Уникальная планета Земля — Мир Знаний

Уникальная планета Земля

Земля состоит из тех же веществ, что и другие планеты Солнечной системы. Однако только на ней сложились уникальные условия, благоприятные для возникновения жизни.

В июле 1997 г. марсоход «Соджорнер» («Компаньон») передал на Землю фантастические снимки Красной планеты. Детальное исследование Солнечной системы началось еще в 1960-х гг. С тех пор многие космические аппараты доставили на Землю образцы лунного грунта и огромное количество снимков объектов Солнечной системы, в том числе спутников, колец Сатурна и Урана, раскаленной атмосферы Венеры, красных пустынь Марса.

Рождение Солнечной системы

Где-то в рукавах Млечного Пути 4,5 млрд лет назад в центре газопылевого облака сформировался плотный вращающийся газовый шар, который под действием сил тяготения сжимался до тех пор, пока не разогрелся и не превратился в звезду, одну из сотен миллиардов других. Оставшийся материал (менее 1 % вещества) пустился в пляс вокруг новорожденной звезды и скоро принял форму тонкого диска из газа и пыли, образовав так называемую солнечную туманность. Из нее сформировались восемь планет, в том числе Земля.

Советский астроном Виктор Сафронов выдвинул в 1970 г. гипотезу, согласно которой планеты формировались в три этапа. На первом непродолжительном этапе (около 1000 лет) из пыли солнечной туманности образовалось множество твердых планетезималей (предшественников планет) диаметром 1-5 км. Солнечная система в то время была неспокойным местом: небесные тела постоянно сталкивались. На промежуточном этапе, в результате столкновения друг с другом и аккреции — слипания, подобного слипанию комка пыли при подметании пола, — планетезимали превращались в более крупные тела — протопланеты, зародыши планет. На последней стадии протопланеты стали увеличиваться в размерах, притягивая к себе всё новые и новые пролетающие мимо планетезимали. С ростом массы протопланет увеличивалась и сила гравитации, что подпитывало их дальнейший рост. Наконец, поймав все планетезимали, какие мог, зародыш становился планетой. Последние два этапа, видимо, заняли около 100 млн лет.

Так началась история Солнца и возникшей под действием его силы тяготения системы. Кроме восьми настоящих планет — Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, есть несколько карликовых, в том числе Плутон, который раньше считали девятой планетой Солнечной системы.

Ближайшие к Солнцу Меркурий, Венера, Земля, Марс имеют твердую поверхность и состоят в основном из силикатов и железа. Эти четыре планеты называют внутренними. Они меньше остальных. Радиус самой маленькой из них, Меркурия, составляет 2439 км, а самой большой, Земли, — 6370 км. Значения их средней плотности тоже близки: если принять плотность воды за 1, плотность Марса равна 3,9, Меркурия — 5,4, Земли — 5,5. Планеты-гиганты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун составляют внешнюю часть Солнечной системы. Радиус самой маленькой из них, Нептуна, равен 24 750 км, самой крупной, Юпитера, — 71 600 км. Сформировавшиеся в условиях низких температур на большом удалении от Солнца, они состоят в основном из уплотненных газов, преимущественно водорода и гелия. Карликовая планета Плутон и расположенная за ее орбитой планета-карлик Эрида, видимо, твердые. Их средняя плотность примерно вдвое больше плотности воды.

Вокруг восьми планет Солнечной системы обращаются многочисленные спутники (известно 168). Единственный естественный спутник Земли — Луна.  Кроме планет, их спутников и карликовых планет(и их спутников), в Солнечной системе есть и другие объекты. В частности, астероиды (небольшие твердые небесные тела), сосредоточенные в основном в поясе между Марсом и Юпитером, кометы и пылевые кольца вокруг четырех гигантских планет.

Всё еще в прекрасной форме

Разумеется, лучше всех планет изучена Земля. Она отличается колоссальным разнообразием ландшафтов. У нее есть атмосфера, которая защищает поверхность от солнечной радиации, и огромные запасы жидкой воды. Три четверти земной поверхности занимают океаны. Совсем не то что, например, испещренные кратерами бескрайние пустыни Меркурия. Почему же Земля, возникшая в одно время с другими планетами, так сильно отличается от них?

Планеты представляют собой своего рода огромные геологические тепловые машины, приводимые в действие теплом, производимым их недрами. У этого тепла два разных источника. Во-первых, аккреция во время образования планеты. Во-вторых, радиоактивный распад элементов, которые вошли в состав Земли в период ее формирования. Планеты различного размера и массы отличаются мощностью источников тепла и, следовательно, скоростью их истощения. Самые маленькие объекты Солнечной системы уже геологически мертвы, а на Земле, самой большой из твердых планет, геологические процессы все еще продолжаются.

На протяжении первых 700 млн лет после образования твердые планеты подвергались интенсивной бомбардировке метеоритами. Следы обстрелов в виде многочисленных кратеров хорошо видны на Луне, Меркурии и на части поверхности Марса, но на Земле они практически исчезли. Движение литосферных плит, вулканическая активность и эрозия — проявления геологических процессов — удалили шрамы былых времен с лица нашей планеты. На Венере и Марсе вулканическая активность тоже сыграла свою роль: 75% поверхности Венеры и 50% Марса покрыто вулканическими породами. Сегодня вулканическая активность здесь не наблюдается.

Воздух!

