Походження Землі. Різні гіпотези походження Землі

Коли виходиш раннім морозним ранком на вулицю і відчуваєш похрускування сніжинок під ногами або зустрічаєш світанок на березі річки в жаркому липні, дуже важко уявити собі, що колись давно нічого цього не було. Взагалі нічого: ні снігу, ні річки, ні трави, ні навіть Сонця. Існував лише безкрайній космос, в якому носилися частинки пилу, врізаючись один в одного на величезних швидкостях. Цей період важко якось назвати. Він не доісторичний, він якийсь внеисторический: настільки незбагненно давно це відбувалося, і так безнадійно мляво було тоді простір ...

Проте походження Землі нерозривно пов`язане з цим етапом становлення Всесвіту. Умови, згодом призвели до появи нашої планети, почали формуватися з самого моменту Великого вибуху. Різні гіпотези походження Землі і зародження світу виникали в умах людей з тих пір, коли людина вперше задумався про своє місце у Всесвіті і про те, що існує за межами звичної йому території.

Міфологія

У всіх народів є легенди про виникнення світу. Об`єднуються вони божественним началом, що лежить в основі міфологічного творіння. З хаосу з`являються перші божества, які дають початок зімніть надприродних істот, а також усього, що є: океану, суші, дню і ночі, людям. Концепції походження Землі у різних народів часто пов`язані з бажанням бога створити твердь посеред світових вод. У різні епохи міфи про створення світу доповнювалися, або з`являлися нові версії. Так, в індуїзмі походження Землі і всього всесвіту розглядається в п`яти варіантах. Основою для Всесвіту, згідно з різними переказами, вважається священний звук Ом, першолюдина Пуруша, що пожертвував частини свого тіла для створення світу, дихання Маха-Вішну. Також в якості початку всього сущого виступає «первинне тепло» і «космічне яйце».

Космогонія слов`ян

Походження Землі за стародавніми слов`янам в чому схоже з іншими міфологічними уявленнями. Спочатку Всесвіт не була впорядкована. У той час існував лише єдиний бог Рід, який структурував первозданний Хаос. Він створив землю із з`єднання морської та небесної стихії. Потім його син Сварог почав впорядковувати простір. Він вдихнув життя у все земне, створив людину і пояснив першим людям закони, за якими треба жити.

Під впливом християнства міф кілька видозмінився. У літописах зустрічається переказ про Бога, що пливе по первозданним водам на човні і зустрічатися риса. Бог посилає біса на дно морське за жменею піску і створює з неї земну твердь.

Назва

З міфологічними оповідями про світоустрій пов`язано і походження назви «Земля». У мисленні далеких предків всіх сучасних народів не існувало уявлення про кулясту форму планети, та й про саму планеті теж. Походження назви «Земля» пов`язано, з одного боку, з легендою про плоскою, немов блюдце, поверхні з сушею і морями, що спочиває на спинах гігантських тварин. У різних народів це були слони, черепаха або кит. З іншого боку, походження слова «земля» пов`язане з поділом світобудови на три рівні: небо, простір, населене людьми і тваринами, і пекло, або підземне царство. Обидва ці моменту вплинули на появу звичного позначення нашої планети в різних мовах. Походження назви «Земля» у стародавніх слов`ян пов`язане з поняттями «низ» і «грунт». Земля - це те, що під небом, внизу: грунт під ногами, основа. Таким чином, походження назви «Земля» засноване на розумінні світу людей як «плоского блюдця» і як простору, розташованого нижче небесного житла богів.

Крім того, в культурі наших предків слово «земля» співвідносилося з усім рідним, зі знайомою територією. Чуже і часто вороже позначалося як далеке, і назва його мало аналогічне походження. «За тридев`ять земель» - фразеологізм, що означає «дуже далеко». Стародавні слов`яни часто позначали так і царство мертвих.

Цікаво, що подібне зі слов`янським значення мають і коріння, від яких виникла назва планети в інших мовах. Так, походження слова «Земля» (Earth) в англійській теж пов`язане з поняттям низу і грунту під ногами.

Як з нічого вийшло щось

Природно, сучасні наукові уявлення про появу Всесвіту сильно відрізняються від тих, що лежать в основі будь-якої релігії. Сьогодні всі моделі світобудови побудовані на теорії Великого вибуху. Відповідно до неї, приблизно 13770000000 років тому Всесвіт виник в результаті важко представимо за своєю потужності вибуху. Стан, у якому вона перебувала до цього моменту, називається сингулярним. За своїми характеристиками воно настільки відрізнялося від усього відомо зараз, що навіть вчені насилу можуть зрозуміти, які процеси в ньому відбувалися.

