уникальные сообщества форм жизни.
Кайнозойскую эру делят на три периода: палеоген, неоген и четвертичный.
1. Палеогеновый период
закончился приблизительно 23 млн. лет назад. В это время на Земле царил тропический климат, Европа скрывалась под вечнозелеными тропическими лесами, лишь на севере континентов росли листопадные деревья. Именно в период палеогена происходит бурное развитие млекопитающих.
2. Неогеновый период
охватывает следующие 20 млн. лет развития планеты. Появляются киты и рукокрылые. И, хотя по земле еще бродят саблезубые тигры и мастодонты, фауна все больше приобретает современные черты.
3. Четвертичный период
начался более 2,5 млн. лет назад и продолжается до сих пор. Два важнейших события характеризуют этот временной отрезок: ледниковый период и появление человека. Ледниковая эпоха полностью завершила формирование климата, флоры и фауны континентов. А появление человека ознаменовало начало цивилизации.
