Как появилась Земля: неожиданный сценарий

На ранних этапах существования Солнечной системы Земле понадобилось гораздо меньше времени, чтобы окончательно сформироваться. К такому выводу пришли исследователи из Копенгагенского университета после анализа изотопов железа, найденных в метеоритах. Об этом сообщает Science Alert.

Фото: NASA

Согласно результатам нового исследования, Земля стала полноценной планетой за 5 млн лет — это в несколько раз быстрее, чем считали прошлые модели. Интересным остается факт, что ученые пока не до конца уверены, как именно протекает формирование планет. Пока есть общая картина: вокруг звезд вращается огромное облако пыли и газа,, которое со временем превращается в плоский диск, элементы которого со временем становятся планетами — поэтому объекты в Солнечной  системе находятся примерной в одной плоскости вокруг Солнца.

Планеты появляются при сцеплении частиц космической пыли и камней — когда они становятся больше, соответственно растет и сила притяжения, что помогает притягивать все больше объектов. В конечном итоге такие взаимодействие приводит к появлению планет. Считалось, что на это требуется несколько десятков миллионов лет, как минимум для Земли.

По составу Земля отличается от других объектов в Солнечной системе — в ней содержится гораздо меньше Fe-54, изотопа железа. Аналогичный состав наблюдает у углистых хондритов.

Если бы Земля формировалась на протяжении более длительного периода, в ее мантии содержалось бы больше остатков разных метеоритов, в том числе с повышенным содержанием Fe-54. Соответственно, ядро планеты должно было достаточно рано появиться из-за дождя из космической пыли. Ученые не исключают, что быстрое образование планет, подобное этому может быть как раз одним из факторов, которые определяют появление жизни на них.

«Если теория ранней планетарной аккреции (процесс увеличения массы небесного тела путем притяжения материи. — прим. ред.) действительно верна, то вода, скорее всего, является просто побочным продуктом образования планеты, подобной Земле, — это с большей вероятностью позволит найти признаки жизни в других местах Вселенной», — считает космохимик Мартин Биззаро.

Это тоже интересно:

Во время загрузки произошла ошибка.

Когда и как появилась планета Земля: теория большого взрыва | Удивись!

Происхождение планеты Земля уже много веков исследуется учеными. Первыми, кто выдвинул более-менее правдоподобные теории, были И. Кант и П. Лаплас. Это произошло в XVIII веке. Сегодня наиболее достоверной и популярной считается теория Большого Взрыва. Советский ученый академик О. Ю. Шмидт предлагал свою версию происхождения нашей планеты, по его мнению, она возникла из газопылевого облака.

Начиная с XVIII века астрономы стали выдвигать достаточно стройные теории относительно происхождения Вселенной. Больше всего их интересовало, как образовалась наша планета. Образование Земли как элемента Солнечной системы важно, поскольку дает возможность понять суть происходящих процессов. Зная это, можно будет предположить, какое будущее ждет нашу планету.

Солнечная система

Для нас Солнечная система является уникальным комплексом, несмотря на то, что в космосе он, несомненно, не единственный. Тем не менее, научные знания людей пока ограничены ее пределами.

Говоря о Солнечной системе, принято иметь в виду Солнце, планеты и малые тела. Рассматривая возраст Земли и других планет, исследуются образцы пород. При этом учитывается соотношение количества радиоактивного урана к содержанию свинца. Свинец — конечный продукт распада урана, и скорость такого распада известна. Соответственно, можно рассчитать, как давно этот грунт возник.

Древнейшие горные породы Земли насчитывают миллиарды лет. Солнцу же, по последним научным данным, 5 млрд лет. Следовательно, Земля возникла ненамного позже Солнца.

Первые гипотезы

Первые научные предположения относительно возникновения Земли были сделаны И. Кантом и П. Лапласом в XVIII веке.

Теория сторонника материализма И. Канта сформировалась на законе всемирного тяготения. По его мнению, планета образовалась из облака холодных частиц-пылинок, которые хаотично двигались.

П. Лаплас изложил более аргументированный взгляд на происхождение Земли. Он считал, что основой явилась вращающаяся газовая туманность. Лаплас ссылался на то, что основная часть массы системы сосредоточена в Солнце, а орбиты планет лежат практически в одной плоскости. Также он учел и вращение планет как вокруг Солнца, так и вокруг собственной оси. В отличие от Канта Лаплас считал, что частицы не были холодными, но, напротив, находились в горячем, практически расплавленном состоянии.

Современные знания опровергают обе эти теории.

Большой Взрыв

Наиболее популярной в настоящее время является гипотеза о Большом Взрыве. Суть ее в следующем. До начала расширения Вселенная находилась в состоянии сингулярности, то есть очень высокой плотности материи. Она представляла собой невероятно горячий огненный сгусток-шар. В определенный момент он взорвался, разбросав с огромным ускорением и на очень большое расстояние частицы материи и энергетические потоки. При такой колоссальной температуре и скорости частицы не могли соединиться между собой в течение примерно миллиона лет. Но постепенно их температура снижалась.

Большой Взрыв

Когда частицы «остыли» примерно до 4 000 °С, стали образовываться атомы. Первыми возникли наиболее легкие химические элементы — водород и гелий. Чем больше снижалась температура, тем более тяжелые соединения атомов возникали. Ученые считают, что, поскольку температура Солнца чрезвычайно высока, в нем до сих пор происходит процесс образования элементов. Это же относится и к другим звездам.

Из возникших атомов образовались облака газа и пыли. Эти частицы сталкивались, гравитационные силы притягивали их друг к другу. Такое притяжение мелких объектов к более крупным создало в результате Солнце, планеты и галактики.

Ученые считают, что Вселенная до сих пор продолжает свое расширение. Расстояние от Земли до далеких галактик продолжает постепенно увеличиваться.

Если обобщить сказанное, теория Большого Взрыва основана на том, что изначально Вселенная была необычайно горячей. Научные знания позволяют установить, насколько она охладилась к настоящему моменту. К началу XXI века температура Вселенной признана равной -270 °С.

От газа к твердому телу

Заслуживает внимания гипотеза советского ученого академика О. Ю. Шмидта. Согласно его теории, планеты Солнечной системы возникли из газопылевого облака. Его частицы достаточно хаотично двигались, каждая по своей орбите, вокруг недавно возникшего Солнца. Постепенно их орбиты стабилизировались и оказались примерно в одной плоскости, облако как бы сплющилось. Частицы двигались теперь в одном направлении. Мелкие частицы присоединялись к более крупным, образуя сгустки материи. Так постепенно возникли планеты.

Газопылевое облако

Формирование планеты

Земля, согласно гипотезе О. Ю. Шмидта, на поверхности была холодной, но внутри нее шел процесс распада радиоактивных элементов. Температура была так высока, что в центре произошло расплавление и родилось ядро. Более легкие вещества поднялись к поверхности и образовали кору.

Эта теория объясняет также, откуда взялись различия в строении планет земной группы и планет-гигантов. Из-за сильного нагрева вблизи Солнца атомы водорода и гелия разлетались далеко в стороны. Поскольку температура там была значительно ниже, они достаточно быстро скапливались в отдаленных участках газопылевого облака и примерзали к твердым частицам. Так создавались планеты-гиганты, имеющие большую массу и больший объем.

Всем спасибо!

Ставьте лайки, если статья вам понравилась, подписывайтесь на канал, у нас еще много удивительных фактов. Задавайте вопросы в комментариях и делитесь статьей в соц. сетях.

Как и когда исчезнет жизнь на Земле

• Коллин Баррас
• BBC Earth

23 августа 2020

Автор фото, Picture Press/Alamy

Все проходит. И жизнь на Земле тоже когда-то исчезнет. Вот несколько сценариев возможного конца света.

Древнейшие ископаемые свидетельствуют о том, что жизнь на Земле сформировалась не менее 3,5 млрд лет назад.

Она выдержала периоды ледников, шквалы метеоритов, массовые отравления и даже смертельную радиацию.

Очевидно, уничтожить все живое на Земле не так просто.

Впрочем, возможных вариантов апокалипсиса много. Так какой же из них уничтожит следы жизни на Земле?

Автор фото, Jabruson/NPL

Підпис до фото,

Вулканическая лава может поглотить большую часть суши

Мощный вулкан

Когда: 0-100 миллионов лет

Пожалуй, ближе всего к полному уничтожению жизни Земля приблизилась 250 млн лет назад, в конце пермского периода. Во время так называемого «большого массового вымирания» было уничтожено 85% всех видов, обитавших на суше, и 95% морских существ.

Что именно произошло, до конца не известно, но ученые связывают вымирание с вулканической активностью действительно апокалиптических масштабов.

Нас пугает разрушительная сила современных супервулканов, например Йеллоустонского. Но они — ничто по сравнению с тем, что произошло 250 млн лет назад.

Извержение вулканов в Сибири тогда было таким мощным, что лава покрыла территорию в восемь раз превышающую площадь Великобритании. Такая вулканическая активность случается редко.

Предположить, когда произойдет следующий подобный эпизод, сложно, говорит Хенрик Свенсен из Университета Осло в Норвегии. Извержения такого масштаба происходили 200, 180 и 65 млн лет назад, следовательно, не очень часто. Но оно все равно произойдет, вопрос только, где именно.

Автор фото, Sergey Drozd/Alamy

Підпис до фото,

Плато Путорана в Сибири испещрено жерлами древних вулканов

Исследование Свенсена свидетельствует, что масштабы уничтожения видов будут напрямую зависеть от места, где лава пробьется сквозь земную кору. Дело в том, что основной причиной массового вымирания 250 млн лет назад было не само извержение, а солевые месторождения, которыми так богата Сибирь.

Раскаленные вулканической активностью, они выбросили в атмосферу огромное количество химических веществ, уничтожающих озон.

В результате Земля получила мощную дозу солнечной радиации, которую обычно поглощает озон. Это и могло послужить причиной уничтожения видов.

Плохая новость заключается в том, что на Земле и сегодня существует много массовых месторождений соли. «Одним из крупнейших до сих пор является Восточная Сибирь — говорит Свенсен. — Так же как и прибрежная зона Бразилии».

Если мегаизвержение произойдет в одном из этих регионов, многие виды погибнут. Но вряд ли жизнь исчезнет полностью.

Ведь, несмотря на то, что многие растения и животных были уничтожены во время большого пермского вымирания, одноклеточные организмы, например бактерии, остались практически невредимыми.

Автор фото, Johan Swanepoel/Alamy

Підпис до фото,

Падение астероида сотрет с лица Земли многие виды

Астероид

Когда: в течение 450 миллионов лет

Если гигантский астероид повлек за собой вымирание крупных динозавров, может ли он уничтожить все живое на Земле?

Это также зависит от того, где именно приземлится космическое тело. На Землю не раз падали огромные астероиды, однако угрозы для жизни они не несли.

Кратер Маникуаган в Канаде — один из крупнейших на планете — образовался от падения астероида около 215 млн лет назад. Но, как свидетельствуют древнейшие ископаемые, он не стал причиной вымирания динозавров.

Причина, возможно, в том, что кратер образовался в относительно инертной кристаллической скале.

Но когда астероид попадает в осадочную породу, это вызывает огромные выбросы в атмосферу газов, изменяющих климат и запускающих массовое вымирание видов.

Хорошая новость заключается в том, что астероиды такого размера атакую Землю раз в 500 млн лет.

Впрочем, даже они не могут уничтожить жизнь полностью. Это было бы возможно только в случае столкновения Земли с квазипланетой.

По мнению некоторых ученых, в результате именно такого столкновения вскоре после образования нашей планеты образовалась Луна.

«Мы можем назвать это гипотезой Меланхолии по фильму Ларса фон Триера», — говорит Свенсен. Но такая возможность выглядит очень маловероятной.

Автор фото, Johan Swanepoel/Alamy

Підпис до фото,

Ядро Земли со временем остынет и затвердеет

Застывание ядра

Когда: от 3 до 4 миллиардов лет

Раз уж мы уже заговорили о кино, то вспомним фильм 2003 года «Земное ядро: Бросок в преисподнюю».

По сюжету, ядро Земли загадочно прекращает вращаться, и правительство США решает пробурить Землю и перезапустить его. Ведь без активного ядра Земля теряет магнитное поле, и все живое оказывается под угрозой.

События фильма высмеяли ученые. Впрочем, некоторые исследователи действительно считают, что магнитное поле Земли отражает электромагнитное излучение Солнца, которое в противном случае уничтожило бы атмосферу.

Если они правы, то без магнитного поля наша планета утратит атмосферу, и жизнь на ней погибнет.

Что-то подобное могло произойти на Марсе, который, возможно, когда-то был более пригодным для жизни, чем сейчас.

В 1997 году Джозеф Киршвинк из Калифорнийского технологического института в Пасадене и его коллеги нашли веские доказательства того, что Марс когда-то имел магнитное поле, а затем утратил его.

«Марсианская магнитосфера была разрушена примерно 3,7 миллиарда лет назад, после чего планета превратилась в ледовый шар», — говорит Киршвинк.

Автор фото, NASA / USGS

Підпис до фото,

Марс — холодная планета без воды и жизни, но такой она была не всегда

Возможно, вы слышали, что магнитное поле Земли ослабевает. Но повода для волнений нет: оно находится в процессе изменения геомагнитных полюсов, что периодически происходит на протяжении миллионов лет.

Но может ли магнитное поле Земли со временем исчезнуть?

В ближайшее время нет, говорит Ричард Гаррисон из Кембриджского университета в Великобритании.

Для этого ядро должно полностью затвердеть. Пока только его внутренняя часть является твердой, а внешняя — жидкой. «Внутреннее ядро растет примерно на миллиметр в год, — говорит Гаррисон, а толщина расплавленного внешнего ядра — 2300 км».

Автор фото, NASA / SPL

Підпис до фото,

Периоды массового вымирания на Земле также связывают с взрывами гамма-лучей

Взрыв гамма-лучей

Когда: 500 тысяч лет

В непосредственной близости от Земли есть бинарная звезда WR 104, которая может производить гамма-лучи в течение 500 тысяч лет, но даже если это произойдет, они необязательно попадут в Землю.

Мы единственные во Вселенной? Если нет, то почему мы до сих пор не наладили контакт с чужими цивилизациями? Причина может быть в еще одном космическом убийце — гамма-излучении.

Гамма-лучи образуются при мощных взрывов в космосе, когда, например, гигантская звезда взрывается или сталкиваются две звезды.

Гамма-излучение может длиться долю секунды или несколько минут.

В теории длинные гамма-лучи могли бы уничтожить озоновый слой Земли, оставив все живое на ней без защиты от смертельного солнечного ультрафиолета.

Многие участки космоса стали непригодными для жизни из-за слишком частых гамма-излучений, утверждает исследование, опубликованное 2014 году Раулем Хименесом из Университета Барселоны в Испании и Цви Пираном из Еврейского университета в Иерусалиме.

Впрочем, Земля расположена в относительно безопасной зоне. Ведь взрывы гамма-лучей чаще случаются возле центра галактики или на участках с высокой плотностью звезд.

