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 — РИА Новости, 21.02.2020

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

копенгагенский университет

космос — риа наука

земля — риа наука

космос

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

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

https://cdnn21.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

1

5

4.7

96

internet-group@rian. ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

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

2020

РИА Новости

1

5

4.7

96

[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

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

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

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/153372/55/1533725536_112:0:1889:1333_1920x0_80_0_0_cad9d16705cdaa334188794363a504e0.jpg

1920

1920

true

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

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

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

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

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

Наука, Копенгагенский университет, Космос — РИА Наука, Земля — РИА Наука, Космос

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.

Ученые нашли на Земле звездную пыль древнее Солнца

13 января 2020, 23:00

«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».

Ученые обнаружили в метеорите частицы протопланетного льда

22 ноября 2019, 18:14

Как образовалась планета Земля? Дата, этапы, особенности

Сотни миллионов лет силы притяжения сжимали «строительный материал» Земли — третьей по удаленности от Солнца планеты, которая появилась 4,6 млрд лет назад. Ее формирование не окончено и по сей день. До сих пор недра планеты и ее тонкая кора находятся в постоянном движении, изменяя очертания материков, рельеф и климат.

Газопылевой диск, похожий на тот, благодаря которому сформировалась наша планета

Рождение Земли и ее структура (4,6 млрд лет назад)

Туманность, из которой появилась Земля, представляла собой обломки звезд более ранних поколений. Она состояла из микроскопических частиц льда, железа и других веществ, собранных в более охлажденных слоях звезд и выброшенных в космос. Силы притяжения сталкивали эти частицы газового диска и склеивали их между собой. Такое явление называется аккрецией.

История нашей планеты записана в горных породах, но даже самые древние из них насчитывают только 3,7 млрд лет, поэтому о более ранних событиях земной эволюции можно судить лишь на основании косвенных данных и построенных на их основе гипотез.

На следующем этапе формирования планеты мелкие частицы соединялись в крупные (размером до километра) — «строительные блоки», называемые планетезималями, которые сталкивались, то разрушаясь, то, наоборот, соединяясь вместе. Таким образом постепенно 5–4,6 млрд лет назад возникло ядро — центр-зародыш будущей планеты Земля.

Наиболее крупные из таких зародышей стали конкурировать между собой за планетезимали, которые оставались свободными. Это происходило на протяжении 1–10 млн лет. Зародыши планет внутренней части Солнечной системы захватывали газовые облака и сливались друг с другом. Процесс образования каждой планеты оказался уникальным, этим и объясняется их разнообразие.

Некоторые планетезимали после столкновений между собой, подобно астероидам, стали основой будущих планет

Современная наука считает, что Земля сформировалась за 300–400 млн лет. Этот процесс был достаточно бурным, его сопровождали столкновения с астероидами и падения метеоритов.

Как в гигантской центрифуге, более плотные вещества опускались к центру планеты, в то время как легкие всплывали на поверхность. Эволюция Земли продолжалась и после ее рождения. Два вида энергии: та, которая образовывалась при склеивании частиц, та, что высвобождалась в результате ядерных реакций, разогревали недра юной планеты. В результате этого стало интенсивно формироваться ядро и внутренние оболочки Земли.

Внутренние слои планеты были настолько раскалены, что на глубине всего в несколько десятков километров лежал пласт расплавленных горных пород. С момента формирования Земли вещество и энергия недр, поверхности и атмосферы находились в состоянии постоянного взаимного обмена. Тем самым были созданы условия для зарождения будущей жизни.

Начальный этап жизни юной планеты после ее рождения принято называть догеологическим. Этот период длился 0,9 млрд лет, он пока еще недостаточно изучен и скрывает множество загадок. В то время появлялось множество вулканов, которые выбрасывали газы и водяные пары.

Принято считать, что в догеологический период сформировались важнейшие оболочки, которые современная наука выделяет в структуре Земли, — ядро, мантия и земная кора. Такое расслоение было вызвано мощной метеоритной бомбардировкой планеты и последующим плавлением некоторых ее частей.