Землянина могут привести в ужас атмосферные условия Венеры: все небо затянуто плотными облаками, а средняя температура поверхности достигает 450°С. И все же Венера могла бы стать близнецом Земли. Планеты имеют близкие величины диаметра и массы, а кроме того, Венере удалось сохранить первоначальную атмосферу.

После рождения каждая планета проходит стадию дифференциации своей внутренней структуры, в ходе которой формируются слои (кора, мантия, ядро). Молодая Земля была мало похожа на ту Голубую планету, которая так восхищает космонавтов. На нее непрерывно падали метеориты и астероиды. За счет бомбардировки космическими телами, сжатия собственного планетного вещества и энергии распада радиоактивных элементов поверхность Земли разогрелась до 2000°С, и составляющий ее материал начал плавиться. Наиболее обильные элементы — железо, кислород, кремний и магний — распределились неравномерно. Самые тяжелые — железо и никель — опустились к центру и образовали ядро, а более легкие поднялись вверх, сформировав мантию и литосферу. На железо приходится 35% массы Земли, однако в земной коре его довольно мало (всего около 5%), а большую часть ее массы составляют кислород и кремний (в основном в виде силикатов). В период дифференциации выделяется очень много тепла и газов, что приводит к формированию первичной атмосферы. От массы планеты зависит, сможет ли она удержать эту атмосферу.

Так, Меркурий потерял свою атмосферу — она растворилась в космосе. Точнее, у него есть сверхразреженная атмофера, состоящая из атомов, захваченных из солнечного ветра или выбитых им с поверхности планеты. Атмосферное давление на Меркурии примерно в 500 млрд раз меньше, чем на Земле. Марс крупнее, поэтому смог удержать определенную часть первичной атмосферы, состоящей почти исключительно из углекислого газа.

Более массивные Земля и Венера удержали намного большую часть атмосферы. Но на Венере она тоже состоит в основном из углекислого газа. Ее состав долгое время определялся вулканической активностью и не обновлялся. Укутанная в плотные облака Венера окружена атмосферой, которая не пропускает инфракрасное излучение горячей поверхности планеты, превращая ее в огромный перегретый парник, жизнь в котором невозможна.

Первичная атмосфера Земли в значительной степени тоже состояла из углекислого газа, который высвобождался в ходе вулканической активности. Его и сейчас было бы много в нашей атмосфере, так же как в атмосферах Марса и Венеры, если бы входящий в состав этого газа углерод не оседал на дно морей в виде карбоната кальция.

На Земле, благодаря определенным химическим процессам, значительная часть углекислого газа оказалась связана горными породами. Затем «очищение» атмосферы продолжилось в результате фотосинтеза первых организмов. В итоге возникла земная атмосфера в ее нынешнем виде. Она необходима для поддержания большинства существующих сегодня форм жизни.

Что касается воды, то, возможно, часть ее попала на Землю извне, например с кометами, которые обращались вокруг Солнца по вытянутым орбитам. Значительная часть ядра кометы состоит изо льда, который в случае столкновения кометы с Землей мог растаять. Кроме водорода и кислорода, составляющих воду, в ядре кометы содержатся и другие элементы, в том числе углерод и азот.

Зарождение жизни

Мы всё еще не знаем, как зародилась жизнь на Земле. Ученые выдвинули несколько гипотез. Несомненно, что первые органические молекулы возникли в водной среде, и на их основе могли появиться первые самовоспроизводящиеся структуры, от которых произошли одноклеточные организмы. Очень важно, что древние одноклеточные научились связывать атмосферный углекислый газ и производить кислород. Когда в атмосфере накопилось достаточно кислорода, стало возможным кислородное дыхание. Под действием солнечной радиации в верхних слоях атмосферы из кислорода стал возникать озон, слой которого поглощает смертоносное жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, способное разрушать органические молекулы, в особенности ДНК. Благодаря этому живые организмы смогли выйти из воды на сушу.

Отдаленное будущее

Когда возраст Солнца достигнет почти 9 млрд лет, оно раздуется настолько, что выйдет из равновесия. Мощный источник энергии, так долго питавший Землю, начнет прожигать свои последние запасы водорода. Жар в его глубине достигнет 100 млн градусов Цельсия. Интенсивность солнечного излучения многократно возрастет. Цвет излучения станет краснеть, пока Солнце не превратится в красного гиганта. В результате температура на Земле будет расти, весь лед у полюсов растает, реки и озера высохнут, оставшуюся сушу займут пустыни, и на всей планете будут бушевать чудовищные бури. Растения, а за ними и все биологические виды, включая человека, один за другим погибнут. Последними останутся самые примитивные формы жизни, меньше всех зависящие от остальных организмов и способные переносить жар и жесткое излучение.

Умирающее Солнце продолжит расширяться и наконец его внешние слои поглотят Землю. Нагретая до 4000°С поверхность необитаемой планеты расплавится и вновь станет почти такой же, какой была при рождении, за 10 млрд лет до того…

Но это лишь один из вероятных вариантов конца Света. Земля может погибнуть и задолго до поглощения ее Солнцем в результате столкновения с астероидом или кометой. Даже если при этом наша планета и не будет полностью уничтожена, равновесие на ней окажется сильно нарушенным. Такое столкновение приведет к глобальным бедствиям, череде извержений вулканов, подъему уровня моря, катастрофическому загрязнению атмосферы.

Вам понравится

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Поделиться записью в соц. сетях