«Если бы Земля была в два раза ближе к центру галактики, жизни на ней уже не было бы», — объясняет ученый.

Автор фото, Gemini Observatory/Aura, artwork by Lynette Cook/S

Підпис до фото,

Взрыв гамма-лучей

Несмотря на это, Землю все же настигали гамма-всплески, следы которых остались в окаменелостях.

Около 440 млн лет назад на рубеже ордовикского и силурийского периодов произошло массовое вымирание видов, причиной которого, по мнению некоторых ученых, были гамма-лучи.

Впрочем, все живое все равно не исчезло. Хорошая новость также заключается в том, что частота взрывов гамма-лучей снижается.

По подсчетам Джеймса Анниса из лаборатории Фермилаб в Батавии в Иллинойсе, галактика в среднем переживает от 5 до 50 случаев гамма-излучения каждый миллиард лет.

Учитывая размеры Млечного пути, шансы приближения к Земле очень малы.

Впрочем, даже если случайные гамма-лучи попадут на Землю, жизнь в океане не пострадает, так как морская вода является свое рода щитом от радиации, объясняет Аннис.

Автор фото, Michael Osadciw/University of Rochester

Підпис до фото,

Звезда Шольца прошла близко от нашего Солнца

Блуждающие звезды

Когда: в течение последующих миллионов лет

В течение миллиардов лет планеты нашей Солнечной системы исполняют величественный и слаженный танец вокруг Солнца. Но что произойдет, если другая звезда приблизится к ним?

Идея казалась вполне невероятной, пока в феврале 2015 года исследователи под руководством Эрика Мамаека из Университета Рочестера в Нью-Йорке не объявили, что такое уже было и — достаточно недавно.

Примерно 70 тысяч лет назад, когда Человек разумный покинул Африку, а неандертальцы все еще жили на Земле, красный карлик под названием звезда Шольца прошел по краю Солнечной системы через участок, известный как облако Оорта.

Звезда Шольца была не первой блуждающей звездой, прошедшей через Солнечную систему, и не последней.

В феврале 2015 года Корин Бейлер-Джонс из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге в Германии назвал две звезды, которые могут оказаться проблематичными.

Одна из них, HIP 85605, должна появиться близ Солнечной системы через 240-470 тыс. лет, тогда как вторая — GL 710 — приблизится к нам через 1,3 млн лет.

GL 710 — «чуть больше звезды Шольца», говорит Мамаек, но, вероятно, пройдет дальше от Земли. Но могут ли они или любые другие блуждающие звезды угрожать жизни на Земле?

Автор фото, Mikkel Juul Jensen/SPL

Підпис до фото,

Облако Оорта находится слишком далеко от орбит других планет

Если одним словом — нет. «Просто потому, что звезда зацепит облако Оорта, Земля не будет обречена», — говорит Бейлер-Джонс.

Проходя сквозь облако Оорта, звезда теоретически может толкнуть небольшое космическое тело в направлении Земли. Но даже если оно и попадет в Землю, что очень маловероятно, то вряд ли уничтожит жизнь полностью.

Немного хуже, если, проходя по краю Солнечной системы, одна из таких звезд станет сверхновой и отправит поток гамма-лучей внутрь Солнечной системы.

Впрочем, шансы на такое стечение обстоятельств очень невелики.

Сейчас ученые в целом убеждены, что реальной угрозы за пределами Солнечной системы, которая могла бы полностью уничтожить жизнь на Земле в течение следующих нескольких миллиардов лет, не существует.

«Многие организмы способны пережить почти любой катаклизм», — резюмирует Эрик Мамаек.

Автор фото, NASA / Reid Wiseman

Підпис до фото,

Солнце не будет светить вечно

Бояться нужно самой жизни

Когда: 500 млн лет

По мнению Питера Уорда из Вашингтонского университета в Сиэтле, самая большая угроза жизни идет изнутри.

Он называет свою идею гипотезой Медеи в честь греческой царицы, убивавшей своих детей. Уорд утверждает, что причиной многих случаев массового вымирания видов в истории Земли была сама жизнь.

Например, примерно 2,3 млрд лет назад на Земле появились новые формы организмов, которые выделили в атмосферу много кислорода.

Ранее свободного кислорода в атмосфере не было, и это повлекло за собой массовую гибель микробов.

Около 450 млн лет назад появились первые наземные растения. Их корни начали расщеплять горные породы, превращая их в почву, что ускорило химические реакции между минералами в породах и углекислым газом в атмосфере.

Это резко снизило количество углекислого газа в атмосфере и ослабило парниковый эффект, вызвав ледниковый период, во время которого многие виды погибли.

Автор фото, AlgolOnline / Alamy

Підпис до фото,

Солнце расширится и со временем поглотит Землю

В отдаленном будущем подобные процессы могут уничтожить жизнь, отмечает Уорд. Солнце становится горячее, нагревая Землю.

А значит, химическая реакция между горными породами и диоксидом углерода в атмосфере ускорится.

В конце концов из атмосферы уйдет так много углекислого газа, что растения не смогут осуществлять фотосинтез. Если растения погибнут, животные исчезнут тоже. И произойти это может на удивление быстро, через каких-то 500 млн лет.

«Несмотря на то, что микробы не погибнут сразу, они станут очень уязвимыми, ведь баланс всей биосферы будет нарушен. В конце концов, это может привести к полной стерилизации планеты», — говорит Уорд.

Ни один отдельно взятый катаклизм не может уничтожить жизнь полностью, добавляет ученый. Но если внутренний баланс биосистемы нарушен, а из космоса будет нанесен другой удар, жизнь может исчезнуть навсегда.

Расширение Солнца

Когда: 1-7,5 млрд лет

Но если ничего из этого так и не произойдет, тогда нас уничтожит Солнце — звезда, которая согревает нас и дает энергию всему живому на Земле.

Солнце становится все горячее. В конце концов на Земле станет так жарко, что океаны начнут испаряться, вызывая парниковый эффект и все больше повышая температуру планеты.

Этот процесс может начаться примерно через миллиард лет и уничтожит все, кроме самых стойких микроорганизмов.

Автор фото, Detlev van Ravenswaay/SPL

Підпис до фото,

Когда Солнце достигнет таких размеров, жизнь на Земле исчезнет

Примерно через 5 млрд лет Солнце расширится, превратившись в красного гиганта. Через 7,5 млрд лет его поверхность достигнет орбиты Земли. Солнце поглотит и уничтожит нашу планету.

Есть предположение, что Земля может спастись. Увеличиваясь в размере, Солнце будет терять массу, притяжение будет уменьшаться, а Земля отдаляться.

Впрочем, по расчетам, проведенным в 2008 году, этого будет недостаточно, чтобы жизнь на Земле сохранилась.

Получается, единственная надежда — это мы сами. Если человечество будет существовать в таком далеком будущем, оно, возможно, найдет способ переместить Землю в безопасное место.

А пока максимальная продолжительность жизни на Земле — 7,5 млрд лет.

Ученые выяснили, что Земля сформировалась быстрее, чем считалось ранее

https://ria.ru/20200221/1565067365.html

Ученые выяснили, что Земля сформировалась быстрее, чем считалось ранее

Ученые выяснили, что Земля сформировалась быстрее, чем считалось ранее

Результаты изотопных исследований показали, что на заре формирования Солнечной системы наша планета образовалась очень быстро — всего за пять миллионов лет… РИА Новости, 21.02.2020

2020-02-21T15:34

2020-02-21T15:34

2020-02-21T15:34

наука

космос

земля — риа наука

космос — риа наука

копенгагенский университет

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn23.img.ria.ru/images/153372/55/1533725536_0:105:2000:1230_1920x0_80_0_0_1e013c73ca3893aa0b05a89de1638848. jpg

МОСКВА, 21 фев — РИА Новости. Результаты изотопных исследований показали, что на заре формирования Солнечной системы наша планета образовалась очень быстро — всего за пять миллионов лет. Раньше думали, что этот процесс занимал значительно больше времени. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.Традиционно считается, что протоземля — молодая Земля — формировалась в результате случайного сталкивания и слияния более мелких тел ранней Солнечной системы, и этот процесс продолжался на протяжении нескольких десятков миллионов лет. Сначала крошечные частицы космической пыли под действием электростатических сил слипались в комки, которые со временем разрастались в глыбы. Увеличение их гравитационной силы приводило к тому, что эти глыбы сталкивались и сливались с образованием планетезималей, из которых затем возникла протоземля и другие каменистые планеты.Ученые из Центра по изучению образования звезд и планет Копенгагенского университета и Парижского института физики Земли выяснили, что протоземля сформировалась за значительно более короткий срок — около пяти миллионов лет. В астрономическом масштабе это очень быстро. Если возраст Солнечной системы, равный 4,57 миллиардам лет, представить в виде 24 часов, то на формирование протоземли в таком случае ушло всего полторы минуты. В своем исследовании ученые использовали последние данные измерений изотопов железа в различных метеоритах. Выяснилось, что по изотопным параметрам материалу Земли соответствует только один тип метеоритов — так называемые хондриты CI. Но известно, что эти хрупкие космические тела состоят из первичной космической пыли, поэтому они являются эквивалентом объемного состава самой Солнечной системы и имеют тот же возраст, что и она.Новые результаты подтверждают альтернативную гипотезу формирования планет путем аккреции космической пыли. Согласно ей, частицы пыли в протопланетном диске постепенно слипались, образуя все более крупные космические тела. Так как большое количество пыли присутствовало в протопланетном диске недолго — всего пять миллионов лет, за это время должна была сформироваться и протоземля. «Идея заключается в том, что все начинается с пыли, — приводятся в пресс-релизе слова ведущего автора исследования, доцента Копенгагенского университета Мартина Шиллера (Martin Schiller). — Объекты миллиметрового размера все собираются вместе, обрушиваются на растущее тело и создают планету за один раз».Другие метеориты, например с Марса, говорят о том, что изначально изотопный состав пыли, из которой формировались расположенные ближе к Солнцу планеты земной группы, был другим: «Скорее всего, из-за термической обработки пыли рядом с молодым Солнцем», — объясняет ученый.А потом, через несколько сотен тысяч лет Солнечная система остыла. В это время с ее внешних окраин продолжала прилетать и оседать на поверхность протопланет холодная пыль с изотопным составом железа, характерным для хондритов CI. На поверхности Марса сформировалась смесь материалов с разными изотопными составами, а на поверхности Земли мы видим только соотношение, характерное для хондритов CI. Из этого факта ученые делают вывод о том, что ко времени остывания Солнечной системы у Земли уже сформировалось ядро, в которое переместилось все железо с первичным изотопным составом.Основываясь на полученных результатах, авторы предполагают, что и в других местах нашей галактики и Вселенной в целом планеты могли формироваться по тому же сценарию — сразу из космической пыли, гораздо быстрее, чем если бы они росли за счет случайных столкновений между более крупными космическими объектами.По мнению авторов, гипотеза ранней аккреции легко объясняет и появление на нашей планете воды, которая могла попасть на протоземлю в составе той же космической пыли. «Если теория ранней планетарной аккреции действительно верна, то вода, скорее всего, является просто побочным продуктом образования планет, подобных Земле, — говорит еще один автор исследования, Мартин Биззарро (Martin Bizzarro). — Тогда ингредиенты жизни, какой мы ее знаем, с большей вероятностью можно найти и в других местах Вселенной».

https://ria.ru/20200113/1563376809. html

https://ria.ru/20191122/1561487916.html

космос

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn25.img.ria.ru/images/153372/55/1533725536_112:0:1889:1333_1920x0_80_0_0_cad9d16705cdaa334188794363a504e0.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

космос, земля — риа наука, космос — риа наука, копенгагенский университет

МОСКВА, 21 фев — РИА Новости. Результаты изотопных исследований показали, что на заре формирования Солнечной системы наша планета образовалась очень быстро — всего за пять миллионов лет. Раньше думали, что этот процесс занимал значительно больше времени. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Традиционно считается, что протоземля — молодая Земля — формировалась в результате случайного сталкивания и слияния более мелких тел ранней Солнечной системы, и этот процесс продолжался на протяжении нескольких десятков миллионов лет. Сначала крошечные частицы космической пыли под действием электростатических сил слипались в комки, которые со временем разрастались в глыбы. Увеличение их гравитационной силы приводило к тому, что эти глыбы сталкивались и сливались с образованием планетезималей, из которых затем возникла протоземля и другие каменистые планеты.

Ученые из Центра по изучению образования звезд и планет Копенгагенского университета и Парижского института физики Земли выяснили, что протоземля сформировалась за значительно более короткий срок — около пяти миллионов лет. В астрономическом масштабе это очень быстро. Если возраст Солнечной системы, равный 4,57 миллиардам лет, представить в виде 24 часов, то на формирование протоземли в таком случае ушло всего полторы минуты.

В своем исследовании ученые использовали последние данные измерений изотопов железа в различных метеоритах. Выяснилось, что по изотопным параметрам материалу Земли соответствует только один тип метеоритов — так называемые хондриты CI. Но известно, что эти хрупкие космические тела состоят из первичной космической пыли, поэтому они являются эквивалентом объемного состава самой Солнечной системы и имеют тот же возраст, что и она.

Новые результаты подтверждают альтернативную гипотезу формирования планет путем аккреции космической пыли. Согласно ей, частицы пыли в протопланетном диске постепенно слипались, образуя все более крупные космические тела. Так как большое количество пыли присутствовало в протопланетном диске недолго — всего пять миллионов лет, за это время должна была сформироваться и протоземля.

13 января 2020, 23:00НаукаУченые нашли на Земле звездную пыль древнее Солнца

«Идея заключается в том, что все начинается с пыли, — приводятся в пресс-релизе слова ведущего автора исследования, доцента Копенгагенского университета Мартина Шиллера (Martin Schiller). — Объекты миллиметрового размера все собираются вместе, обрушиваются на растущее тело и создают планету за один раз».

Другие метеориты, например с Марса, говорят о том, что изначально изотопный состав пыли, из которой формировались расположенные ближе к Солнцу планеты земной группы, был другим: «Скорее всего, из-за термической обработки пыли рядом с молодым Солнцем», — объясняет ученый.

А потом, через несколько сотен тысяч лет Солнечная система остыла. В это время с ее внешних окраин продолжала прилетать и оседать на поверхность протопланет холодная пыль с изотопным составом железа, характерным для хондритов CI.

На поверхности Марса сформировалась смесь материалов с разными изотопными составами, а на поверхности Земли мы видим только соотношение, характерное для хондритов CI. Из этого факта ученые делают вывод о том, что ко времени остывания Солнечной системы у Земли уже сформировалось ядро, в которое переместилось все железо с первичным изотопным составом.

Основываясь на полученных результатах, авторы предполагают, что и в других местах нашей галактики и Вселенной в целом планеты могли формироваться по тому же сценарию — сразу из космической пыли, гораздо быстрее, чем если бы они росли за счет случайных столкновений между более крупными космическими объектами.