Существует две гипотезы того, как появилось земное ядро. Согласно первой изначально однородное вещество, из которого состояла Земля, разделилось на тяжелый центр, куда «стекало» расплавленное железо, и более легкую мантию, состоящую из силикатов. Образование ядра, которое и по сей день остается жидким, происходило по мере того, как капли металла и другие тяжелые химические соединения как бы просачивались к сердцу планеты. Место опускающихся тяжелых соединений занимали более легкие шлаки — они поднимались к поверхности Земли. Из них состоит современная кора планеты и внешняя часть мантии. Это предположение не дает убедительного объяснения тому, как расплавленный железно-никелевый сплав мог «просочиться» более чем на тысячу километров вглубь земного шара и достичь его центра.

Сторонники второй гипотезы считают, что железное ядро Земли — это остатки железных метеоритов, с которыми сталкивалась планета вскоре после своего рождения. Потом их покрыл слой каменных (силикатных) метеоритов, из которого образовалась мантия. Уязвимое место этой гипотезы в том, что для такого хода событий железные и каменные метеориты должны были существовать раздельно и падать на Землю в строгой очередности. В то же время исследования показывают, что те из них, которые имеют железную структуру, могут появиться только в результате разрушения уже сформированной планеты. Таким образом, они не могут быть младше других планет Солнечной системы. Так как обе гипотезы не вполне убедительны, остается признать, что точным знанием о возникновении ядра Земли люди пока не обладают.

Плотное внутреннее ядро Земли очень важно для всего живого. Благодаря ему масса планеты достаточно велика, чтобы удерживать в своем гравитационном поле атмосферные газы, водяные пары, без которых не было бы гидросферы, и другие земные слои. Если бы Земля лишилась своего ядра, то мы остались бы и без воды, и без воздуха.

Как же устроено земное ядро, которое, очевидно, возникло в самом начале жизни планеты? В нем есть внешние и внутренние оболочки. Считается, что внешний слой лежит на глубине в 2900–5100 км от поверхности Земли и по своим физическим свойствам характеризуется почти как жидкость. Он состоит из потоков расплавленного железа и никеля и является прекрасным проводником электрического тока. Именно этому слою мы обязаны существованием магнитного поля нашей планеты, которое создается по законам электромагнитной индукции постоянно движущимся проводником тока.

Структура Земли

Промежуток в 1270 км от внешнего слоя до центра земного шара занимает внутреннее ядро, состоящее на 4/5 из железа и на 1/5 из диоксида кремния. Оно обладает очень высокой температурой и большой плотностью. Внешнее ядро связано с земной мантией, тогда как внутреннее существует само по себе. Высокие температуры сочетаются в последнем с огромным давлением (до 3 млн атмосфер), поэтому его вещество остается твердым. Предполагают, что даже легчайший из земных газов — водород — в таких условиях существует в твердой фазе.

Происхождение земного ядра и внутренняя структура нашей планеты продолжают быть научными загадками. Очень многое остается непознанным по сей день. Пока большинство ученых сходятся во мнении, что формирование центральной оболочки началось одновременно с рождением самой Земли.

Ядро покрывает мантия. Ее пластическое (полурасплавленное, нетвердое) вещество заполняет толщу пространства на глубину 2900 км от земной коры к центру планеты. Масса мантии составляет примерно 67% от общей массы планеты. Считается, что этот слой неустойчив за счет своего пластического состояния и находится в постоянном движении. В наиболее глубоких слоях мантии, где давление выше, его состояние переходит в твердое. Внешняя оболочка Земли — кора — имеет толщину от нескольких километров под дном океанов до нескольких десятков километров под материками.

В самом начале истории нашей планеты земная кора была относительно тонкая и представляла собой застывший слой расплавленного базальта. На сегодняшний день в ней различают три слоя: осадочный — у самой поверхности, гранитный и самый глубокий — базальтовый. Первые два хорошо изучены геологами, а вот третий пока никто не видел. На континентах базальтовый слой не выходит на поверхность, а из-за нахождения на большой глубине он недоступен даже для самых современных буровых скважин.

