Підручник з Природничих наук. 2 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

ТАЄМНИЦІ НАРОДЖЕННЯ ЗЕМЛІ Й МІСЯЦЯ

У темі Б.10 ми вже розглянули гіпотези утворення планет Сонячної системи. Незважаючи на те, що вони мають пояснити наявні факти про планетну систему, а саме — особливості розташування й рухи планет, розподіл планет за масою й хімічним складом, єдиної теорії, яка б усі їх пояснила, достеменно на сьогодні немає. Одні ідеї краще пояснюють особливості руху, інші — розподіл маси тощо. Відповідно до одних припущень, Сонце і планети утворились у єдиному процесі, згідно з іншими — незалежно. Відповідно до одних — планети утворилися з газових згустків, до інших — з твердої речовини («небулярна» й «метеоритна» гіпотези). Є «холодна» та «гаряча» моделі. Є «катастрофічна», що пов’язує утворення планет з катастрофічним явищем, наприклад, з наближенням до Сонця іншої зорі або з вибухом близької наднової, викинута речовина якої, включаючи всі «важкі» елементи, була захоплена Сонцем і привела до утворення навколо нього планетної системи.

Оскільки виникнення планет Сонячної системи остаточно не з’ясоване, розглянемо той варіант, який на сьогодні є загальновизнаним.

Близько 4,6 млрд років тому в тій частині космосу, де ми зараз є, з газопилової туманності зародилася наша планета Земля. І як небесне тіло, що є частиною космосу, протягом своєї історії Земля зазнала безліч перетворень. Космічні явища поширюються на неї у вигляді всесвітньоготяжіння, сонячної радіації й ін. і великою мірою визначають її розвиток, мають найбезпосередніший стосунок до процесів, що відбуваються на Землі, до її будови. Разом з тим, Землі властиві й суто земні процеси, які в сукупності з космічними процесами створили Землю такою, якою вона є, з бурхливо кипучим життям, з її минулим, що губиться в неозорих просторах Всесвіту, з її майбутнім.

Згідно із сучасними уявленнями, вченими розглядаються три основні стадії структурних перетворень молодої Землі. Перша, що передувала формуванню земного ядра, названа стадією гарячих первинних вулканів, друга — післяядерна стадія вулканів гавайського типу та третя, остання, — біологічна.

Близько 4,5 млрд років тому важкі метали (залізо, нікель) унаслідок дії гравітації і стиснення проникали в центр молодої планети, утворивши ядро. Висока температура створювала всі умови для низки ядерних реакцій. Відбувся поділ мантії і ядра. Виділене тепло плавило й викидало на поверхню легкий силіцій. Він став прототипом першої кори. Так відбувалося гравітаційне диференціювання речовини Землі. Цей процес (хоча і не так інтенсивно), триває і в наш час та є одним із джерел внутрішнього тепла Землі.

Новонароджена Земля радше відповідала тій картині, яку приписують «кінцю світу» (мал. 1.8): твердої суші практично немає, навкруги лише вогняне море розплавлених порід. Замість повітря — вуглекислий газ, азот, сірка й водяна пара.

Мал. 1.8. Молода Земля

У Землі воістину було важке «дитинство». Вулканічна діяльність, грози, падіння метеоритів, високоенергетичне ультрафіолетове випромінювання Сонця були дуже інтенсивними. Уламки, що залишилися від формування Сонячної системи, нещадно бомбардували Землю. І все-таки наша планета страждала не дарма. На думку багатьох учених, ці метеорити принесли на Землю воду, мінерали, найпростіші білки й амінокислоти.

Минуло кілька мільйонів років (дитячий вік за мірками планети) після народження Землі, а її вже чекали зовсім «не дитячі» випробування. Молода планета під назвою Тея розміром з Марс мчала назустріч Землі. Уважають, що хоча Тея й зіткнулася із Землею, але, на щастя, пройшла по дотичній. Проте цього вистачило, щоб обидві планети стали нагадувати рідкі кулі: Землею прокочувалися справжні хвилі породи, а в космос викинуло трильйони тонн уламків. У цій космічній катастрофі Земля вціліла. І не лише вціліла, а й отримала «прикрасу»: дуже швидко сила тяжіння нашої планети перетворила уламки, що залишилися після катастрофи, на наш супутник — Місяць (мал. 1.9). Більшість матерії, з якої складається Місяць, походить із земної кори, а не з ядра нашої планети, ось чому на Місяці так мало Феруму, у той час як у нас його вдосталь.