По мнению авторов, гипотеза ранней аккреции легко объясняет и появление на нашей планете воды, которая могла попасть на протоземлю в составе той же космической пыли.

«Если теория ранней планетарной аккреции действительно верна, то вода, скорее всего, является просто побочным продуктом образования планет, подобных Земле, — говорит еще один автор исследования, Мартин Биззарро (Martin Bizzarro). — Тогда ингредиенты жизни, какой мы ее знаем, с большей вероятностью можно найти и в других местах Вселенной».

22 ноября 2019, 18:14НаукаУченые обнаружили в метеорите частицы протопланетного льда

Как появилась планета Земля? — Детская онлайн энциклопедия «Хочу всё знать»

Планета которая служит нам домом, красива и уникальна. Прекрасные водопады и моря, бушующие зеленью тропические леса, атмосфера наполненная кислородом позволяющая дышать всему живому – всё это наша планета под названием Земля. Но она не всегда была так красива.

Когда она переживала своё рождение, её вид был не столь привлекательный и вряд ли бы он вам понравился. В современный век космонавтики, человек смог увидеть Землю со стороны и убедиться что это настоящая жемчужина вселенной.

Современная наука и сегодня пытается объяснить появление Земли и восстановить всю хронологию событий. Мы же постараемся вернуться в самое начало рождения нашей планеты. Современные космические технологии позволяют увидеть рождение новых звёзд и планет. Это поможет понять, как появилась наша планета.

Рождение нашей планеты невозможно рассматривать отдельно от рождения нашей солнечной системы. Рождение подобных систем происходит почти всегда одинаково. В

космосе существует множество туманностей огромные скопления газов. Именно в них рождаются новые звёзды и планеты. Они способны сжиматься, превращаясь в планеты, так гласит теория туманности Канта.

Благодаря наблюдениям современных астрономов, можно понять, как рождалась наша планета. С помощью новейших телескопов НАСA, учёные изучают вселенную такой, какая она есть, а не то, как мы её представляем. Учёные увидели, как туманность сжимается, а частички космической пыли медленно вращаясь внутри неё, образуют некое ядро. Чем больше сжимается туманность, тем быстрее скорость вращения частиц и выше температура внутри туманности, когда температура становится очень высокой, начинается ядерная реакция. Так появляется новая звезда. Когда то так появилось на свет наше Солнце.

Вокруг молодого Солнца начали своё формирования планеты. В условиях невесомости трение частиц вызывает образование магнитного поля, которое притягивает частицы друг к другу и образовывает комки. Происходит процесс приращения, что помогает сформироваться планетам.

Если мы рассмотрим строение планет нашей солнечной системы, то заметим, что все планеты отличаются по своему составу. Всё зависит от того на каком расстоянии находится та или иная планета от Солнца. Меркурий самая близкая планета к Солнцу и состоит из металла, так как температура возле солнца очень высока, вода и газ не могут там образовываться.

Отдалённые планеты имеют скальную поверхность. Венера, Земля и Марс являются такими планетами. Наша планета находится на самом подходящем расстоянии от Солнца и здесь идеальные условия для жизни. На Земле ни холодно не жарко. Озоновый слой защищает нас от солнечных лучей. Юпитер и Сатурн находятся далеко от Солнца и являются газовыми великанами, потому что формировались в холодной среде. Они служат защитой для всей солнечной системы, так как отталкивают метеориты, которые попадают на их орбиты.

Теперь мы видим, какой удивительный шанс выпал нашей планете, чтобы она могла стать живой и это удивительно и прекрасно.

Государственное бюджетное дошкольное образовательное учреждение детский сад № 77 Невского района Санкт-Петербурга

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuipiscing elit. Prat vestibulustiecus. Aenn nonummy hendrerit mauriius mi. Cum sociis nque penatibus et magnis dis parturient montes, nascetur ridiculus mus. Nulla dui. Fusce feugiat malesuada odio. Morbi nunc odio, gravida at, cursus nec, luctus a, lorem. Maecenas tristique orci ac sem. Duis ultricies pharetra magna.

Nam nec lectus ut orci porta volutpat id at purus. Sed sagittis congue dapibus. Proin dolor metus, pharetra ut pulvinar nec, condimentum quis libero. Sed fermentum tortor ac elit tristique vel dapibus sem porta. Suspendisse aliquet posuere ultrices. Proin facilisis libero lacinia erat pretium faucibus. In tortor nunc, posuere eget commodo et, eleifend vel risus.

Class aptent taciti sociosqu ad litora torquent per conubia nostra, per inceptos himenaeos. Aliquam erat volutpat. Pellentesque non libero dui, vitae pharetra urna. Vestibulum accumsan pulvinar magna sed consectetur. Nulla congue condimentum aliquam. Donec non libero lectus, id mollis nisi. Morbi turpis magna, varius in ullamcorper nec, suscipit sagittis nibh. Nam elementum aliquam turpis eget egestas. Cras ligula nisi, interdum et vulputate nec, sagittis a tellus. In hac habitasse platea dictumst. In in sem libero. Fusce cursus, metus eu commodo hendrerit, arcu nibh consequat lectus, nec suscipit eros urna in ipsum. Praesent et enim a nisl commodo sodales non id neque. Ut sodales dignissim massa vitae hendrerit. Sed porttitor purus ut ante fermentum quis mollis velit pellentesque.

Etiam nisi felis, fermentum vitae ultrices non, euismod in magna. In mattis velit ut eros tristique a congue erat consequat. Suspendisse consequat, justo eu gravida semper, ligula turpis dignissim dolor, vitae lacinia velit metus id libero. Nullam consectetur rhoncus magna, quis pharetra tortor bibendum quis. Curabitur ac ante nisl. Nullam mauris arcu, malesuada eu consectetur non, eleifend quis est. Nullam dictum, leo vulputate elementum porttitor, enim mi posuere augue, id porttitor leo sapien sed libero. Quisque est velit, aliquam bibendum vestibulum eget, tristique a odio.

Как появилась наша планета? Исследовательский проект

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 2»
КАК ПОЯВИЛАСЬ НАША ПЛАНЕТА?
Исследовательский проект
Выполнили: обучающиеся 4 «Б» класса Варичева Виктория Мишарина Анастасия Струтинская Ирина Руководитель проекта: Тюрина Г.А.

Слайд 2

Цель проекта:
Углубить знания о планете Земля

Слайд 3

Проблема
Может ли исчезнуть наша планета?

Слайд 4

Объект исследования
Время возникновения планеты Земля
Предмет исследования
планета Земля

Слайд 5

Задачи
Изучить предпосылки возникновения планеты Земля
Систематизировать этапы возникновения планеты
Выяснить, какие внутренние и внешние изменения происходят на планете

Слайд 6

ГИПОТЕЗА
Если планеты появляются- значит они могут исчезнуть

Слайд 7

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ
Изучить теоретический материал по данной проблеме
Составить краткое описание
Мы в ответе за планету на которой живём.

Слайд 8

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Анализ источников информации, сравнение и классификация, обобщение

Слайд 9

ЭТАПЫ РАБОТЫ
Постановка цели и задач проекта Изучение источников информации Обзор информации
1 этап ( 1 неделя)
2 этап (1 неделя) Обработка результатов и выводов Предложения по защите нашей планеты
3 этап ( 1неделя) Подготовка презентации и классного часа

Слайд 10

Земля - наш общий дом
На чём Земля держится Как узнали форму Земли Форма Земли Строение Земли Как измерили Землю Опасности, из-за которых Земля может исчезнуть.

Слайд 11

Люди всегда знали, что живут на Земле. Но для нас удивитель- но то, что они долгое время считали Землю плоской, как крышка стола. Древние индусы считали, что полуша- рие Земли держат четыре слона, а слоны стоят на громадней- шей черепахе.

Слайд 12

В 1543 году польский астроном Николай Коперник в своей книге «О вращении не- бесных сфер» подробно изложил гелио – центрическую систему мира. Солнце занимает надлежащее ему положение в центре планетной системы. Земля же никакой не центр мира, а одна из рядовых планет, обращающихся вокруг Солнца.
Греческий философ Анаксагор за два тысячелетия до Коперника догадался, что Солнце – раскалён- ная масса, а Земля – каменный шар и не падает на Солнце потому, что вращается вокруг него с огром- ной скоростью.

Слайд 13

Первым представил доказательства, что Земля имеет форму шара, Аристотель. В этом ему помогли лунные затмения. Почему они происходят? Задав себе этот вопрос, Аристотель сделал правильный вывод: потому что на Луну надвигается тень нашей Планеты. Тень круглая. Значит, она – от шара.
Через несколько столетий Колумб, совершив кругосветное путешествие, на практике доказал, что Земля имеет форму шара.

Слайд 14

Внутреннее строение Земли
Земной шар имеет раскаленное ядро с температурой порядка 5000 С. При такой температуре и давлении вышележащих слоев до 4 млн атмосфер в центре, упругость внутренних частей ядра в 2,5 раза больше упругости стали. При этих условиях вещество в ядре Земли находится в особом «металлическом» состоянии.

Слайд 15

Плотность в центре Земли около 13 г/см3. Земной шар покрыт корой, под которой до ядра распространятся мантия. При углублении на каждые 33 м внутрь земной коры температура повышается в среднем на один градус
Текст надписи

Слайд 16

Как измерили Землю?
Через 50 лет после открытий Аристотеля греческий учёный Эратосфен без применения каких-либо приборов, при помощи тени, измерил радиус Земли.

Слайд 17

Планета в опасности

Многое из того, что люди делают, наносит вред нашей планете, ставит под угрозу жизнь живых существ, само существование Земли.
Загрязнение окружающей среды
Глобальное потепление
Озоновые дыры
Ядерные войны

Слайд 18

Итог работы
1. Узнали много нового о планете Земля. 2. Выяснили, как давно учёные изучают планету. Подготовили и провели классный час ко Дню Земли – «Земля – наш общий дом»

Слайд 19

Классный час
«Земля — наш общий дом»
22 апреля – Всемирный день Земли

Слайд 20

Гипотеза не подтвердилась, но и, по нашему мнению, не может быть опровергнута, т.к. опасности, угрожающие планете, слишком очевидны.

Слайд 21

Как яблоко на блюдце, у нас Земля одна. Не торопитесь, люди, всё выскрести до дна. Не мудрено добраться до скрытых тайников, Разграбить все богатства у будущих веков. Мы общей жизни зёрна, одной судьбы родня. Нам пировать позорно в счёт будущего дня. Поймите это, люди, как собственный приказ, Не то Земли не будет у каждого из нас.

М. Дудин

Слайд 22

Источники информации
«Всё обо всём» – популярная детская энциклопедия для детей Компания «Ключ –С» АСТ, Москва, 1995 г. «Я познаю мир» – энциклопедия. Автор Р.К. Баландин, изд-во «Астрель», Владимир, 2009 г. Новая детская энциклопедия, изд-во «Росмен» , Москва, 2004 http://umnik.ru/child.php http://www.photoform.ru http://www.google.ru/imglanding http://viki.rdf.ru http://5ballov.ru

в глубину | Земля — ​​NASA Solar System Exploration

Введение

Наша родная планета — третья планета от Солнца и единственное известное нам место, где живут живые существа. Хотя Земля является лишь пятой по величине планетой в Солнечной системе, это единственный мир в нашей Солнечной системе с жидкой водой на поверхности. Земля чуть больше ближайшей Венеры и является самой большой из четырех ближайших к Солнцу планет, каждая из которых состоит из камня и металла.

Названию Земля не менее 1000 лет. Все планеты, кроме Земли, были названы в честь греческих и римских богов и богинь. Однако название «Земля» — это германское слово, которое просто означает «земля».

Размер и расстояние

Размер и расстояние

Земля с радиусом 3 959 миль (6 371 км) является самой большой планетой земной группы и пятой по величине планетой в целом.

При среднем расстоянии в 93 миллиона миль (150 миллионов километров) Земля находится ровно на одну астрономическую единицу от Солнца, потому что одна астрономическая единица (сокращенно AU) — это расстояние от Солнца до Земли.Это устройство обеспечивает простой способ быстро сравнить расстояния планет от Солнца.

Солнечному свету требуется около восьми минут, чтобы достичь нашей планеты.

3D-модель Земли, нашей родной планеты. Авторы и права: Приложения и разработка технологий визуализации НАСА (VTAD) ›Параметры загрузки

Орбита и вращение

Орбита и вращение

Когда Земля вращается вокруг Солнца, она совершает один оборот за 23,9 часа. Один оборот вокруг Солнца занимает 365,25 дня.Эта дополнительная четверть дня представляет собой проблему для нашей календарной системы, которая считает один год 365 днями. Чтобы наши годовые календари соответствовали нашей орбите вокруг Солнца, каждые четыре года мы добавляем один день. Этот день называется високосным, а год, к которому он добавлен, называется високосным.

Ось вращения Земли наклонена на 23,4 градуса по отношению к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца. Этот наклон вызывает наш годовой цикл сезонов. В течение части года северное полушарие наклонено к Солнцу, а южное полушарие наклонено в сторону.Когда Солнце находится выше в небе, солнечное нагревание сильнее на севере, вызывая там лето. Менее прямое солнечное отопление вызывает зиму на юге. Через полгода ситуация изменилась. В начале весны и осени оба полушария получают примерно равное количество тепла от Солнца.

Структура

Строение

Земля состоит из четырех основных слоев, начиная с внутреннего ядра в центре планеты, окруженного внешним ядром, мантией и корой.

Внутреннее ядро ​​представляет собой твердую сферу из железа и никеля в радиусе около 759 миль (1221 км).Здесь температура достигает 9800 градусов по Фаренгейту (5400 градусов по Цельсию). Внутреннее ядро ​​окружает внешнее ядро. Этот слой имеет толщину около 1400 миль (2300 километров) и состоит из жидкостей железа и никеля.

Между внешним ядром и корой находится мантия, самый толстый слой. Эта горячая вязкая смесь расплавленной породы имеет толщину около 2 900 километров и консистенцию карамели. Самый внешний слой, земная кора, в среднем составляет около 19 миль (30 километров) на суше.На дне океана кора более тонкая и простирается примерно на 3 мили (5 километров) от морского дна до верхней части мантии.

Формация

Формация

Когда Солнечная система приобрела нынешнюю структуру около 4,5 миллиардов лет назад, Земля образовалась, когда гравитация втянула в себя вихревой газ и пыль, и она стала третьей планетой от Солнца. Как и у других планет земного типа, у Земли есть центральное ядро, скалистая мантия и твердая кора.

Земля для детей

Наша родная планета Земля — ​​каменистая планета земного типа.Он имеет твердую и активную поверхность с горами, долинами, каньонами, равнинами и многим другим. Земля особенная, потому что это планета-океан. Вода покрывает 70 процентов поверхности Земли.

Атмосфера Земли состоит в основном из азота и имеет много кислорода, которым мы можем дышать. Атмосфера также защищает нас от входящих метеороидов, большинство из которых распадаются до того, как ударяются о поверхность.

Посетите NASA Space Place, чтобы узнать больше о детях.