Однако мы все равно знаем о нем кое-что благодаря новейшим сейсмическим методам. Во время землетрясений на глубине 10–700 км возникают волны, которые называют сейсмическими. Как у всякой волны, их скорость тем выше, чем плотнее та среда, в которой они распространяются (например, звуковые волны распространяются в воде в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе). Анализируя скорость сейсмических волн, можно судить о плотности вещества на разных уровнях в земной коре.

С помощью такого метода была построена карта глубины нашей планеты и доказано, что скорость сейсмических волн в самом нижнем слое земной коры близка к той, которая развивается в базальтовом. Еще одно косвенное подтверждение существования этого третьего загадочного слоя — повсеместное распространение на Земле базальтовых лав. Современные поля, состоящие из этого вещества, на поверхности планеты — след древних вулканических извержений. По глубоким разломам расплавленный базальт поднимался из земных недр, выплескивался на поверхность и застывал.

Сейсмические волны помогли установить существование базальтового слоя

Как же возник базальтовый слой земной коры? В самом начале жизни нашей планеты, примерно 4–4,5 млрд лет назад, Земля была сильно раскалена. В верхней части мантии давление было немного ниже, поэтому там был возможен переход части веществ из твердого состояния в жидкое. Образовывалась магма, близкая по составу к базальту. Она медленно двигалась вверх к поверхности Земли. Извергаясь, магма остывала и отвердевала. Так постепенно складывалась кора из базальтов.

Говоря о строении Земли, нам часто придется пользоваться термином «горные породы». Считается, что впервые так назвал разные группы минералов русский ученый Василий Михайлович Севергин в конце XVIII в. В те времена изучение камней было частью горного дела, поэтому использовалось слово «горные», хотя камни, разумеется, существуют не только в горах.

Горные породы делятся на три основных типа: магматические, осадочные и метаморфические. Происхождение первого типа нам уже понятно: эти породы образованы застывшей магмой. Они имеют ярко выраженное кристаллическое строение, при этом чем медленнее остывала вулканическая лава, тем крупнее получались кристаллы. К таким породам относятся, например, граниты и базальты.

Осадочные породы возникают из обломков кристаллических минералов, их так и называют — обломочные (песок, речная галька или мельчайшие частицы, которые образуют глину), а также из останков живых организмов — тогда они называются органическими (это и каменный уголь, и известняк, в котором видны осколки морских ракушек, и, конечно же, нефть). Когда минералы подвергаются глубоким физическим и химическим изменениям (метаморфозам) под действием высоких температур и давления, получаются метаморфические породы.

Метаморфизму могут подвергаться как магматические, так и осадочные породы. К первым относятся многие сланцы, а ко вторым — хорошо известный мрамор, который возник в результате глубоких преобразований известняка.

Одной из самых распространенных в земной коре пород считаются метаморфические гнейсы.

Формирование поверхности древней Земли и возникновение Луны (4,6–4 млрд лет назад)

На начальном этапе формирования Земли (около 4,6–4 млрд лет назад) расслоение внутренней материи земного шара сопровождалось интенсивной метеоритной бомбардировкой поверхности планеты. Метеориты падали на Землю и образовывали кратеры. Огромная энергия ударов, подчиняясь закону ее сохранения, переходила в тепло: холодные (около абсолютного нуля!) метеориты разогревали земную поверхность и недра планеты. Одновременно с метеоритным подогревом шло постоянное извержение огромного количества вулканов. Пары и газы выходили наружу из глубин планеты.

Процесс извержения вулкана

Из раскаленных недр вырывалась расплавленная магма, которая покрывала огромные пространства юной планеты и образовывала базальтовые поля — в то время земная поверхность была похожа на лунную.

Шаг за шагом внутренняя структура Земли приближалась к современной научной модели. Формировались ядро, мантия и кора, которая еще многократно изменялась, прежде чем приняла знакомые нам очертания.

Луна превосходит любой другой спутник в Солнечной системе по соотношению собственного размера к такой же характеристике Земли. В этом заключатся непохожесть Луны на другие планеты-спутники. Ее загадку долго пыталась разгадать современная наука. Наиболее убедительной считается гипотеза, согласно которой Луна появилась после мощного столкновения небесных тел. О подробностях этой космической катастрофы и ее влиянии на историю Земли мы поговорим позже.