Мал. 1.9. Народження Місяця

Материки роз’єднувалися, знову з’єднувалися, плаваючи в гарячій мантії. Це повторювалося багаторазово.

Остигаючи, Земля викидала зі свого ядра безліч різних газів (це явище називають дегазацією). Зазвичай це відбувалося під час виверження вулканів. Легкі гази, такі як водень або гелій, здебільшого випаровувались у космічний простір. Однак сила тяжіння Землі була досить велика, щоб утримувати в її поверхні більш важкі гази. Вони й становили основу земної атмосфери.

Гідросфера, водна оболонка Землі, сформувалася за рахунок виходу води з внутрішніх областей Землі, а також за рахунок конденсації водяної пари з атмосфери. Коли виникли перші моря й океани, точно невідомо. Але вже 3,8-3,9 млрд років тому рідка вода була на Землі в значній кількості.

В історії Землі виявлено три типи атмосфер. Первинна атмосфера складалася, мабуть, з водню й гелію, які досить швидко відірвались від Землі й розсіялися. Вторинна атмосфера була сформована за рахунок викидів вулканічних газів і складалася з карбон(IV) оксиду, амоніаку, метану, а також оксидів Нітрогену, Сульфуру тощо (складіть їхні хімічні формули). Нарешті, сучасна атмосфера, що містить кисень, почала формуватися близько 2 млрд років тому за рахунок життєдіяльності фотосинтезувальних організмів.

Якби ми мали змогу повернутися на 3 млрд 500 млн років назад і побачити мілководну зону океану, то розгледіли б під водою щось подібне до каменів. Насправді це ціанобактеріальні спільноти, що є конгломератами живих бактерій. Їх рештки називають строматолітами. Живляться вони за допомогою фотосинтезу, що під дією сонячного світла перетворює карбон(IV) оксид і воду на моносахарид глюкозу. Під час цього перетворення вивільнювався побічний продукт — кисень (складіть рівняння реакції фотосинтезу). Мільйони років ці непоказні «камені» творили дива, наповнюючи киснем океани й атмосферу. Якби не вони, то на Землі, ймовірно, не існувало б майже ніяких організмів, зокрема й людей.

Після того як в атмосфері нагромадився вільний кисень, утворився озоновий шар. У результаті сонячне ультрафіолетове випромінювання перестало досягати поверхні Землі. Формування озонового екрана стало однією з найбільш значних подій в історії природного середовища, оскільки воно створило умови для розвитку земних біологічних систем.

На Землі немає гірських порід, які за віком були б її ровесниками. Найдавнішим породам трохи менше 4 млрд років. Але на той час, коли ці породи виникли, більш ранні породи вже зруйнувалися й перетворилися в осад, з якого і сформувалися нові породи.

Рухи та розломи земної кори, що відбувалися в різні геологічні періоди, супроводжувалися інтенсивною вулканічною діяльністю, у результаті чого в атмосферу потрапила величезна кількість газів і попелу, що знижувало прозорість атмосфери, отже, зменшувалася кількість сонячної радіації, яка потрапила на Землю. Це стало однією з причин зледеніння.

Потужне зледеніння материків змінювало клімат Землі й тим самим впливало на розвиток органічного світу. У процесі еволюції постійно виникали нові форми організмів, а більш ранні форми, які не пристосувалися до нових умов існування, вимирали. Протягом багатьох мільйонів років на планеті накопичувалися залишки організмів. На основі знахідок викопних форм у відкладеннях земних шарів удалося простежити справжню історію живої природи. Застосування радіоізотопного методу дало змогу з великою точністю визначити вік порід у місцях залягання палеонтологічних залишків і вік викопних організмів.

Еволюція Землі, процеси формування її атмосфери та біосфери відбувалися спільно і в постійному взаємозв’язку. Ці процеси відбувалися в нерозривному зв’язку з геологічною еволюцією Землі, зміною її континентальних масивів.