NASA Space Place: все о Земле ›

Площадь

Поверхность

Подобно Марсу и Венере, на Земле есть вулканы, горы и долины.Литосфера Земли, включающая кору (как континентальную, так и океаническую) и верхнюю мантию, разделена на огромные плиты, которые постоянно перемещаются. Например, Североамериканская плита движется на запад по бассейну Тихого океана, примерно со скоростью, равной росту наших ногтей. Землетрясения возникают, когда плиты сталкиваются друг с другом, наезжают друг на друга, сталкиваются, образуя горы, или раскалываются и расходятся.

Глобальный океан Земли, который покрывает почти 70 процентов поверхности планеты, имеет среднюю глубину около 2.5 миль (4 км) и содержит 97 процентов воды на Земле. Почти все вулканы Земли скрыты под этими океанами. Вулкан Мауна-Кеа на Гавайях выше от основания до вершины, чем Эверест, но большая его часть находится под водой. Самый длинный горный хребет Земли также находится под водой, на дне Северного Ледовитого и Атлантического океанов. Это в четыре раза длиннее, чем Анды, Скалистые горы и Гималаи вместе взятые.

Атмосфера

Атмосфера

У поверхности Земли есть атмосфера, состоящая из 78 процентов азота, 21 процента кислорода и 1 процента других газов, таких как аргон, углекислый газ и неон. Атмосфера влияет на долгосрочный климат Земли и краткосрочную местную погоду и защищает нас от большей части вредной радиации, исходящей от Солнца. Он также защищает нас от метеороидов, большинство из которых сгорает в атмосфере и воспринимается как метеоры в ночном небе, прежде чем они смогут упасть на поверхность в виде метеоритов.

Магнитосфера

Магнитосфера

Быстрое вращение нашей планеты и расплавленное железо-никелевое ядро ​​создают магнитное поле, которое солнечный ветер в космосе искажает в форму капли.(Солнечный ветер — это поток заряженных частиц, непрерывно выбрасываемых из Солнца.) Когда заряженные частицы солнечного ветра попадают в магнитное поле Земли, они сталкиваются с молекулами воздуха над магнитными полюсами нашей планеты. Затем эти молекулы воздуха начинают светиться и вызывать полярные сияния или северное и южное сияние.

Магнитное поле — это то, что заставляет стрелки компаса указывать на Северный полюс независимо от того, в какую сторону вы поворачиваете. Но магнитная полярность Земли может измениться, изменив направление магнитного поля.Геологические данные говорят ученым, что перемагничивание происходит в среднем каждые 400000 лет, но время очень нестабильно. Насколько нам известно, такое перемагничивание не причиняет никакого вреда жизни на Земле, и очень маловероятно, что переворот произойдет еще как минимум тысячу лет. Но когда это произойдет, стрелки компаса, вероятно, будут указывать во многих разных направлениях в течение нескольких столетий, пока происходит переключение. И после того, как переключение будет завершено, все они будут указывать на юг, а не на север.

Кольца

Кольца

Земля не имеет колец.

Луны

Луны

Земля — ​​единственная планета, на которой есть одна луна. Наша Луна — самый яркий и знакомый объект на ночном небе. Во многих отношениях Луна сделала Землю таким прекрасным домом. Он стабилизирует колебание нашей планеты, которое сделало климат менее изменчивым за тысячи лет.

На Земле иногда временно находятся вращающиеся по орбите астероиды или большие камни. Обычно они оказываются в ловушке земного притяжения на несколько месяцев или лет, прежде чем вернуться на орбиту вокруг Солнца.Некоторые астероиды будут в долгом «танце» с Землей, вращаясь вокруг Солнца.

Некоторые луны представляют собой куски камня, которые были захвачены гравитацией планеты, но наша Луна, вероятно, возникла в результате столкновения миллиарды лет назад. Когда Земля была молодой планетой, в нее врезался большой кусок камня, сместив часть внутренней части Земли. Получившиеся куски слиплись и образовали нашу Луну. Луна с радиусом 1080 миль (1738 км) является пятой по величине луной в нашей солнечной системе (после Ганимеда, Титана, Каллисто и Ио).

Луна находится дальше от Земли, чем думает большинство людей. Луна находится в среднем на расстоянии 238 855 миль (384 400 километров). Это означает, что между Землей и Луной могут поместиться 30 планет размером с Землю.

Жизненный потенциал

Жизненный потенциал

На Земле очень гостеприимная температура и смесь химических веществ, благодаря которым здесь возможна жизнь. В частности, Земля уникальна тем, что большая часть нашей планеты покрыта водой, поскольку температура позволяет жидкой воде существовать в течение длительных периодов времени.Обширные океаны Земли были удобным местом для зарождения жизни около 3,8 миллиарда лет назад.

Некоторые особенности нашей планеты, которые делают ее отличной для поддержания жизни, меняются из-за продолжающихся последствий изменения климата. Чтобы узнать больше, посетите наш дочерний веб-сайт Climate.nasa.gov.

Планета Земля: факты о ее орбите, атмосфере и размере

Земля, наш дом, является третьей планетой от Солнца. Это единственная известная планета, на которой есть атмосфера, содержащая свободный кислород, океаны воды на поверхности и, конечно же, жизнь.

Земля — ​​пятая по величине из планет Солнечной системы. Он меньше четырех газовых гигантов — Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун — но больше трех других каменистых планет, Меркурия , Марса и Венера .

Земля имеет диаметр примерно 8 000 миль (13 000 километров) и круглая, потому что гравитация тянет материю в шар. Но это не идеально круглый. Земля на самом деле представляет собой «сплюснутый сфероид», потому что из-за вращения она сдавливается на полюсах и набухает на экваторе.

Вода покрывает примерно 71 процент поверхности Земли, большая часть которой находится в океанах. Примерно пятая часть атмосферы Земли на состоит из кислорода, производимого растениями. Хотя ученые веками изучали нашу планету, за последние десятилетия многое было извлечено из изучения снимков Земли из космоса .

Орбита Земли

Пока Земля вращается вокруг Солнца, планета одновременно вращается по воображаемой линии, называемой осью, которая проходит от Северного полюса к Южному полюсу.Земле требуется 23,934 часа, чтобы совершить оборот вокруг своей оси, и 365,26 дня, чтобы совершить полный оборот вокруг Солнца.

Ось вращения Земли наклонена по отношению к плоскости эклиптики, воображаемой поверхности, проходящей через орбиту планеты вокруг Солнца. Это означает, что северное и южное полушария иногда будут указывать в сторону или от Солнца в зависимости от времени года, и это изменяет количество света, получаемого полушариями, что приводит к смене времен года.

Орбита Земли представляет собой не идеальный круг, а скорее овальный эллипс, похожий на орбиты всех других планет.Наша планета находится немного ближе к Солнцу в начале января и дальше в июле, хотя это изменение оказывает гораздо меньшее влияние, чем нагрев и охлаждение, вызванные наклоном оси Земли. Земля находится в так называемой «зоне Златовласки» вокруг Солнца, где температура как раз подходит для поддержания жидкой воды на поверхности нашей планеты.

Статистические данные об орбите Земли по данным NASA :

• Среднее расстояние от Солнца: 92 956 050 миль (149 598 262 км)
• Перигелий (самый близкий подход к Солнцу): 91 402 640 миль (147 098 291 км)
• дальний афелий расстояние от Солнца): 94 509 460 миль (152 098 233 км)
• Продолжительность солнечного дня (однократное вращение вокруг своей оси): 23. 934 часа
• Продолжительность года (один оборот вокруг Солнца): 365,26 дня
• Экваториальное наклонение к орбите: 23,4393 градуса

Формирование и эволюция Земли

Ученые считают, что Земля была сформирована примерно в то же время, что и Солнце и другие планеты около 4,6 миллиарда лет назад, когда Солнечная система образовалась из гигантского вращающегося облака газа и пыли, известного как солнечная туманность . Когда туманность схлопнулась из-за своей силы тяжести, она начала вращаться быстрее и превратилась в диск.Большая часть материала была потянута к центру, чтобы сформировать солнце.

Другие частицы в диске столкнулись и слиплись , образуя все более крупные тела, включая Землю. Ученые считают, что Земля началась как безводная скальная масса .

«Считалось, что из-за столкновения этих астероидов и комет с Землей условия на ранней Земле могли быть адскими», — ранее сообщила Space Simone Марчи, планетолог из Юго-западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо.com. Но в последние годы новый анализ минералов, заключенных в древние микроскопические кристаллы, предполагает, что жидкая вода уже присутствовала на Земле в течение первых 500 миллионов лет, сказал Марчи.

Радиоактивные материалы в горных породах и увеличивающееся давление глубоко внутри Земли генерировали достаточно тепла, чтобы расплавить внутреннюю часть планеты, в результате чего некоторые химические вещества поднялись на поверхность и образовали воду, а другие превратились в газы атмосферы. Недавние данные свидетельствуют о том, что земная кора и океаны могли сформироваться в течение примерно 200 миллионов лет после того, как планета сформировалась.

Внутренняя структура

Ядро Земли имеет ширину около 4400 миль (7100 км), немного больше половины диаметра Земли и примерно такого же размера, как Марс в диаметре футов. Наиболее удаленные от ядра 1400 миль (2250 км) жидкие, а внутреннее — твердое; он примерно в четыре пятых от размера Луны Земли, а его диаметр составляет около 1600 миль (2600 км). Ядро отвечает за магнитное поле планеты, которое помогает отражать вредные заряженные частицы, вылетающие от Солнца.

Над ядром находится мантия Земли, толщина которой составляет около 2 900 км. Мантия не совсем жесткая, но может течь медленно. Земная кора плавает на мантии так же, как кусок дерева плывет по воде. Медленное движение горных пород в мантии перемещает континенты и вызывает землетрясения, извержения вулканов и образование горных хребтов.

Над мантией у Земли есть два типа коры. Суша континентов состоит в основном из гранита и других легких силикатных минералов, а дно океана состоит в основном из темной плотной вулканической породы, называемой базальтом.Континентальная кора в среднем имеет толщину около 25 миль (40 км), хотя в некоторых областях она может быть тоньше или толще. Океаническая кора обычно имеет толщину всего около 8 км. Вода заполняет низкие участки базальтовой коры, образуя мировые океаны.

Земля становится теплее к ядру. На дне континентальной коры температуры достигают примерно 1800 градусов по Фаренгейту (1000 градусов по Цельсию), повышаясь примерно на 3 градуса по Фаренгейту (1 градус по Цельсию на км) ниже коры. Геологи считают, что температура внешнего ядра Земли составляет от 6700 до 7800 градусов по Фаренгейту (от 3700 до 4300 градусов по Цельсию), а внутреннее ядро ​​может достигать 12 600 градусов по Фаренгейту (7000 градусов по Цельсию) — горячее, чем поверхность Солнца.

Магнитное поле

Магнитное поле Земли создается токами, протекающими во внешнем ядре Земли. Магнитные полюса всегда находятся в движении, а магнитный полюс North Pole ускоряет свое движение на север до 24 миль (40 км) ежегодно с момента начала отслеживания в 1830-х годах. Скорее всего, через несколько десятилетий он выйдет из Северной Америки и достигнет Сибири.

Магнитное поле Земли меняется и по другим причинам. По данным НАСА, в глобальном масштабе магнитное поле на 10% ослабло с 19 века.Эти изменения незначительны по сравнению с тем, что магнитное поле Земли происходило в прошлом. Несколько раз каждые миллион лет или около того поле полностью меняется, когда Северный и Южный полюса меняются местами. Магнитному полю может потребоваться от 100 до 3000 лет, чтобы завершить переворот.

По словам Эндрю Робертса, профессора Австралийского национального университета, напряженность магнитного поля Земли уменьшилась примерно на 90 процентов, когда в древнем прошлом произошло изменение направления поля. Падение делает планету более уязвимой для солнечных бурь и радиации, которая может серьезно повредить спутники, а также инфраструктуру связи и электроснабжения.

«Надеюсь, до такого мероприятия еще далеко, и мы сможем разработать будущие технологии, чтобы избежать огромного ущерба», — говорится в заявлении Робертса.

Когда заряженные частицы от Солнца попадают в магнитное поле Земли, они сталкиваются с молекулами воздуха над магнитными полюсами, заставляя их светиться. Это явление известно как полярных сияний, , северное и южное сияние.

Атмосфера Земли

Атмосфера Земли состоит примерно на 78 процентов из азота и на 21 процент из кислорода, с небольшими количествами воды, аргона, двуокиси углерода и других газов.Нигде больше в Солнечной системе нет атмосферы, наполненной свободным кислородом, который жизненно важен для одной из других уникальных особенностей Земли: жизни.

Воздух окружает Землю и становится тоньше по мере удаления от поверхности. Примерно в 100 милях (160 км) над Землей воздух настолько разрежен, что спутники могут проноситься сквозь атмосферу с небольшим сопротивлением. Тем не менее, следы атмосферы можно найти на высоте 370 миль (600 км) над поверхностью планеты.

Самый нижний слой атмосферы известен как тропосфера, которая постоянно находится в движении, и поэтому у нас есть погода.Солнечный свет нагревает поверхность планеты, заставляя теплый воздух подниматься в тропосферу. Этот воздух расширяется и охлаждается по мере снижения давления воздуха, и поскольку этот холодный воздух более плотный, чем его окружение, он затем опускается и снова нагревается Землей.

Над тропосферой, примерно в 30 милях (48 км) над поверхностью Земли, находится стратосфера. Неподвижный воздух стратосферы содержит озоновый слой, который был создан, когда ультрафиолетовый свет заставил три атома кислорода соединиться в молекулы озона.Озон предотвращает попадание большей части вредного ультрафиолетового излучения солнца на поверхность Земли, где оно может повредить и изменить жизнь.

Водяной пар, углекислый газ и другие газы в атмосфере улавливают солнечное тепло, нагревая Землю. Без этого так называемого «парникового эффекта» Земля, вероятно, была бы слишком холодной для существования жизни, хотя неконтролируемый парниковый эффект привел к адским условиям, которые сейчас наблюдаются на Венере.

Спутники, находящиеся на околоземной орбите, показали, что верхние слои атмосферы фактически расширяются в течение дня и сжимаются ночью из-за нагрева и охлаждения.

Химический состав

Кислород — самый распространенный элемент в горных породах земной коры, составляющий примерно 47 процентов веса всей породы. Вторым по распространенности элементом является кремний, — 27 процентов, за ним идет алюминий , — 8 процентов; железо, 5 процентов; кальций, 4 процента; и натрий , калий и магний , примерно по 2 процента каждый.

Ядро Земли состоит в основном из железа и никеля и потенциально меньшего количества более легких элементов, таких как сера и кислород.Мантия состоит из силикатных пород, богатых железом и магнием. (Комбинация кремния и кислорода известна как диоксид кремния, а минералы, содержащие диоксид кремния, известны как силикатные минералы.)

Луна Земли

Луна Земли имеет ширину 2159 миль (3474 км), примерно одну четвертую диаметра Земли. . На нашей планете есть одна луна, в то время как у Меркурия и Венеры их нет, а на всех других планетах нашей солнечной системы их два или больше.