Незабаром після Великого вибуху молодий Всесвіт початку розширюватися. Величезні температурні показники і швидкість складових її частинок не дозволяли їм об`єднуватися в більш великі об`єкти. Однак у міру розширення знижувалася температура. Минуло близько мільйона років, поки Всесвіт охолола до 4000 ordm-С, і елементарні частинки стали утворювати атоми. Першими з`явилися гелій і водень, за ними сформувалися і атоми більш важких елементів.

На наступному етапі розвитку Всесвіту частинки пилу і газу, що складали її, почали стикатися і утворювати все більш великі об`єкти. Повільно формувалися галактики з зірками і планетами. Всесвіт при цьому продовжувала розширення, і процес цей йде до цих пір.

Рідний шматочок Чумацького Шляху

Презентація «Походження Землі» на уроках часто починається з розповіді про історію Сонячної системи. Вона почалася приблизно 4,6 млрд років тому. До появи нашого шматочка Галактики привели ті ж процеси, в результаті яких сформувалися багато ділянки Всесвіту. Сам Чумацький Шлях з`явився приблизно на 7-8 млрд років раніше. До освіти Сонячної системи привів гравітаційний колапс порівняно невеликої ділянки молекулярного міжзоряного хмари. Розуміння процесів, що відбувалися тоді в цьому місці Всесвіту, - досить непросте завдання в силу віддаленості їх у часі. Судити про події, що послужили поштовхом до утворення Сонячної системи у відомому нам вигляді, можна, лише вибудовуючи теорії на основі вивчених космічних і фізичних закономірностей і співвіднесення їх висновків з тим, що ми насправді спостерігаємо.

«Гаряча» гіпотеза

В кінці XIX століття походження Землі і всієї Сонячної системи активно вивчали астрономи Т. Чемберлен і Ф. Мультон. Вони висунули так звану гарячу гіпотезу. На створення теорії їх підштовхнуло відкриття, зроблене в той час. Стало відомо, що глибоко під поверхнею Землі стоїть буквально пекельна спека: температура надр досягає 1000 ordm-С.

«Гаряча» гіпотеза припускає, що Земля, як і інші планети, спочатку являла собою розпечений куля, яка потім став поступово остигати. Поява цих гарячих згустків матерії пояснювалося взаємодією молодого Сонця з іншим, порівнянним за силі гравітаційного тяжіння, об`єктом. Зірка проходила у відносній близькості від нашого світила. В результаті між ними сформувалося щось на зразок моста, що складається з речовини обох космічних тіл. Поступово зірки розійшлися, а міст розпався на окремі гарячі «острівці» матерії, звані планетезималями. Вони і стали згодом планетами і супутниками, відомими зараз.

Спочатку було холодно

Однак це далеко не єдина теорія, що пояснює походження Землі. Гіпотези в науковому світі починають домінувати тоді, коли пояснюють велику кількість видимих фактів. У другій половині минулого століття астрономи і фізики звернули свою увагу знову на концепцію спочатку холодних планет.

Вперше небулярная теорія була сформульована в XVIII столітті. Імовірно, її висловив Еммануїл Сведенборг, потім підхопив Іммануїл Кант. Основне ж розвиток гіпотеза отримала в працях П`єра-Симона Лапласа. Етапи походження Землі і Сонячної системи в цілому, відповідно до цієї теорії, шикувалися дещо інакше, ніж в описаній вище, і першим з них було утворення туманності, або небули. Вона являла собою газопилової згусток, сконцентрований в результаті колапсу ділянки молекулярного міжзоряного хмари. Небула, в силу впливу на неї сили тяжіння від сусідніх подібних утворень, стала обертатися. У туманності через обертання з`явилася сила тяжіння, яка призвела до зменшення її радіуса. Наслідком цього стало збільшення швидкості руху. Молода туманність нагадувала центрифугу, і її спочатку близька до кулі форма ставала все більш схожою на еліпс. Через деякий час відцентрова сила на екваторі зрівноважила силу тяжіння, і від середньої зони туманності почали одне за іншим відшаровуватися кільця. Вони складалися з тих самих частинок пилу і газу, які поступово стали об`єднуватися в більш великі об`єкти. З часом вони «доросли» до планет, причому температура нових космічних тіл ніяк не дозволяла назвати їх гарячими.