Для зручності всю історію нашої планети вчені поділили на п’ять великих проміжків часу — ери. Кожна ера визначає особливий етап у формуванні материків й океанів, розвитку життя на Землі (табл. 1.2). Ери та періоди складають геологічний час.

Найдавнішими ерами є архейська (її назва з грецької означає «давня») і протерозойська («раннє життя»), які разом утворюють докембрій. Ця ера охоплює понад 80 % усієї геологічної історії Землі. У докембрії у складі земної кори переважали базальтові породи. Уже тоді починають утворюватися окремі підвищені ділянки суходолу з порід, близьких до гранітних. У той час клімат на Землі був теплим і вологим, з організмів на планеті мешкали лише водорості й бактерії. Інші 20 % історії припадає на палеозойську («давнє життя»), мезозойську («середнє життя») та кайнозойську («нове життя») ери.

Таблиця 1.2.

Ера (млн. років)

Періоди горотворення

Найважливіші події

Архейська

(2700-3800)

Архейський (давні платформи)

Інтенсивна вулканічна діяльність. Поява бактерій і деяких водоростей

Протерозойська

(570-2700)

Байкальський (хребти Прибайкалля)

Формування материкової земної кори та давніх платформ, поява перших гір на суходолі. Поширення примітивних морських тварин

Палеозойська

(185—570)

Каледонський (Скандинавію гори)

Герцинський (Урал, Південні Аппалачі)

Існує єдиний материк Пангея, що об’єднує всі сучасні материки. Посилюються кліматичні відмінності між екваторіальними й приполярними широтами. Вихід рослин і тварин на суходіл

Мезозойська

(70-185)

Мезозойський (гори Північно-Східного Сибіру)

Материк Пангея розколюється на кілька окремих частин, утворюються западини Атлантичного, Індійського океанів. Розвиток динозаврів, поява ссавців, хвойних рослин

Кайнозойська

(70)

Альпійський (Альпи, Карпати)

Формуються обриси сучасних материків і океанів. Потужне материкове зледеніння. Панування квіткових рослин, ссавців. Поява людини

На малюнку 1.10 схематично представлено головні події еволюції Землі на одній і тій же часовій шкалі.

Мал. 1.10. Ключові події еволюції Землі

Щоб легше було простежити еволюцію Всесвіту в часі, американський астроном Карл Саган (1934 - 1996) придумав цікавий спосіб викладу космічної хронології. Усю історію Всесвіту він описав у масштабі, коли одній космічній секунді відповідає 500 земних років. У результаті тривалість існування нашого світу стислася до одного уявного космічного року. За масштабом, обраним Саганом, час власне людської цивілізації охоплює практично кілька миттєвостей цього календаря.

Розглянемо скорочену хронологію, запропоновану Саганом.

1 січня

Стався Великий Вибух. На цей день припадає й виникнення нашої Галактики — Чумацького Шляху

1 травня

Утворилася Сонячна система

9 вересня

Утворилася планета Земля

14 вересня

На Землі виникло життя

25 вересня

Утворилися найдавніші гори

Жовтень — листопад

Продовжується розвиток життя

2 жовтня

З’явилися найдавніші викопні (бактерії та синьо-зелені водорості)

9 жовтня

Виникло статеве розмноження

1 листопада

Рослини «навчилися» фотосинтезу

1 грудня

На Землі утворилася киснева атмосфера, і процес помітно пожвавився

5 грудня

Спостерігалися інтенсивні виверження вулканів

16 грудня

З’явилися перші черви

17 грудня

Кінець докембрійського періоду

17 грудня (друга половина дня)