Основное объяснение того, как образовалась луна Земли , заключается в том, что гигантский удар выбил сырые ингредиенты для луны с примитивной расплавленной Земли на орбиту. Ученые предположили, что объект, упавший на планету, имел массу примерно 10 процентов от массы Земли, размером с Марс.

Жизнь на Земле

Земля — ​​единственная планета во Вселенной, на которой, как известно, есть жизнь. Планета может похвастаться несколькими миллионами видов жизни, обитающих в средах обитания от дна глубочайшего океана до нескольких миль в атмосфере. И ученые считают, что еще предстоит открыть гораздо больше видов.

Исследователи подозревают, что другие кандидаты на место обитания жизни в нашей солнечной системе — такие как спутник Сатурна Титан или спутник Юпитера Европа — могут служить домом для примитивных живых существ.Ученым еще предстоит точно определить, как наши первобытные предки впервые появились на Земле. Одно из решений предполагает, что жизнь сначала развивалась на соседней планете Марс, когда-то обитаемой планете, а затем переместилась на Землю на метеоритах , брошенных с Красной планеты в результате ударов других космических камней.

«Тем не менее, нам повезло, что мы оказались здесь, поскольку, безусловно, Земля была лучшей из двух планет для поддержания жизни», — сказал Space биохимик Стивен Беннер из Института науки и технологий Вестхаймера во Флориде.com. «Если бы наши гипотетические марсианские предки остались на Марсе, возможно, не было бы ничего, что можно было бы рассказать».

Дополнительная литература:

Эта история была обновлена ​​10 октября 2018 г. участником Space.com Нолой Тейлор Редд.

Как была образована Земля? | Космос

Хотя планеты окружают звезды в галактике, их форма остается предметом споров. Несмотря на обилие миров в нашей солнечной системе, ученые до сих пор не знают, как устроены планеты.В настоящее время на роль чемпиона борются две теории.

Первая и наиболее широко принятая теория, аккреция ядра, хорошо работает с образованием планет земной группы, таких как Земля, но имеет проблемы с планетами-гигантами. Второй, метод дисковой нестабильности, может объяснить создание этих планет-гигантов.

Ученые продолжают изучать планеты в Солнечной системе и за ее пределами, чтобы лучше понять, какой из этих методов наиболее точен.

Связано: Насколько велика Земля?
Связано: Какова скорость Земли вокруг Солнца?

Модель аккреции ядра

Примерно 4,6 миллиарда лет назад Солнечная система представляла собой облако пыли и газа, известное как солнечная туманность. Гравитация сжала вещество на себя, когда оно начало вращаться, образуя Солнце в центре туманности.

С восходом солнца оставшийся материал начал собираться в комки.Маленькие частицы собирались вместе, связанные силой тяжести, в более крупные частицы. Солнечный ветер унес более легкие элементы, такие как водород и гелий, из более близких областей, оставив только тяжелые скалистые материалы для создания меньших земных миров, таких как Земля. Но дальше солнечные ветры меньше влияли на более легкие элементы, позволяя им объединяться в газовых гигантов. Таким образом были созданы астероиды, кометы, планеты и луны.

Первым сформировалось скалистое ядро ​​Земли, в котором столкнулись и связались тяжелые элементы.Плотный материал опустился к центру, а более легкий материал образовал корку. Магнитное поле планеты, вероятно, сформировалось примерно в это время. Гравитация захватила часть газов, из которых состояла ранняя атмосфера планеты.

В начале своей эволюции Земля пострадала от удара большого тела, которое выбросило в космос части мантии молодой планеты. Гравитация заставила многие из этих частей собраться вместе и сформировать Луну, которая вышла на орбиту вокруг своего создателя.

Поток мантии под корой вызывает тектонику плит, движение больших каменных плит на поверхности Земли.Столкновения и трение породили горы и вулканы, которые начали выбрасывать газы в атмосферу.

Хотя сегодня количество комет и астероидов, проходящих через внутреннюю часть Солнечной системы, невелико, их было больше, когда планеты и Солнце были молоды. Столкновения этих ледяных тел, вероятно, отложили большую часть воды Земли на ее поверхность. Поскольку планета находится в зоне Златовласки, регионе, где жидкая вода не замерзает и не испаряется, но может оставаться жидкостью, вода осталась на поверхности, что, по мнению многих ученых, играет ключевую роль в развитии жизни.

Наблюдения за экзопланетой, кажется, подтверждают аккрецию ядра как доминирующий процесс формирования. Звезды с большим количеством «металлов» — термин, который астрономы используют для обозначения других элементов, помимо водорода и гелия — в их ядрах, имеют больше планет-гигантов, чем их бедные металлами собратья. По данным НАСА, аккреция ядра предполагает, что маленькие каменистые миры должны встречаться чаще, чем более массивные газовые гиганты.

Открытие в 2005 году планеты-гиганта с массивным ядром, вращающейся вокруг звезды, похожей на Солнце HD 149026, является примером экзопланеты, которая способствовала усилению аргументов в пользу аккреции ядра.

«Это подтверждение основной теории аккреции для формирования планет и свидетельство того, что планет такого типа должно существовать в изобилии», — сказал Грег Генри в пресс-релизе. Генри, астроном из Университета штата Теннесси в Нэшвилле, обнаружил затемнение звезды.

В 2017 году Европейское космическое агентство планирует запустить исследуемый спутник ExOPlanet (CHEOPS), который будет изучать экзопланеты размером от суперземли до Нептуна. Изучение этих далеких миров может помочь определить, как формировались планеты Солнечной системы.

«В сценарии аккреции ядра ядро ​​планеты должно достичь критической массы, прежде чем оно сможет бесконтрольно аккрецировать газ», — заявила команда CHEOPS.

«Эта критическая масса зависит от многих физических переменных, среди которых наиболее важна скорость аккреции планетезималей».

Изучая, как растущие планеты срастаются с материалом, CHEOPS дает представление о том, как растут миры.

Плакат «Наша удивительная планета сверху вниз» Плакат размером 18 x 72 дюйма. Купить здесь (Изображение предоставлено: Магазин Space.com)

Модель дисковой нестабильности

Хотя модель аккреции ядра хорошо работает для планет земной группы, газовым гигантам пришлось бы быстро эволюционировать, чтобы удержать значительную массу более легких газов, которые они содержат. Но моделирование не могло объяснить это быстрое образование. Согласно моделям, этот процесс занимает несколько миллионов лет, дольше, чем легкие газы были доступны в ранней Солнечной системе. В то же время модель аккреции ядра сталкивается с проблемой миграции, поскольку молодые планеты, вероятно, за короткое время повернутся к Солнцу по спирали.

Согласно относительно новой теории нестабильности диска, сгустки пыли и газа связаны вместе на раннем этапе жизни Солнечной системы. Со временем эти сгустки медленно сжимаются в гигантскую планету. Эти планеты могут формироваться быстрее, чем их соперники по аккреции ядра, иногда всего за тысячу лет, что позволяет им улавливать быстро исчезающие более легкие газы. Они также быстро достигают массы, стабилизирующей орбиту, которая удерживает их от марша смерти к солнцу.

По словам экзопланетного астронома Пола Уилсона, если нестабильность диска будет доминировать при формировании планет, она должна породить большое количество миров в больших количествах.Четыре планеты-гиганта, вращающиеся на значительных расстояниях вокруг звезды HD 9799, предоставляют наблюдательные доказательства нестабильности диска. Фомальгаут b, экзопланета с 2000-летним оборотом вокруг своей звезды, также может быть примером мира, сформированного из-за нестабильности диска, хотя планета также могла быть выброшена из-за взаимодействия с ее соседями.

Галечная аккреция

Самая большая проблема для аккреции ядра — это время — создание массивных газовых гигантов достаточно быстро, чтобы захватить более легкие компоненты их атмосферы.Недавнее исследование того, как более мелкие объекты размером с гальку сливались вместе, чтобы построить планеты-гиганты, в 1000 раз быстрее, чем предыдущие исследования.

«Это первая известная нам модель, в которой вы начинаете с довольно простой структуры солнечной туманности, из которой формируются планеты, и заканчиваете системой планет-гигантов, которую мы видим», — говорит ведущий автор исследования Гарольд Левисон. астроном из Юго-Западного исследовательского института (SwRI) в Колорадо сообщил Space.com в 2015 году.

В 2012 году исследователи Мишель Ламбрехтс и Андерс Йохансен из Лундского университета в Швеции предположили, что крошечные камешки, однажды списанные, являются ключом к быстрому строительство планет-гигантов.

«Они показали, что остатки гальки от этого процесса формирования, которые ранее считались неважными, на самом деле могут стать огромным решением проблемы формирования планет», — сказал Левисон.

Левисон и его команда основали это исследование, чтобы более точно смоделировать, как крошечные камешки могут образовывать планеты, наблюдаемые сегодня в галактике. В то время как в предыдущих симуляциях и большие, и средние объекты потребляли своих собратьев размером с гальку с относительно постоянной скоростью, симуляции Левисона показывают, что более крупные объекты действовали больше как хулиганы, выхватывая камешки у средних масс, чтобы расти гораздо быстрее. оценивать.

«Более крупные объекты теперь имеют тенденцию разбрасывать более мелкие в большей степени, чем более мелкие разбрасывают их обратно, поэтому в конечном итоге более мелкие оказываются разбросанными из галечного диска», — сказала Space соавтор исследования Кэтрин Кретке, также из SwRI .com. «Более крупный парень в основном издевается над меньшим, чтобы они могли сами съесть всю гальку и продолжать расти, чтобы сформировать ядра планет-гигантов».

По мере того, как ученые продолжают изучать планеты внутри Солнечной системы, а также вокруг других звезд, они лучше поймут, как образовались Земля и ее братья и сестры.

Следуйте за Нолой Тейлор Редд в Twitter @NolaTRedd, Facebook или Google+. Следуйте за нами в @Spacedotcom, Facebook или Google+.

Как образовалась наша планета? | Астрономия

Все началось с огромного взрыва. Где-то в нашей галактике взорвалась звезда, выбросив массу газа и пыли. Эта сверхновая, как называют эти взрывы, произошла около 5 миллиардов лет назад. Затем обломки взрыва врезались в ближайшее облако газа, в котором собраны ингредиенты для формирования нашей солнечной системы.

Поскольку взрыв был настолько мощным, что смесь пыли стала очень горячей, и все стало готовиться. Маленькие кусочки пыли начали собираться, образуя все большие и большие комки, и смесь начала собираться вместе под действием собственной силы тяжести.

В конце концов центральный кусок стал настолько горячим и плотным, что начал вырабатывать собственную энергию, зажигая ядерные огни. Это было рождением нашего солнца. Оставшаяся пыльная смесь кружилась вокруг звезды, превращаясь в диск.

Постепенно солнце увеличивалось в размерах, а пыльный диск остывал.За миллионы лет пыль сгруппировалась в зерна, затем комки, валуны и, в конечном итоге, планетезимали — куски породы, достаточно большие, чтобы иметь собственное гравитационное поле. Некоторые из этих планетезималей стали зародышами планет в нашей солнечной системе сегодня.

Постепенно эти каменистые планеты начали организовываться, располагаясь на удобном расстоянии от Солнца и находя собственную орбиту. Земля нашла свой путь третьей планетой от Солнца. В первые дни каменистые скопления были обычным явлением, оставляя кратеры на поверхности всех планет.

Считается, что одно из этих столкновений, произошедшее около 4,5 миллиарда лет назад, почти уничтожило Землю и, вероятно, было причиной нашей Луны. Большой планетезимал размером с Марс нанес Земле скользящий удар, выбросив кусок земной коры в космос. Часть планетезималей слилась с Землей, а выброшенный кусок вышел на свою орбиту вокруг Земли и стал Луной.

Подтверждением этой теории являются образцы лунной пыли, показывающие, что Луна состоит из горных пород, довольно похожих на те, что находятся в верхних слоях мантии и коры Земли.

При крушении формирования Луны Земля ударилась боком, угол ее наклона к Солнцу изменился с 0 градусов до 23,5 градусов. В результате на Земле появились сезоны: зима для полушария, наклоненного от Солнца, и лето для полушария, наклоненного к Солнцу.

Ранняя Земля сильно отличалась от нашей сегодняшней планеты. Изначально на планете не было коры, мантии и ядра, а вместо этого все элементы были равномерно перемешаны. Не было ни океанов, ни континентов, ни атмосферы.Столкновения метеоритов, радиоактивный распад и сжатие планет сделали Землю все горячее и горячее. Через несколько сотен миллионов лет температура Земли достигла 2000 ° C — точки плавления железа — и было сформировано ядро ​​Земли.

В этот момент большая часть Земли была расплавлена, и на ее поверхности мог быть океан магмы. Постепенно Земля остыла, и планета превратилась в ядро, мантию и кору. Это расслоение планеты помогло вызвать тектонику плит на поверхности, и Земля стала немного больше походить на ту планету, которую мы знаем сегодня.

Большинство геологов думают, что атмосфера и океаны Земли появились около 4 миллиардов лет назад в результате нескольких вулканических отрыжек. С другой стороны, они могли появиться из-за столкновения комет с Землей и выброса воды и газов на поверхность.

Как бы они ни прибыли, положение Земли в Солнечной системе было случайным. Меркурий и Венера находятся слишком близко к Солнцу, слишком горячие для образования океанов (они просто испаряются), а Марс находится слишком далеко (любые жидкости просто замерзают). Только на Земле были подходящие условия.

Ранняя атмосфера Земли не содержала много кислорода и сильно отличалась от того, что мы имеем сегодня. Тем не менее, атмосфера и океаны позволили жизни закрепиться, и первые одноклеточные организмы появились около 4 миллиардов лет назад.

Постепенно эти водоросли изменили состав атмосферы Земли, пробираясь сквозь углекислый газ и воду и выделяя кислород. Примерно 2,5 миллиарда лет назад в атмосфере Земли накопилось значительное количество кислорода. Сцена была создана для развития сложной жизни.

Создание солнечной системы

Астрономы уверены, что понимают, как образовалась наша солнечная система, поскольку они видели, как другие солнечные системы проходят через аналогичный процесс. Примерно в 50 световых годах от нас находится Бета Живописца, звезда в центре молодой Солнечной системы. На изображениях, полученных с космического телескопа Хаббла, виден пыльный диск вокруг звезды, возможно, полный зарождающихся планетезималей. Между тем компьютерные модели пылевых облаков, вроде того, которое, как считается, породило нашу систему, показывают, что гравитационные силы почти всегда приводят к образованию плоского пыльного диска из вращающихся комков, из которых могут расти планеты.

Эволюция Земли — Scientific American

Подобно лазуриту, на который он похож, голубая, окутанная облаками планета, которую мы сразу узнаем по спутниковым снимкам, кажется удивительно стабильной. Континенты и океаны, окруженные богатой кислородом атмосферой, поддерживают знакомые формы жизни. Однако это постоянство — иллюзия, порожденная человеческим опытом времени. Земля и ее атмосфера постоянно меняются. Тектоника плит сдвигает континенты, поднимает горы и сдвигает дно океана, в то время как процессы, до конца не изученные, изменяют климат.