Луна не похожа на нашу планету: на ее поверхности нет воды, не существует лунной атмосферы, в ее составе мало железа, а также летучих соединений. Однако соотношение изотопов кислорода у этих планет почти одинаково. Этот важный показатель еще называют кислородной подписью. Такие данные позволяют выдвинуть гипотезу о том, что и Земля, и Луна сформировались из одних и тех же планетезималей («строительных блоков») на одинаковом расстоянии от Солнца.

Присутствием огромного спутника объясняются многие явления на нашей планете. Луна находится по космическим меркам не очень далеко от нас, поэтому ее притяжение хорошо ощущается на Земле. Оно вызывает приливы и отливы не только в океанах, но и в закрытых водоемах земной коры.

Лунное притяжение вызывает волны, которые пробегают по земной поверхности и вытягивают ее примерно на 50 см в сторону планеты-спутника.

Великая космическая катастрофа и метеоритные бомбардировки

Ученые Дональд Дэвис и Уильям Хартманн объясняли появление Луны с помощью гипотезы космической катастрофы. Суть ее в том, что протоземля в некоторый момент столкнулась с другой древней планетой, размер которой был, как у современного Марса. Этой гипотетической планете дали имя Тея — так греки называли мать богов солнца, зари и луны (Гелиоса, Эос и Селены).

Считается, что Тея появилась 4,6 млрд лет назад одновременно с другими планетами Солнечной системы и тоже вращалась по орбите Земли, но притяжение Солнца и Земли сместили ее, и она врезалась в Землю.

Иллюстрация теории гигантского столкновения

Столкновение произошло на небольшой скорости и почти по касательной — планеты не разрушились и только часть вещества Земли и Теи была выброшена в космос. Эти попавшие на околоземную орбиту обломки и дали начало Луне, которая стала двигаться по земной орбите. Земля же после столкновения увеличила скорость своего вращения (цикл «день-ночь») и наклон его оси.

Компьютерное моделирование подтвердило возможность такого хода событий и указало на то, что Луне после столкновения потребовалась сто лет — лишь миг по космическим меркам, — чтобы стать шаром. Низкое содержание железа в составе спутника нашей планеты объясняется тем, что столкновение произошло уже после формирования земного ядра, которое вобрало в себя большую часть земного железа.

Обломки астероидов, блуждающие в космосе, куски планетезималей, которые так и не стали планетами, — весь этот космический мусор выпадал на поверхности Земли и Луны в виде метеоритов. Предполагают, что в первые 700 млн лет своей жизни наша планета притягивала больше метеоритов, чем ее спутник, из-за своей массы, превосходящей лунную.

Масштабные геологические изменения последующих временных эпох скрыли от нас следы былых космических атак. На поверхности же Луны, а также таких планет, как Марс и Меркурий, остались отметки соударений — кратеры. Они могут быть огромными и напоминать моря размером в тысячи километров или совсем маленькими. Земля в начале своей жизни также подвергалась бомбардировке метеоритами самых разных размеров.

Метеоритная бомбардировка Земли

На поверхность нашей планеты за 100 млн лет упало 3 ´ 1022 кг космических обломков — этого хватило бы, чтобы составить грузовой поезд из 500 000 000 000 000 000 нагруженных вагонов! При падении метеоритов их кинетическая энергия переходила в тепловую. Они разрушались и взрывались, нагревая Землю, выделяя газы и смешивая вещества из своего состава с земными.

Тепло, которое при этом выделялось, частично расплавило оболочку молодой планеты, но последовавшие гигантские извержения вулканов почти полностью уничтожили следы космической бомбардировки.

Более 160 метеоритных кратеров найдено на поверхности Земли. Они сразу возникали группами в зонах метеоритных дождей, которые покрывали десятки квадратных километров земной поверхности. Метеоритный дождь — это падение множества обломков одного крупного метеорита.

При этом вместо одного углубления появляется целое поле из них — серия кратеров, направление которой может указать путь, по которому двигались обломки, оказавшись в атмосфере.

Метеоритный кратер Лейк (Орегон, США)

Кратеры, как правило, имеют округлую форму, они около 100 км в диаметре и обнесены возвышающимся по краям насыпным валом.