Палеозойська ера й початок кембрійського періоду. Виникнення безхребетних

18 грудня

З’явився перший океанічний планктон. Розквіт трилобітів

19 грудня

Період ордовика. Перші риби, перші хребетні

20 грудня

Силур. Перші спорові рослини. Рослини завойовують суходіл

21 грудня

Почався девонський період. Перші комахи. Тварини заселяють суходіл

22 грудня

З’являються перші амфібії. Перші крилаті комахи

23 грудня

Кам’яновугільний період. Перші дерева. Перші рептилії

24 грудня

Початок пермського періоду. Перші динозаври

25 грудня

Кінець палеозойської ери й початок мезозойської

26 грудня

Тріасовий період. Перші ссавці

27 грудня

Юрський період. Перші птахи

28 грудня

Крейдовий період. Перші квіти. Вимирання динозаврів

29 грудня

Кінець мезозойської ери. Кайнозойська ера й початок третинного періоду. Перші китоподібні. Перші примати

30 грудня

Початок розвитку лобних часток кори головного мозку в приматів. Перші гомініди. Розквіт гігантських ссавців

31 грудня (початок дня)

Кінець пліоценового періоду. Четвертинний (плейстоцен і голоцен) період

31 грудня 13:30:00

Поява рамапітека, предка мавп і людини

31 грудня 22:30:00

Виникли перші люди

31 грудня 23:00:00

Широке використання кам’яних знарядь

31 грудня 23:46:00

Використання вогню пекінською людиною

31 грудня 23:56:00

Початок останнього періоду зледеніння

31 грудня 23:58:00

Заселення Австралії

31 грудня 23:59:00

Розквіт печерного живопису в Європі

31 грудня 23:59:20

Початок землеробства

31 грудня 23:59:35

Цивілізація неоліту (перші міста)

31 грудня 23:59:50

Перші династії в Шумері та Єгипті, розвиток астрономії

31 грудня 23:59:52

Поява писемності, держава Аккад, закони Хаммурапі у Вавилонії, Середнє царство в Єгипті

31 грудня 23:59:53

Бронзова металургія, мікенська культура, Троянська війна, ольмекська культура, винахід компаса

31 грудня 23:59:54

Залізна металургія, перша Ассірійська імперія, Ізраїльське царство, заснування Карфагена фінікійцями

31 грудня 23:59:55

Династія Цинь у Китаї, імперія Ашоки в Індії, Афіни часів Перикла, народження Будди

31 грудня 23:59:56

Евклідова геометрія, Архімедова фізика, астрономія Птолемея, Римська імперія, народження Христа

31 грудня 23:59:57

Уведення нуля і десяткового рахунку в індійській арифметиці, занепад Риму, мусульманські завоювання

31 грудня 23:59:58

Цивілізація майя, династія Сун у Китаї, Візантійська імперія, монгольська навала, хрестові походи

31 грудня 23:59:59

Епоха Відродження в Європі; подорожі й географічні відкриття, зроблені європейцями та китайцями часів династії Мін; введення експериментального методу в науці

31 грудня остання секунда й перші миті нового року

Стрімкий розвиток науки й техніки; поява світової культури; створення засобів, здатних знищити людство; перші кроки в освоєнні космосу й пошуки позаземного розуму. Засмічення Океану й Землі. За останню секунду космічного року люди зробили стільки, що планета Земля може припинити існування. Настав час зупинитися

ПОДУМАЙТЕ Й ВІДПОВІДАЙТЕ

1. Назвіть характерні параметри нашої Землі. Які геосфери має Земля?

2. Які ви знаєте гіпотези походження Землі?

3. На яких планетах атмосфера за хімічним складом схожа на вторинну атмосферу Землі?

4. Згідно із сучасними даними науки, близько 650 млн років тому вміст кисню в атмосфері Землі становив лише 0,1 % його теперішньої концентрації. Тоді відбулося швидке збільшення кількості кисню в атмосфері. Чому це збільшення так довго затримувалося?

5. Які явища геологічного характеру відіграли значну роль у формуванні земної кори?

6. Дізнайтеся, хто першим виміряв радіус Землі.

Мал. 1.11. Як визначити радіус Землі

З огляду на те, що α — це різниця між значенням широти, наприклад, Києва (φ1) та Одеси (φ2), що лежать приблизно на одному меридіані, виражаємо цей кут формулою: α = φ1 - φ2.

За картою визначте: φ1 — широту Києва; φ2 — широту Одеси; L — відстань між містами. Обчисліть радіус Землі за цими даними. Перевірте, чи збігається отримане вами значення з дійсним.