Такое постоянное изменение характерно для Земли с момента ее зарождения около 4,5 миллиардов лет назад. С самого начала эволюция планеты определялась жарой и гравитацией. К этим силам постепенно присоединились глобальные эффекты возникновения жизни. Изучение этого прошлого предлагает нам единственную возможность понять происхождение жизни и, возможно, ее будущее.

Ученые считали, что каменистые планеты, включая Землю, Меркурий, Венеру и Марс, были созданы в результате быстрого гравитационного коллапса пылевого облака, деформации, дающей начало плотной сфере.В 1960-х годах космическая программа «Аполлон» изменила эту точку зрения. Исследования лунных кратеров показали, что эти выбоины были вызваны ударами объектов, которых было много около 4,5 миллиарда лет назад. После этого количество ударов, похоже, быстро уменьшилось. Это наблюдение обновило теорию аккреции, предложенную Отто Шмидтом. В 1944 году русский геофизик предположил, что размер планет увеличивается постепенно, шаг за шагом.

Согласно Шмидту, космическая пыль сгруппировалась в частицы, частицы превратились в гравий, гравий в маленькие шары, затем в большие шары, затем в крошечные планеты или планетезимали, и, наконец, пыль стала размером с Луну.По мере того, как планетезимали становились больше, их количество уменьшалось. Следовательно, количество столкновений между планетезималиями или метеоритами уменьшилось. Меньшее количество предметов, доступных для аккреции, означало, что создание большой планеты заняло много времени. Расчет, сделанный Джорджем Уэзериллом из Института Карнеги в Вашингтоне, предполагает, что между образованием объекта диаметром 10 километров и объекта размером с Землю может пройти около 100 миллионов лет.

Процесс аккреции имел значительные тепловые последствия для Земли, последствия, которые в значительной степени повлияли на ее эволюцию.Большие тела, врезавшиеся в планету, вызвали в ее недрах огромное количество тепла, расплавив обнаруженную там космическую пыль. Образовавшаяся печь, расположенная на глубине от 200 до 400 километров под землей и называемая океаном магмы, действовала миллионы лет, вызывая извержения вулканов. Когда Земля была молодой, тепло на поверхности, вызванное вулканизмом и потоками лавы изнутри, усиливалось постоянной бомбардировкой огромных объектов, некоторые из которых, возможно, были размером с Луну или даже Марс. В этот период жизнь была невозможна.

Помимо разъяснения того, что Земля образовалась в результате аккреции, программа «Аполлон» вынудила ученых попытаться реконструировать последующее временное и физическое развитие ранней Земли. Основоположники геологии, в том числе Чарльз Лайель, считали это предприятие невозможным, которому приписывают следующую фразу: «Никаких следов начала, никаких перспектив на конец». Это заявление передает идею о том, что молодая Земля не может быть воссоздана, потому что ее остатки были уничтожены самой ее деятельностью.Но развитие изотопной геологии в 1960-х сделало эту точку зрения устаревшей. В своем воображении, покрасневшем от Аполлона и открытий луны, геохимики начали применять эту технику, чтобы понять эволюцию Земли.

Датирование горных пород с помощью так называемых радиоактивных часов позволяет геологам работать со старыми местностями, не содержащими окаменелостей. Стрелки радиоактивных часов состоят из изотопов — атомов одного и того же элемента, имеющих разный атомный вес, — а геологическое время измеряется скоростью распада одного изотопа на другой [см. «Древнейшую историю Земли», Дерек Йорк; Scientific American , январь 1993 г.].Среди множества часов особенными являются часы, основанные на распаде урана 238 на свинец 206 и урана 235 на свинец 207. Геохронологи могут определить возраст образцов, анализируя только дочерний продукт — в данном случае свинец — радиоактивного материнского урана.

Накопление на цирконы
ИЗОТОПНАЯ ГЕОЛОГИЯ позволила геологам определить, что аккреция Земли завершилась дифференциацией планеты: созданием ядра — источника магнитного поля Земли — и началом атмосферы.В 1953 году классическая работа Клэр С. Паттерсон из Калифорнийского технологического института с использованием ураново-свинцовых часов позволила установить возраст Земли и многих метеоритов, из которых она образовалась, в 4,55 миллиарда лет. Однако в начале 1990-х годов работа одного из нас (Аллегра) по изотопам свинца привела к несколько новой интерпретации.

Как утверждал Паттерсон, некоторые метеориты действительно образовались около 4,56 миллиарда лет назад, и их обломки составили Землю. Но Земля продолжала расти за счет бомбардировки планетезималей примерно до 120–150 миллионов лет спустя.В то время — от 4,44 до 4,41 млрд лет назад — Земля начала сохранять свою атмосферу и создавать свое ядро. Эта возможность уже была предложена Брюсом Р. Доу и Робертом Э. Зартманом из Геологической службы США в Денвере два десятилетия назад и согласуется с оценками Уэзерилла.

Возникновение континентов произошло несколько позже. Согласно теории тектоники плит, эти массивы суши являются единственной частью земной коры, которая не перерабатывается и, следовательно, разрушается во время геотермического цикла, вызванного конвекцией в мантии.Таким образом, континенты обеспечивают некую форму памяти, потому что записи о ранней жизни можно прочитать в их скалах. Однако геологическая деятельность, включая тектонику плит, эрозию и метаморфизм, разрушила почти все древние породы. Эта геологическая машина сохранила очень мало фрагментов.

Тем не менее, в последние десятилетия было сделано несколько важных открытий, опять же с использованием изотопной геохимии. Одна группа, возглавляемая Стивеном Мурбатом из Оксфордского университета, обнаружила местность в Западной Гренландии, находящуюся между тремя.7 миллиардов и 3,8 миллиарда лет. Кроме того, Сэмюэл А. Боуринг из Массачусетского технологического института исследовал небольшую область в Северной Америке — гнейсы Акаста, возраст которых, как считается, составляет 3,96 миллиарда лет.

В конечном итоге поиски минерала циркона привели других исследователей к еще более древней местности. Циркон, который обычно встречается в континентальных породах, не растворяется в процессе эрозии, а откладывается в виде частиц в осадках. Таким образом, несколько кусочков циркона могут сохраняться в течение миллиардов лет и могут служить свидетельством более древней коры Земли.Поиск старых цирконов начался в Париже с работ Анни Витрак и Жол Р. Ланселот, позже в Марсельском университете, а теперь в Университете Нмес, соответственно, а также усилиями Мурбата и Аллгре. Это была группа из Австралийского национального университета в Канберре под руководством Уильяма Компстона, которая в конечном итоге добилась успеха. Команда обнаружила цирконы в западной Австралии, возраст которых составляет от 4,1 до 4,3 миллиарда лет.

Цирконы сыграли решающую роль не только в понимании возраста континентов, но и в определении того, когда впервые появилась жизнь.Самые ранние окаменелости бесспорного возраста были найдены в Австралии и Южной Африке. Этим остаткам сине-зеленых водорослей около 3,5 миллиардов лет. Манфред Шидловски из Института химии Макса Планка в Майнце изучал образование Исуа в Западной Гренландии и утверждал, что органическое вещество существовало уже 3,8 миллиарда лет. Поскольку большая часть записей о ранней жизни была уничтожена геологической деятельностью, мы не можем точно сказать, когда она впервые появилась — возможно, она возникла очень быстро, а может быть, даже 4.2 миллиарда лет назад.

Рассказы из газов
ОДИН ИЗ САМЫХ ВАЖНЕЙШИХ аспектов эволюции планеты — это формирование атмосферы, потому что именно эта совокупность газов позволила жизни выползать из океанов и существовать. С 1950-х годов исследователи выдвинули гипотезу о том, что земная атмосфера была создана газами, выходящими из недр планеты. Когда вулкан извергает газы, это является примером, как его еще называют, непрерывной дегазации Земли.Но ученые задаются вопросом, произошел ли этот процесс внезапно — около 4,4 миллиарда лет назад, когда ядро ​​дифференцировалось, — или же он происходил постепенно с течением времени.

Чтобы ответить на этот вопрос, Аллегр и его коллеги изучили изотопы инертных газов. Эти газы, в том числе гелий, аргон и ксенон, обладают тем свойством, что они химически инертны, то есть в природе они не вступают в реакцию с другими элементами. Два из них особенно важны для атмосферных исследований: аргон и ксенон.Аргон имеет три изотопа, из которых аргон 40 образуется при распаде калия 40. Ксенон состоит из девяти, из которых ксенон 129 имеет два разных происхождения. Ксенон 129 возник в результате нуклеосинтеза до образования Земли и Солнечной системы. Он также был создан в результате распада радиоактивного йода 129, которого больше нет на Земле. Эта форма йода присутствовала очень рано, но с тех пор вымерла, и ксенон 129 вырос за ее счет.

Как и большинство пар, и аргон-40, и калий-40, и ксенон-129, и йод-129 могут рассказать свои истории.Это отличные хронометры. Хотя атмосфера образовалась в результате дегазации мантии, она не содержит ни калия 40, ни йода 129. Весь аргон 40 и ксенон 129, образовавшиеся на Земле и выброшенные в атмосферу, сегодня находятся в атмосфере. Ксенон был вытеснен из мантии и оставлен в атмосфере; следовательно, отношение атмосферы к мантии этого элемента позволяет нам оценить возраст дифференциации. Аргон и ксенон, захваченные мантией, образовались в результате радиоактивного распада калия 40 и йода 129.Таким образом, если бы полное обезгаживание мантии произошло в начале формирования Земли, атмосфера не содержала бы никакого аргона 40, но содержала бы ксенон 129.

Основная задача, стоящая перед исследователем, который хочет измерить такие коэффициенты распада, состоит в том, чтобы получить высокие концентрации инертных газов в породах мантии, поскольку они чрезвычайно ограничены. К счастью, в срединно-океанических хребтах происходит природное явление, во время которого вулканическая лава переносит некоторое количество силикатов из мантии на поверхность.Небольшие количества газов, захваченных мантийными минералами, поднимаются с расплавом к поверхности и концентрируются в небольших пузырьках на внешней стеклянной окраине лавовых потоков. Этот процесс служит для концентрации мантийных газов в 10 ⁴ раз или 10 ⁵ . Сбор этих пород путем углубления дна моря и последующего измельчения их в вакууме в чувствительном масс-спектрометре позволяет геохимикам определять соотношение изотопов в мантии. Результаты довольно удивительны.Расчеты соотношений показывают, что от 80 до 85 процентов атмосферы было дегазировано в течение первых одного миллиона лет Земли; остальное выпускалось медленно, но постоянно в течение следующих 4,4 миллиарда лет.

В составе этой примитивной атмосферы определенно преобладала двуокись углерода, а азот был вторым по распространенности газом. Также присутствовали следовые количества метана, аммиака, диоксида серы и соляной кислоты, но не было кислорода. За исключением наличия большого количества воды, атмосфера была похожа на Венеру или Марс.Детали эволюции первоначальной атмосферы обсуждаются, особенно потому, что мы не знаем, насколько сильным было Солнце в то время. Однако некоторые факты не оспариваются. Очевидно, что диоксид углерода сыграл решающую роль. Кроме того, многие ученые считают, что развивающаяся атмосфера содержала достаточное количество газов, таких как аммиак и метан, для образования органических веществ.

Тем не менее, проблема солнца остается нерешенной. Согласно одной из гипотез, в течение архейского эона, продолжавшегося примерно с 4 до н. Э.5–2,5 миллиарда лет назад солнечная энергия составляла всего 75 процентов от сегодняшней. Эта возможность порождает дилемму: как могла жизнь выжить в относительно холодном климате, который должен сопровождать более слабое солнце? Решение парадокса слабого раннего солнца, как его называют, было предложено Карлом Саганом и Джорджем Малленом из Корнельского университета в 1970 году. Эти два ученых предположили, что метан и аммиак, которые очень эффективны для улавливания инфракрасного излучения, были в большом количестве. Эти газы могли создать суперпарниковый эффект.Идея подверглась критике на том основании, что такие газы обладают высокой реакционной способностью и имеют короткий срок жизни в атмосфере.

Какая контролируемая компания?
В КОНЦЕ 1970-х Вирабхадран Раманатан, ныне работающий в Институте океанографии Скриппса, и Роберт Д. Сесс и Тобиас Оуэн из Университета Стоуни-Брук предложили другое решение. Они постулировали, что в ранней атмосфере не было необходимости в метане, потому что углекислого газа было достаточно, чтобы вызвать суперпарниковый эффект.Этот аргумент снова поднял другой вопрос: сколько углекислого газа было в ранней атмосфере? Земной углекислый газ сейчас погребен в карбонатных породах, таких как известняк, хотя неясно, когда он оказался там в ловушке. Сегодня карбонат кальция создается в основном в процессе биологической активности; в архейском эоне углерод, возможно, удалялся в основном во время неорганических реакций.

Быстрое выделение газа на планете высвободило огромные количества воды из мантии, создав океаны и гидрологический цикл.Кислоты, которые, вероятно, присутствовали в атмосфере, вымывали породы, образуя богатые карбонатом породы. Однако относительная важность такого механизма обсуждается. Генрих Д. Холланд из Гарвардского университета считает, что количество углекислого газа в атмосфере быстро уменьшалось во время архея и оставалось на низком уровне.

Понимание содержания углекислого газа в ранней атмосфере имеет решающее значение для понимания климатического контроля. Два лагеря борющихся выдвинули идеи о том, как работает этот процесс.Первая группа считает, что глобальные температуры и углекислый газ контролировались неорганическими геохимическими обратными связями; второй утверждает, что они контролировались биологическим удалением.

Джеймс К.Г. Уокер, Джеймс Ф. Кастинг и Пол Б. Хейс, работавшие тогда в Мичиганском университете в Анн-Арборе, предложили неорганическую модель в 1981 году. Они постулировали, что уровни газа были высокими в начале архея, а не стремительно падают. Трио предположило, что по мере потепления климата испаряется больше воды, а гидрологический цикл становится более интенсивным, увеличивая количество осадков и сток.Углекислый газ в атмосфере, смешанный с дождевой водой, создает сток углекислоты, подвергая минералы на поверхности выветриванию. Силикатные минералы в сочетании с углеродом, который был в атмосфере, улавливают его в осадочных породах. Меньшее количество углекислого газа в атмосфере, в свою очередь, означает меньший парниковый эффект. Процесс неорганической отрицательной обратной связи компенсирует рост солнечной энергии.

Это решение контрастирует со второй парадигмой: биологическое удаление. Одна теория, выдвинутая Джеймсом Э. Лавлок, создатель гипотезы Гайи, предположил, что фотосинтезирующие микроорганизмы, такие как фитопланктон, будут очень продуктивными в среде с высоким содержанием углекислого газа. Эти существа медленно удаляли углекислый газ из воздуха и океанов, превращая его в отложения карбоната кальция. Критики возразили, что фитопланктон даже не эволюционировал большую часть времени, пока на Земле была жизнь. (Гипотеза Гайи утверждает, что жизнь на Земле обладает способностью регулировать температуру и состав земной поверхности, а также поддерживать ее комфорт для живых организмов.)