Метеориты достигают Земли по сей день. Фрагменты разрушившегося астероида упали из космоса 15 февраля 2013 г. на город Челябинск в России. Всего на территории этого государства существует 16 крупных кратеров, метеоритное происхождение которых доказано. Их помогают выявить снимки, сделанные со спутников.

В 1908 г. на Землю упал Тунгусский метеорит. Взрыв при этом был сравним с эффектом от взрыва очень мощной водородной бомбы (40–50 мегатонн в тротилловом эквиваленте). В радиусе 25–30 км от места падения были повалены деревья, а на значительной части Евразии заметно свечение неба и облаков. Далеко не всегда падение метеоритов выглядит так катастрофично. Большинство из найденных более скромны по размеру.

Метеориты по своему составу делятся на железные, каменные и смешанного типа (железокаменные). Железные метеориты в своем составе всегда имеют металл никель, анализ содержания которого в найденном камне позволяет признать его небесное происхождение.

Метеорит «Палласово железо»

Поверхность метеорита хранит следы его прохождения через земную атмосферу. Обломки космических тел проникают в верхние слои атмосферы с чудовищной скоростью — более 11 км/с! Возникающее при этом трение очень велико — летящее тело разогревается и плавится. Встречный поток воздуха мгновенно срывает размягчившийся слой, и за движущимся метеоритом тянется дымовой след — шлейф мелких капелек расплава. Сопротивление воздуха тормозит разогнавшееся тело, снижая его скорость до скорости свободного падения. При этом последний из расплавленных слоев застывает на поверхности небесного камня в виде тонкой (менее 1 мм) пленки, которую называют корой плавления. Она не отличается по своему составу от самого метеорита, но выделяется своей структурой и видом. Кора плавления почти всех метеоритов черного цвета.

В Российской Академии наук существует специальный комитет, который занимается поиском и изучением метеоритов. За долгое время им собрана одна из лучших в мире коллекций небесных камней — ее начало было положено еще в XVIII в. Метеориты собирают во многих городах России, с ними можно познакомиться в краеведческих и геологических музеях.

Десятки и сотни миллионов лет метеоритные обстрелы не только разогревали недра Земли, но и меняли ее облик. Даже процессы в первичной атмосфере, которые сделали ее наконец пригодной для жизни, могли быть вызваны такими небесными камнями. Когда метеорит на огромной скорости входит в плотные воздушные слои, он раскаляется и начинает гореть, при этом выделяются водяной пар и углекислый газ — обычные для многих реакций горения.

Типичный метеорит, попадая в атмосферу Земли, высвобождает около 12% своей массы в виде водяного пара и около 6% углекислого газа, всего 18% — почти пятую часть. Если вспомнить наш воображаемый гигантский поезд, нагруженный метеоритным веществом, которое выпало на планету вскоре после ее рождения, получится, что масса выделившихся газов поместилась бы в 90 000 000 000 000 000 наполненных вагонов. Такое колоссальное количество новых газов, занесенных метеоритами, изменило первичную атмосферу — она обогатилась веществами, которые впоследствии стали строительными материалами для жизни на Земле.

Одно из лучших мест для сбора и изучения метеоритов — ледяные пустыни Антарктиды. Своих камней там очень мало, поэтому чернеющий на снегу обломок, скорее всего, в буквальном смысле упал с неба. Изучение метеоритов настолько важно для развития наших знаний о космосе, что создаются даже специальные машины-роботы, которые будут способны обследовать антарктические просторы в поисках упавших небесных камней.

Сильно увеличив содержание в атмосфере водяных паров и углекислого газа, метеориты повысили общую влажность земной атмосферы и ее температуру. Второе обстоятельство вызвано присутствием углекислого газа и создаваемого им парникового эффекта — о нем мы еще будем говорить не раз. Часть ученых считает также, что метеоритный обстрел из космоса помог образованию в древнем океане крупных органических молекул. Для подтверждения этой гипотезы группа японских ученых провела интересный эксперимент: с помощью специально сконструированной пушки они воспроизводили древнюю метеоритную бомбардировку, обстреливая океан «метеоритами» типичного для космических тел состава (то есть содержащих железо, никель и углерод). Результаты показали, что в воде после такой бомбежки действительно появился ряд органических молекул, в том числе аминокислоты, жирные кислоты и амины.