В начале 1990-х Тайлер Волк из Нью-Йоркского университета и Дэвид Шварцман из Университета Говарда предложили другое решение Gaian. Они отметили, что бактерии увеличивают содержание углекислого газа в почвах, разрушая органические вещества и производя гуминовые кислоты. Оба действия ускоряют выветривание, удаляя углекислый газ из атмосферы. Однако по этому поводу разногласия обостряются. Некоторые геохимики, в том числе Кастинг из Университета штата Пенсильвания и Голландия, утверждают, что, хотя жизнь может объяснить некоторое удаление углекислого газа после архея, неорганические геохимические процессы могут объяснить большую часть этого связывания.Эти исследователи рассматривают жизнь как довольно слабый механизм стабилизации климата на протяжении большей части геологического времени.

Кислород из водорослей
ПРОБЛЕМА УГЛЕРОДА остается критически важной для того, как жизнь повлияла на атмосферу. Захоронение углерода является ключом к жизненно важному процессу повышения концентрации кислорода в атмосфере, что является предпосылкой для развития определенных форм жизни. Кроме того, сейчас происходит глобальное потепление в результате того, что люди выделяют этот углерод. В течение одного или двух миллиардов лет водоросли в океанах производили кислород.Но поскольку этот газ обладает высокой реакционной способностью и поскольку в древних океанах было много восстановленных минералов — например, железо легко окисляется, — большая часть кислорода, производимого живыми существами, просто расходуется, прежде чем он достигнет атмосферы, где он встретил бы газы, которые вступили бы в реакцию с ним.

Даже если бы в течение этой анаэробной эры эволюционные процессы привели к появлению более сложных форм жизни, у них не было бы кислорода. Более того, нефильтрованный ультрафиолетовый солнечный свет, вероятно, убил бы их, если бы они покинули океан.Такие исследователи, как Уокер и Престон Клауд, работавшие тогда в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, предположили, что всего около двух миллиардов лет назад, после того, как большая часть восстановленных минералов в море была окислена, атмосферный кислород накапливался. От одного до двух миллиардов лет назад кислород достиг нынешних уровней, создав нишу для эволюционирующей жизни.

Изучая стабильность некоторых минералов, таких как оксид железа или оксид урана, Голландия показала, что содержание кислорода в архейской атмосфере было низким еще два миллиарда лет назад.Многие согласны с тем, что нынешнее 20-процентное содержание кислорода является результатом фотосинтетической активности. Тем не менее, вопрос в том, увеличивалось ли содержание кислорода в атмосфере постепенно или внезапно. Недавние исследования показывают, что увеличение количества кислорода началось внезапно между 2,1 миллиардами и 2,03 миллиардами лет назад и что нынешняя ситуация была достигнута 1,5 миллиарда лет назад.

Присутствие кислорода в атмосфере имело еще одно важное преимущество для организма, пытающегося жить на поверхности или над ней: он отфильтровывал ультрафиолетовое излучение.Ультрафиолетовое излучение разрушает многие молекулы — от ДНК и кислорода до хлороуглеродов, которые участвуют в истощении стратосферного озона. Такая энергия расщепляет кислород на очень нестабильную атомарную форму O, которая может снова объединиться в O ₂ и в совершенно особую молекулу O ₃ или озон. Озон, в свою очередь, поглощает ультрафиолетовое излучение. Только когда в атмосфере появилось достаточно кислорода, чтобы образовался озон, у жизни даже появился шанс закрепиться на суше.Неслучайно быстрая эволюция жизни от прокариот (одноклеточных организмов без ядра) к эукариотам (одноклеточные организмы с ядром) и метазоа (многоклеточные организмы) произошла в миллиардную эпоху. кислород и озон.

Хотя в этот период атмосфера в атмосфере достигала довольно стабильного уровня кислорода, климат не был однородным. При переходе к современному геологическому времени были длительные стадии относительного тепла или прохлады.Состав окаменелых раковин планктона, обитавших у дна океана, является мерой температуры придонной воды. Данные свидетельствуют о том, что за последние 100 миллионов лет придонные воды остыли почти на 15 градусов по Цельсию. Уровень моря упал на сотни метров, и континенты разошлись. Внутренние моря в основном исчезли, а климат охладился в среднем на 10-15 градусов по Цельсию. Примерно 20 миллионов лет назад, похоже, на Антарктиде образовался постоянный лед.

Примерно два-три миллиона лет назад палеоклиматические записи начали показывать значительные расширения и сокращения теплых и холодных периодов с циклами в 40 000 лет или около того.Эта периодичность интересна, потому что она соответствует времени, за которое Земля совершает колебание наклона своей оси вращения. Долгое время предполагалось и недавно рассчитывалось, что известные изменения в геометрии орбиты могут изменить количество солнечного света, поступающего между зимой и летом, примерно на 10 процентов или около того и могут быть ответственны за начало или окончание ледникового периода.

Теплая рука человека
НАИБОЛЕЕ ИНТЕРЕСНЫМ и озадачивающим является открытие, что между 600 000 и 800 000 лет назад доминирующий цикл переключился с периодов в 40 000 лет на интервалы в 100 000 лет с очень большими колебаниями.Последняя крупная фаза оледенения закончилась около 10 000 лет назад. На своем пике 20 000 лет назад ледяные щиты толщиной около двух километров покрывали большую часть Северной Европы и Северной Америки. Ледники расширились на высокие плато и горы по всему миру. На суше скопилось достаточно льда, чтобы уровень моря упал более чем на 100 метров ниже нынешнего. Массивные ледяные щиты очистили землю и изменили экологический облик Земли, которая в среднем была на пять градусов холоднее, чем сейчас.

Точные причины увеличения интервалов между теплым и холодным периодами еще не выяснены. Извержения вулканов могли сыграть значительную роль, о чем свидетельствует эффект Эль-Чичон в Мексике и горы Пинатубо на Филиппинах. Тектонические события, такие как развитие Гималаев, возможно, повлияли на мировой климат. Даже воздействие комет может повлиять на краткосрочные климатические тенденции с катастрофическими последствиями для жизни [см. «Что вызвало массовое вымирание? Внеземное воздействие» Уолтера Альвареса и Фрэнка Асаро; и «Что вызвало массовое вымирание? Извержение вулкана» Винсента Э.Куртильо; Scientific American , октябрь 1990 г.]. Примечательно, что, несмотря на сильные эпизодические возмущения, климат был достаточно буферным, чтобы поддерживать жизнь в течение 3,5 миллиардов лет.

Одно из самых важных открытий в области климата за последние 30 лет было сделано в ледяных кернах Гренландии и Антарктиды. Когда на эти замерзшие континенты падает снег, воздух между снежинками собирается в виде пузырьков. Снег постепенно сжимается в лед вместе с захваченными газами.Некоторые из этих записей могут иметь возраст более 500 000 лет; ученые могут анализировать химический состав льда и пузырьков на участках льда, лежащих на глубине до 3600 метров (2,2 мили) от поверхности.

Ледяные бурильщики определили, что воздух, которым дышали древние египтяне и индейцы анасази, был очень похож на тот, который мы вдыхаем сегодня, за исключением множества загрязнителей воздуха, внесенных за последние 100 или 200 лет. Основными из этих добавленных газов или загрязнителей являются дополнительный диоксид углерода и метан.Примерно с 1860 года, когда началась промышленная революция, уровни углекислого газа в атмосфере увеличились более чем на 30 процентов в результате индустриализации и обезлесения; Уровни метана увеличились более чем вдвое из-за сельского хозяйства, землепользования и производства энергии. Способность повышенного количества этих газов улавливать тепло — вот что вызывает опасения по поводу изменения климата в 21 веке [см. «Изменяющийся климат» Стивена Х. Шнайдера; Scientific American , сентябрь 1989 г.].

Ледяные керны показали, что устойчивые естественные темпы изменения температуры во всем мире обычно составляют около одного градуса Цельсия за тысячелетие. Эти сдвиги все еще достаточно значительны, чтобы радикально изменить место обитания видов и потенциально способствовать исчезновению такой харизматической мегафауны, как мамонты и саблезубые тигры. Но самая необычная история с ледяными кернами — это не относительная стабильность климата за последние 10 000 лет. Похоже, что в разгар последнего ледникового периода 20 000 лет назад в воздухе было на 50 процентов меньше углекислого газа и вдвое меньше метана, чем в нашу эпоху, голоцен.Это открытие предполагает положительную обратную связь между углекислым газом, метаном и климатическими изменениями.

Рассуждения, подтверждающие идею этой дестабилизирующей системы обратной связи, заключаются в следующем. Когда мир был холоднее, концентрация парниковых газов была меньше, и поэтому удерживалось меньше тепла. По мере того, как Земля нагревается, уровни углекислого газа и метана увеличиваются, ускоряя потепление. Если бы жизнь приложила руку к этой истории, она должна была бы управлять климатическими изменениями, а не противодействовать им.Кажется все более вероятным, что, когда люди стали частью этого цикла, они тоже помогли ускорить потепление. Такое потепление особенно заметно с середины 1800-х годов из-за выбросов парниковых газов в результате индустриализации, изменений в землепользовании и других явлений. Однако снова остается неуверенность.

Тем не менее, большинство ученых согласятся, что жизнь вполне может быть основным фактором положительной обратной связи между изменением климата и парниковыми газами. В конце 20 века наблюдался быстрый рост средней глобальной приземной температуры [ см. Иллюстрацию на противоположной странице ].Действительно, период с 1980-х годов был самым теплым за последние 2000 лет. Девятнадцать из 20 самых теплых лет за всю историю наблюдений приходились на период с 1980 года, а 12 самых теплых лет приходились на период с 1990 года. Рекордным за все время годом был 1998 год, а 2002 и 2003 годы оказались на втором и третьем местах, соответственно. Есть веские основания полагать, что десятилетие 1990-х было бы еще жарче, если бы не извергалась гора Пинатубо: этот вулкан выбросил достаточно пыли в верхние слои атмосферы, чтобы заблокировать часть падающего солнечного света, вызвав глобальное похолодание на несколько десятых градуса на несколько десятков градусов. годы.

Могло ли потепление последних 140 лет происходить естественным путем? С все возрастающей уверенностью ответ — нет.

В рамке справа показано замечательное исследование, в котором была предпринята попытка отодвинуть рекорд температуры Северного полушария назад на целую 1000 лет. Климатолог Майкл Манн из Университета Вирджинии и его коллеги выполнили сложный статистический анализ с участием около 112 различных факторов, связанных с температурой, включая годичные кольца, протяженность горных ледников, изменения коралловых рифов, активность солнечных пятен и вулканизм.

Полученная в результате запись температуры является реконструкцией того, что могло бы быть получено, если бы были доступны измерения на основе термометра. (Фактические измерения температуры используются для лет после 1860 г.) Как показывает доверительный интервал, каждый год этой 1000-летней реконструкции температуры содержит значительную неопределенность. Но общая тенденция ясна: постепенное снижение температуры в течение первых 900 лет, за которым следует резкий подъем температуры в 20 веке. Этот график свидетельствует о том, что десятилетие 1990-х годов было не только самым теплым за столетие, но и за все прошедшее тысячелетие.

Изучая переход от атмосферы с высоким содержанием углекислого газа и низким содержанием кислорода в архее к эпохе большого эволюционного прогресса около полмиллиарда лет назад, становится ясно, что жизнь могла быть фактором стабилизации климата. В другом примере — во время ледниковых периодов и межледниковых циклов — жизнь, кажется, выполняет противоположную функцию: ускоряет изменения, а не уменьшает их. Это наблюдение привело одного из нас (Шнайдер) к утверждению, что климат и жизнь развивались вместе, а не жизнь, служащая исключительно негативной обратной связью с климатом.

Если мы, люди, считаем себя частью жизни, то есть частью естественной системы, то можно утверждать, что наше коллективное воздействие на Землю означает, что мы можем играть значительную коэволюционную роль в будущем планеты. Текущие тенденции роста населения, требования к повышению уровня жизни и использование технологий и организаций для достижения этих ориентированных на рост целей — все это способствует загрязнению. Когда цена за загрязнение невысока, а атмосфера используется как свободная канализация, может накапливаться углекислый газ, метан, хлороуглероды, оксиды азота, оксиды серы и другие токсины.

Впереди кардинальные изменения
В СВОЕМ ДОКЛАДЕ Climate Change 2001 эксперты по климату из Межправительственной группы экспертов по изменению климата подсчитали, что к 2100 году температура в мире будет составлять от 1,4 до 5,8 градусов Цельсия. Мягкий конец этого диапазона — скорость потепления 1,4 градуса Цельсия на 100 человек. лет — все еще в 14 раз быстрее, чем один градус Цельсия за 1000 лет, что исторически было средней скоростью естественных изменений в глобальном масштабе. Если произойдет верхний предел диапазона, то мы сможем увидеть темпы климатических изменений почти в 60 раз быстрее, чем естественные средние условия, что может привести к изменениям, которые многие сочтут опасными.Такие изменения почти наверняка вынудят многие виды попытаться сместить свои ареалы, как они это сделали во время ледникового периода / межледникового перехода между 10 000 и 15 000 лет назад. Мало того, что виды должны были бы реагировать на климатические изменения со скоростью в 14-60 раз быстрее, но и немногие из них могли бы иметь беспрепятственные открытые маршруты миграции, как это было в конце ледникового периода и в начале межледниковой эры. Негативные последствия этого значительного потепления — для здоровья, сельского хозяйства, прибрежной географии и объектов наследия, и так далее, — также могут быть серьезными.

Чтобы сделать критические прогнозы будущих климатических изменений, необходимых для понимания судьбы экосистем на Земле, мы должны рыть землю, море и лед, чтобы извлечь как можно больше из геологических, палеоклиматических и палеоэкологических данных. Эти записи обеспечивают основу для калибровки грубых инструментов, которые мы должны использовать, чтобы заглянуть в темное экологическое будущее, будущее, на которое мы все в большей степени влияем.

АВТОРЫ
CLAUDE J. ALLGRE and STEPHEN H.SCHNEIDER изучает различные аспекты геологической истории Земли и ее климата. Альгре — профессор Парижского университета и руководит отделом геохимии Парижского геофизического института. Он является иностранным членом Национальной академии наук. Шнайдер — профессор кафедры биологических наук Стэнфордского университета и содиректор Центра экологических наук и политики. В 1992 году он был удостоен стипендии Макартура, а в 2002 году был избран членом Национальной академии наук.

Эволюция Земли: континентальная кора как исторический рекорд

Скалы рассказывают историю Земли

Континентальная кора содержит исторические записи нашей планеты. Его самым древним скалам четыре миллиарда лет, а самые молодые формируются до сих пор. Части континентальной коры могут быть старше четырех миллиардов лет, но если это так, они не обнажены или не обнаружены на поверхности Земли.Скалы земной коры передают историю того, как планета трансформировалась между периодом вскоре после ее образования и тем, как мы ее видим сегодня.

Как образовалась Земля?

Солнце и его семейство планет образовалось в результате конденсации облака пыли и газа 4,6 миллиарда лет назад. Через несколько сотен миллионов лет после того, как Земля сформировалась, образовалась внешняя кора. Но эти поверхностные породы больше не доступны для изучения: они исчезли в недрах нашей динамичной планеты.Наши единственные ключи к разгадке того, как образовалась Земля, — это метеориты и Луна, потому что оба они образовались одновременно с планетами.

Из чего сделана Земля?

Большая часть нашей планеты состоит из кислорода, железа, кремния и магния. Поскольку Земля образовалась относительно близко к Солнцу из совокупности более мелких твердых тел, это скалистая твердая планета, атмосфера которой сформировалась позже. Более удаленные, гигантские газовые планеты, от Юпитера до Нептуна, образовались преимущественно из более легких и летучих элементов, таких как водород и гелий.

Когда Земля начала расти, примерно 4,56 миллиарда лет назад, тяжелое железо опустилось к центру, а более легкие силикаты поднялись на поверхность.Тепло, образовавшееся от ударов других тел, поддерживало раннюю Землю в расплавленном состоянии. Фактически, весь внешний слой планеты мог быть жидким, идея возникла в результате изучения Луны. Считается, что скалы лунного нагорья затвердели из аналогичного океана расплавленных горных пород или магмы. В отличие от Земли Луна геологически неактивна; таким образом, холодная твердая кора его магматического океана все еще существует.
© AMNH

Большая часть нашей планеты состоит из кислорода, железа, кремния и магния.Поскольку Земля образовалась относительно близко к Солнцу из совокупности более мелких твердых тел, это скалистая твердая планета, атмосфера которой сформировалась позже. Более удаленные, гигантские газовые планеты, от Юпитера до Нептуна, образовались преимущественно из более легких и летучих элементов, таких как водород и гелий.
© AMNH

Ранняя Земля | Науки о Земле

Представьте, что у вас есть фильм, показывающий историю Земли от ее зарождения до наших дней — как если бы гигантская камера в космосе сделала снимки Земли за последние 4 ¹ ⁄ ₂ миллиардов лет.Как, по вашему мнению, Земля будет выглядеть в этом фильме в разные исторические периоды? Как вы думаете, как это изменилось?

Если вы перемотаете фильм вперед, вы увидите много действий и много изменений! Вы увидите, что наша планета претерпела значительные изменения за миллиарды лет (рис. 12.3). Образовались огромные горы, которые были разрушены и заменены новыми горами. Океаны открылись и перемещались по земному шару. Континенты перемещались, отделялись друг от друга и сталкивались друг с другом, пока, наконец, не достигли своего нынешнего местоположения.Жизнь на Земле также сильно изменилась. Сначала Земля даже не могла поддерживать жизнь. В атмосфере не было кислорода, а поверхность Земли была чрезвычайно горячей. Постепенно, за миллионы лет, Земля изменилась, и растения и животные смогли начать расти. Затем живые существа еще больше изменили Землю.

Рисунок 12.3 : Земля из космоса. Земля сегодня выглядит совсем иначе, чем когда она впервые сформировалась более 4 миллиардов лет назад.

Нам часто нравится использовать свое воображение, чтобы подумать о том, какой была Земля, когда вокруг бродили динозавры (рис.4). Какие образы приходят вам в голову, когда вы думаете о динозаврах? А теперь представьте, что на Земле еще не было динозавров. Представьте себе время до того, как на Земле появилось какое-либо живое существо. Какие образы сейчас приходят в голову? Как вы думаете, как выглядела Земля, когда она впервые сформировалась? Этот урок поможет вам понять, как образовалась Земля, как она выглядела в первые годы своего существования и как впервые появилась жизнь на Земле.

Рис. 12.4 : Земля и ее основные формы жизни менялись на протяжении долгой истории Земли.

Оценка предшествующих знаний

Следующие вопросы рассматриваются в других главах и помогут вам проработать этот урок. Изучите их, прежде чем двигаться дальше.

• Что такое химические элементы?
• Какие условия необходимы растениям и животным для жизни?
• Что такое атмосфера и из чего она сделана?
• Как выветривание и эрозия влияют на Землю?

Образование Земли и нашей Солнечной системы

Мы можем построить историю формирования нашей солнечной системы, глядя на регионы, где сейчас формируются другие звезды.Звездообразование начинается, когда гигантское облако газа и пыли коллапсирует под действием собственной силы тяжести. Когда облако сжимается, оно начинает вращаться быстрее и превращается в дискообразную структуру. Мы видим эти дискообразные объекты (называемые проплидами) в туманности Ориона (рис. 12.13), где сегодня формируются новые звезды. Большая часть пылевого материала диска стекает к центру, где плотность постепенно увеличивается, пока огромное центральное давление не вызовет реакции ядерного синтеза, и звезда не родится.

Рисунок 12.5 : Туманность Ориона.

Однако относительно небольшая часть материала диска остается в виде покрытых льдом пылинок. Ледяная оболочка зерен начинает слипаться и в конечном итоге превращается в скалистые валуны метрового размера, называемые планетезималиями. Планетезимали сталкиваются и срастаются в более крупные тела диаметром в десятки километров, называемые протопланетами. Как только протопланеты преодолевают разрыв в диске, они становятся настоящими планетами, и их орбиты начинают стабилизироваться (рис.12.6).

Рис. 12.6 : Художественное изображение молодой звезды, все еще окруженной протопланетным диском, в котором формируются планеты.

Процесс формирования планет запутан. Не все планетезимали аккрецированы на планеты. Миллионы планетезималей остаются остатками космического мусора и теперь представляют собой астероиды и покрытые льдом кометы в нашей Солнечной системе. В первые сто миллионов лет после образования Солнца столкновения оставшихся планетезималей с планетами были обычным явлением.Мы видим доказательства сильной бомбардировки планетезималей на поверхности Луны и Меркурия (рис. 12.7 и рис. 12.8).

Рис. 12.7 : Поверхность Луны изрезана столкновениями с обломками диаметром от метров до километров. Большинство планетезималей превратились в планеты или луны, но некоторые из этих объектов остались в нашей Солнечной системе в виде метеоров, астероидов и комет.

Рис. 12.8 : На поверхности Меркурия видны похожие кратеры от столкновений.Большинство планетезималей превратились в планеты или луны, но некоторые из этих объектов остались в нашей Солнечной системе в виде метеоров, астероидов и комет.

Такие же типы столкновений произошли бы на поверхности Земли, однако эрозионные процессы стерли все, кроме самого последнего из этих столкновений. На рисунке 12.9 изображен Метеоритный кратер в Аризоне.

Рис. 12.9 : Метеоритный кратер в Аризоне образовался около 40 000 лет назад в результате падения метеорита диаметром около 50 метров.Такие столкновения сегодня редки.

Примерно через 100 миллионов лет после образования Солнца гравитация планет и лун в нашей солнечной системе захватила большую часть планетезималей. Однако миллионы этих объектов все еще остаются на гравитационно-устойчивых орбитах в главном поясе астероидов Солнечной системы, в поясе троянских астероидов или за пределами Нептуна и Плутона в поясе Койпера. На рисунке ниже показано расположение самого большого резервуара астероидов в нашей Солнечной системе на сегодняшний день (Рисунок 12.10).

Рисунок 12.10 : На этом эскизе показан самый большой резервуар астероидов в нашей Солнечной системе на сегодняшний день.

Земля — ​​единственный объект в нашей солнечной системе, который, как известно, поддерживает жизнь (рис. 12.11). Сегодня на Земле насчитывается более 1 миллиона известных видов растений и животных.

Рис. 12.11 : Земля образовалась в то же время, что и другие планеты нашей Солнечной системы, около 4 ¹ ⁄ ₂ миллиардов лет назад.

Материалы, которые собрались вместе, чтобы сформировать Землю, состояли из нескольких различных химических элементов.Каждый элемент имеет различную плотность , определяемую как масса на объем. Плотность описывает, насколько тяжелый объект по сравнению с тем, сколько места он занимает. После раннего формирования Земли более плотные элементы опустились к центру. Более легкие элементы поднялись на поверхность. Вы, наверное, видели что-то подобное, если когда-либо смешивали масло и воду в бутылке. Вода плотнее масла. Если вы поместите и то, и другое в бутылку, встряхните ее, а затем оставьте на некоторое время, вода осядет на дно, а масло поднимется над водой.

Сегодня Земля состоит из слоев разной плотности (рис. 12.12). Центр Земли называется ее ядром. Сердечник состоит из очень плотных металлических элементов, называемых железом и никелем. Самый внешний слой Земли — это ее кора. Кора состоит в основном из легких элементов, таких как кремний, кислород и алюминий. Более подробная информация о различных слоях Земли представлена ​​в уроке по тектонике плит.

Рисунок 12.12 : Земля состоит из нескольких слоев разной плотности.Центр Земли — это самое плотное ядро. Самый внешний слой — корка, наименее плотная. Средние слои составляют мантию.

Формирование атмосферы Земли

Ранняя Земля сильно отличалась от нашей сегодняшней. Ранняя Земля испытывала частые удары астероидов и метеоритов и гораздо более частые извержения вулканов. В течение первого миллиарда лет на Земле не было жизни, потому что атмосфера не подходила для жизни.В первой атмосфере Земли было водяного пара , но почти не было кислорода. Позже из-за частых извержений вулканов в воздух попадает несколько разных газов (рис. 12.13). Эти газы создали для Земли новый тип атмосферы. В результате извержений вулканов в атмосферу были выброшены такие газы, как азот, углекислый газ, водород и водяной пар, но без свободного кислорода. Без кислорода на Земле было очень мало того, что могло бы жить.

Рис. 12.13 : извержения вулканов происходили почти постоянно на ранней Земле.В результате извержений в воздух попадает водяной пар, углекислый газ и другие газы, которые помогли создать раннюю атмосферу Земли.

Постепенно два процесса изменили атмосферу Земли на более богатую кислородом, как та, что есть сегодня. Во-первых, излучение Солнца вызвало расщепление молекул водяного пара. Помните, что молекула воды состоит из элементов водорода и кислорода, или h3O. Излучение Солнца расщепляет некоторые молекулы воды на водород и кислород.Водород улетел обратно в космос. Кислород накапливается в атмосфере. Вторым процессом, изменившим раннюю атмосферу Земли, был фотосинтез (рис. 12.14). Около 2,4 миллиарда лет назад на ранней Земле появился тип организмов, называемый цианобактериями, и начал осуществлять фотосинтез. Фотосинтез использует углекислый газ и энергию Солнца для производства сахара и кислорода. Цианобактерии были очень простыми организмами, но сыграли важную роль в изменении ранней атмосферы Земли.Они осуществили фотосинтез, чтобы получить материалы, необходимые для роста. При этом они выделяли в атмосферу кислород.

Рис. 12.14 : Бактерии, способные к фотосинтезу, впервые появились на Земле около 2,4 миллиарда лет назад. Фотосинтез требует солнечного света, углекислого газа и воды и производит сахар и кислород. Фотосинтез внес кислород в раннюю атмосферу Земли и помог изменить ее с богатой углекислым газом на богатую кислородом.

Кислород в атмосфере важен для жизни по двум основным причинам.Во-первых, кислород составляет озоновый слой. Озоновый слой находится в верхней части атмосферы и состоит из молекул O ₃ — особого типа молекулы кислорода. Он блокирует вредное излучение от солнца и не дает ему достичь поверхности Земли. Без озонового слоя интенсивное солнечное излучение достигло ранней поверхности Земли, что сделало жизнь практически невозможной. Во-вторых, кислород в атмосфере необходим животным, в том числе человеку, для дыхания. В ранней атмосфере Земли ни одно животное не могло бы дышать.Однако, вероятно, в то время на Земле, вероятно, было несколько типов бактерий. Они были бы анаэробными, что означало, что им не требовался кислород для жизни.

Очень простые клетки жили на Земле в течение первых нескольких миллиардов лет истории Земли. Некоторые из самых старых окаменелостей более сложных организмов датируются примерно 2 миллиардами лет назад. Они водятся в Австралии.

Помимо изменений в жизни и атмосфере, с момента образования Земли произошли и другие изменения.Ранние извержения вулканов на Земле выпустили большое количество водяного пара в атмосферу. Водяной пар медленно конденсировался и возвращался на поверхность Земли в виде дождя. Так образовались океаны. Вода начала циркулировать на Земле, и такие события, как осадки и штормы, затем начали изменять поверхность Земли из-за выветривания и эрозии. В главе «Пресная вода на Земле» более подробно рассказывается о круговороте воды на Земле.

Континенты находились в совсем других местах, чем сейчас.Ученые не знают, как выглядела Земля после первого образования планеты. Они действительно знают, что Северная Америка и Гренландия около 1,8 миллиарда лет назад образовали один гигантский участок суши под названием Лаврентия. Примерно 1 миллиард лет назад Антарктида могла быть близко к экватору, хотя сейчас она находится на Южном полюсе Земли. Сегодня континенты Земли продолжают медленно перемещаться по земному шару.

Краткое содержание урока

• Земля образовалась более 4 миллиардов лет назад вместе с другими планетами нашей солнечной системы.
• Ранняя Земля не имела озонового слоя и, вероятно, была очень горячей. На ранней Земле также не было свободного кислорода.
• Без кислородной атмосферы на ранней Земле мало что могло бы жить. Анаэробные бактерии, вероятно, были первыми живыми существами на Земле.
• Ранняя Земля не имела океанов и часто подвергалась ударам метеоритов и астероидов. Также были частые извержения вулканов. Вулканические извержения выпустили водяной пар, который в конечном итоге остыл, образуя океаны.
• Атмосфера постепенно становилась более богатой кислородом, поскольку солнечное излучение расщепляло молекулы воды, и цианобактерии начали процесс фотосинтеза.В конце концов атмосфера стала такой же, как сегодня, и богата кислородом.
• Первые сложные организмы на Земле появились около 2 миллиардов лет назад.

Обзорные вопросы

1. Опишите, как разные слои Земли различаются по плотности. Когда материалы, из которых состоит Земля, разделились по плотности?
2. Объясните две причины, почему наличие богатой кислородом атмосферы важно для жизни на Земле.
3. Ученые считают, что озоновый слой Земли сокращается из-за деятельности человека и загрязнения воздуха.Как это может повлиять на формы жизни на Земле?
4. Опишите роль цианобактерий в изменении ранней атмосферы Земли.
5. Перечислите три отличия Земли сегодня от того, когда она была сформирована.
6. Предположим, что Земля была намного холоднее, когда только образовалась. Чем бы интерьер Земли отличался от сегодняшнего?

Словарь

атмосфера

Смесь газов, которая окружает Землю и содержит воздух, которым мы дышим.

конденсированное

Охлажденная и переведенная с водяного пара на жидкую воду.