Атмосфера и гидросфера Земли — условия существования будущей жизни (4,3–3,8 млрд лет назад)

В начале земной эволюции базальтовый слой земной коры образовывался в недрах планеты и расплавленная магма поднималась вверх по разломам коры. Она содержала газы. При высоких температурах и давлении химические реакции протекали бурно. Их продуктами становились такие привычные нам земные вещества, как азот, водород, монооксид углерода (угарный газ), углекислый газ и вода. Можно сказать, что первичная атмосфера вышла из земных недр.

Первичная атмосфера не была похожа на современную. Древние вулканы выбрасывали облака газов, и атмосфера представляла собой их смесь с парами воды, соляной, борной и плавиковой кислот

Масса Земли к тому времени была уже достаточно большой, чтобы удерживать атмосферные газы за счет сил притяжения.

Однако первичная атмосфера не была похожа на современную.

Древние вулканы выбрасывали облака газов. Более легкие из них (водород и гелий) поднимались вверх, достигая открытого космоса, а тяжелые удерживались земным притяжением у поверхности планеты. Из этих газов 4,3–3,8 млрд лет назад и сложилась первичная атмосфера Земли. Конечно, то, что выдыхали вулканы, сильно отличалось от сегодняшней азотно-кислородной атмосферы. Юная планета была окружена облаками азота, аммиака, углекислого газа, метана, водорода, инертных (благородных) газов, а также парами воды, соляной, борной и плавиковой кислот. Только кислорода в первичной атмосфере почти не было — его содержание в «воздухе» древней планеты составляло менее 0,001% от нынешней концентрации.

В те времена практически весь кислород был связан в различных химических соединениях и не существовал в свободном состоянии. Ядовитая, непригодная для дыхания атмосфера также не обладала и озоновым слоем, который защищает сегодня все живое от космической радиации. Однако постепенно она обогащалась продуктами сгорания метеоритов.

Так планета Земля выглядит из космоса

Современная атмосфера Земли совсем не похожа на древнюю: ее главные составляющие — азот (3/4 объема), кислород (1/5) и благородный газ аргон (около 1/100). В ней существенно меньше углекислого газа и водяных паров, а другие летучие элементы представлены в крайне малых, как говорят химики, следовых количествах.

Медленное охлаждение Земли и формирование первичной атмосферы помогли появиться и водной оболочке планеты — гидросфере. Как мы знаем, в древней атмосфере было очень много водяного пара, который вырывался из недр вместе с расплавленной лавой. Конденсируясь, он выпадал в виде дождей. На земной поверхности собирались потоки воды, они сливались вместе и заполняли углубления. Так возникали древнейшие озера. Поверхность Земли была еще слишком горячей, жидкость закипала, и столбы пара снова поднимались в атмосферу. Такая циркуляция воды помогала остудить поверхность планеты. Со временем озера становились все крупнее, превращаясь в океаны. Новые потоки воды несли в них частицы горных пород, продукты выветривания и растворенные вещества с земной поверхности. Последние представляли собой смесь солей. Таким образом морская вода обретала свой вкус — именно такой, какой мы знаем сегодня.

Мы не должны удивляться тому, что вода на Земле появилась в виде пара вместе с потоками расплавленной магмы, вырывающейся из щелей коры: и в настоящее время количество воды, которая в связанном виде хранится в земной мантии, столь велико, что значительно превышает объем всех океанов и морей планеты.

Описанная схема формирования первичной атмосферы и гидросферы выглядит последовательной и логичной, но ведь никто из ученых не мог непосредственно наблюдать за теми процессами, которые протекали около 4 млрд лет назад. Мы имеем дело с гипотезами, основанными на косвенных данных. В них пока еще немало противоречий и загадок. Наука знает очень немного про первый период земной эволюции.

Первоначально жизнь имела довольно странные формы. Рыб еще не было, зато под водой обитали многоногие черви жутковатого вида и закованные в панцири трилобиты

Земля — единственная среди планет Солнечной системы, где существует развитая гидросфера. Воды на нашей планете так много, что она занимает примерно 2/3 ее поверхности, образуя Мировой океан. Верхние слои коры, земную поверхность, нижние слои атмосферы и гидросферу иногда объединяют вместе и называют географической (ландшафтной) оболочкой.

Поделиться ссылкой

Как образовалась Луна?

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

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

Несколько теорий

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

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

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

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

Лунный метеорит Дар аль-Гани 400

Свидетельства миссии «Аполлон»

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

«Когда камни Аполлона вернулись, они показали, что Земля и Луна имеют удивительное химическое и изотопное сходство, предполагая, что у них есть связанная история», — говорит Сара.

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

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

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

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

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

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

Величайший побочный продукт Земли

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

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

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

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

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

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

Лунный пейзаж с изображением кратера Антониади вблизи южного полюса Луны

Лунные пейзажи

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

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

Что такое темные пятна на Луне?

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

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

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

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

Профессор Сара Рассел рассказывает больше о формировании Луны:

Уравновешивающее влияние

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

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

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

Кусок лунной породы анортозитовой брекчии в стеклянной призме

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

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

Есть ли у Земли более одной луны?

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

Увидеть кусочек Луны в Музее

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

2. Ваш вопрос

Спросите ученого музея

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

Мы будем работать с музейными учеными, чтобы превратить некоторые из ваших вопросов в истории, опубликованные в нашем онлайн-журнале Discover, или видеоролики на нашем канале YouTube.

 

Эта новая функция находится в стадии бета-тестирования. Узнать больше.

Ваш вопрос

Вода на Землю пришла из космоса, но не так, как мы думали

Сегодня на Земле есть обширные океаны, но наша планета была сухой скалой, когда она только сформировалась, а вода была поздним добавлением, выпавшим дождем в виде астероидов из ледяных внешних планет Солнца. система.

Это то, что говорится в учебниках, но новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Science, добавляет веса конкурирующей идее о том, что Земля действительно родилась «мокрой».

Ключевые моменты:

• В космосе много воды, но считалось, что Земля была сухой, когда формировалась
• Новое исследование показывает, что метеоритные породы, из которых построена Земля, содержат строительные блоки воды
• Это означает что вода образовалась на Земле с первого дня, а не была добавлена ​​позже

В космосе много воды, она состоит из водорода, образовавшегося в результате Большого взрыва, и кислорода, выделившегося из умирающих звезд.

Планеты нашей Солнечной системы были созданы около 4,6 миллиарда лет назад из глыб камней, вращающихся вокруг Солнца.

Земля была сформирована из горных пород, пришедших из внутренней части Солнечной системы, где яростный жар Солнца испарил бы любую воду.

Значит, по учебникам вода должна была прийти позже.

Загрузка контента YouTube

Но космохимик Лоретта Пиани из Университета Лотарингии утверждает, что ингредиенты для образования воды были связаны в горных породах, из которых образовалась Земля.

Доктор Пиани и его коллеги проанализировали 13 редких метеоритов, образовавшихся из остатков горных пород, которые вращались вокруг внутренней части Солнечной системы, когда она была очень молодой — до образования планет.

Эти метеориты (называемые энстатитовыми хондритами) состоят из породы, которая, как считается, сформировала Землю.

«Эти энстатитовые хондриты могут обеспечить по крайней мере в три раза больше воды, чем в океанах Земли», — сказал доктор Пиани.

На самом деле она и ее коллеги не анализировали саму воду в горных породах, а вместо этого измерили один из ее строительных блоков — водород, связанный с минералами — в качестве косвенного показателя.

Камни, подобные этому метеориту (около 10 см в длину), были теми, которые дали воду, говорят исследователи. (Прислано: Л. Пиани, Музей естественной истории в Париже)

«Если у вас есть водород, он легко соединится с кислородом, чтобы создать воду на Земле», — сказал доктор Пиани.

Исследователи обнаружили, что водородная сигнатура метеоритов совпадает с водородной сигнатурой горных пород, обнаруженных в слое Земли, называемом мантией.

Подобно метеоритам, породы в мантии также содержат много кислорода, связанного с минералами, которые могут высвобождаться при определенных обстоятельствах и соединяться с водородом, образуя настоящую воду — h30.

Это происходит в магме, расплавленной породе, содержащей растворенную воду, которая поднимается из мантии на поверхность в вулканах.

Когда давление падает, вода испаряется и выбрасывается в атмосферу в виде пара, а затем конденсируется, падая обратно на Землю, чтобы заполнить наши реки и океаны.

Большая часть того, что выходит из вулканов, представляет собой водяной пар. (Getty Images: InterNetwork Media)

На самом деле, согласно теории, поддержанной доктором Пиани и его коллегами, это именно тот процесс, который должен был произвести земные океаны из предшественников воды, скрытых в строительных блоках планеты.

«Похоже, что то, что люди считали действительно сухой породой, содержит достаточно воды — если вы накопите ее много — чтобы объяснить наличие воды на Земле», — отметила геохимик НАСА Энн Песлиер, написавшая сопроводительную редакционную статью в журнале Science.

Долгие споры о происхождении воды на Земле

Все большее число ученых подвергают сомнению старую хрестоматийную теорию о том, как Земля получила свои океаны.

Среди них планетолог Тревор Айрленд из Австралийского национального университета, который исследует воду в планетарных телах.

«Статья Пиани эффективно прикалывает любого, кто говорит, что внутренняя часть Солнечной системы полностью сухая», — сказал он.

Несмотря на то, что группа доктора Пиани измерила непосредственно водород, а не воду, профессор Айрленд был убежден, что результаты верны.

«Я рад, что это реальная вода», сказал он.

Исследователи метеоритов из Кертинского университета также приветствовали это исследование.

«Я очень взволнована результатами этой работы и тем, куда она приведет дебаты по этой теме», — сказала Элли Сэнсом, руководитель проекта сети Desert Fireball Network.

«Я бы с уверенностью сказал, что это исследование имеет огромное значение для наших знаний и понимания того, откуда взялась живительная вода на Земле.»

Планетарный геохимик Люси Форман согласилась.

«Происхождение земных океанов является важным вопросом в планетарной науке и за ее пределами, и это исследование предоставляет значимые, важные и жизненно важные данные, необходимые для лучшего понимания этой загадки», — сказал д-р Форман.

ABC Science на Facebook

Хотите еще больше науки, здоровья, окружающей среды и технологий? Присоединяйтесь к беседе на Facebook.

Подробнее

Согласно анализу доктора Пиани, не вся вода земных океанов образовалась здесь.

«Чтобы объяснить наличие воды в океанах, нам все еще нужно немного воды из внешней Солнечной системы», — сказала она.

«По нашим оценкам, нам потребуется около 5 процентов от этого процесса.»

Профессор Айрленд сказал, что вы не можете исключить прибытие воды позже.

«Это не 1/0», — сказал он.

На самом деле, вам действительно нужны более поздние посетители из внешней Солнечной системы для других важных компонентов жизни.

Наиболее вероятными кандидатами из этого далекого космоса являются «углистые хондриты» — такие как знаменитый метеорит Мерчисон, упавший в Австралии, — которые содержали не только воду, но и углерод и аминокислоты.

Что это может сказать нам об обнаружении жизни на других планетах?

В прошлом было разработано несколько очень сложных теорий, объясняющих, как на Землю из внешней Солнечной системы выпало достаточно воды.

Согласно одной спорной идее, называемой теорией NICE, астероиды могли попасть внутрь Солнечной системы в результате деструктивной перестройки планет.

Планеты в нашей Солнечной системе сформировались из диска из газа и пыли, подобного этому. (НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт)

Но такого рода «особые совпадения», которые доставляют воду на планеты, вращающиеся вокруг своих звезд, вряд ли случаются повсеместно, считает Джош Кальчино, изучавший протопланетные диски, из которых сформировалась наша Солнечная система.

Теория, выдвинутая новым исследованием, служит хорошим предзнаменованием для обнаружения свидетельств жизни на чужих планетах, которые вращаются близко к своим звездам, сказал г-н Кальчино, кандидат наук в Университете Квинсленда.

«Если такие планеты рождаются «влажными», это означает, что многие из них будут иметь потенциал для формирования жизни», — сказал он.