Жар надр

Сьогодні небулярная теорія вважається найбільш вірогідним сценарієм формування Сонячної системи. Розвиток гіпотези відбувалося за участю багатьох наукових дисциплін, деякі положення Лапласа були змінені або доповнені. Висока температура земних надр також отримала пояснення, не суперечить теорії.

Існують дві основні причини для розігріву: радіоактивний розпад і гравітаційна диференціація надр. Перший дає приблизно 15% від розігріву. Основне ж значення має поділ спочатку перемішаних елементів на кілька шарів під дією сили тяжіння. Цей процес призвів не тільки до підвищення температури надр, але і до утворення тієї внутрішньої структури планети, яку всі ми вивчаємо ще в школі: ядро, мантія, кора.

Молода Земля являла собою близький до кулі за формою космічний об`єкт, що складається з декількох хаотично перемішаних елементів. Сучасні спостереження, однак, показують, що структура планети має досить впорядковане будову. Основні елементи, складові Землю, - це кисень у складі оксидів, кремній, залізо і алюміній. Кожен з них при цьому впливає на щільність речовини.

Диференціювання

Маса і об`єм Землі, визначені ще в XVIII столітті, дозволили вченим обчислити її середню щільність. Вона виявилася рівною приблизно 5,5 г / см³. При цьому величина параметра для поверхні - всього 2,8 г / см³. Виявлені значення дозволили припустити, що більш важкі елементи сконцентровані в центрі земної кулі, а легкі складають поверхневі шари.

Упорядкування елементів почалося з самого моменту появи планети. Під дією сили тяжіння залізо стало «осідати» в центр, а з`єднання алюмінію і кремнію, навпаки, «спливати» на поверхню. Залізо, змінюючи місце свого становища, зміщує і центр ваги планети. В силу певних фізичних законів при цьому виділяється велика кількість теплової енергії, яка і призводить до нагрівання внутрішніх шарів Землі. Величина утворюється енергії величезна. При цьому дослідження показують, що планета ніколи не була повністю розплавленої. Це ще раз підтверджує небулярную гіпотезу.

Охолодження і нагрівання

Звичайно, тепло надр постійно витрачається на обігрів поверхні, і частина енергії при цьому втрачається. Однак вона успішно компенсується сонячним випромінюванням. Енергія диференціації використовується у всіх відбуваються на Землі процесах: переміщенні континентів, освіті гір, вулканизме.

За підрахунками вчених, на сьогоднішній день процес поділу елементів завершився на 85%. Після закінчення диференціації Земля стане геологічно неактивній планетою, схожою в цьому плані на Місяць. Відбудеться це приблизно через 1,5 млрд років.

Бомбардування

Крім диференціації надр і розпаду радіоактивних елементів на перших етапах формування Землі, певну роль у розігріві її внутрішніх шарів грали астероїди. Підвищенню температури сприяли часті зіткнення малих космічних тіл з планетою. За однією з версій, саме значне з подібних зіткнень призвело до появи Місяця. З З Землею зіткнулося тіло розміром з Марс. В результаті з планети був вибитий досить значний шматок матерії, який згодом і став супутником. Зіткнення мало й інші результати: помітно підвищилася швидкість обертання Землі і нахилилася її вісь. Також астероїди і комети вважаються одним з вірогідних джерел води.

Поява цілющої вологи

Походження води на Землі - тема досить обширна. Найбільш вірогідною на сьогоднішній день вважається версія про її «доставку» астероїдами. Побічно гіпотезу підтверджують дані космічних досліджень, в результаті яких була виявлена вода на кількох малих тілах Сонячної системи. Вчені, які схиляються до цієї версії, вказують на те, що вода - досить летюча речовина, а тому в жарких умовах молодої Землі, швидше за все, випарувалася б повністю. Звідси і низька ймовірність земного походження води. Ймовірно, таке необхідне для всього живого речовина потрапила на планету з астроїди і кометами з головного поясу, розташованого між Марсом і Юпітером.

Однак точне походження води на Землі - поки все ж питання без однозначної відповіді. Є думка, що в цьому процесі зіграли свою роль кілька факторів. Серед них і дегазація магми, виплавлення з неї летких елементів. Водяна пара і деякі інші сполуки викидалися на поверхню Землі під час виверження вулканів. Потім випаровування конденсувалися, так поступово накопичувалися океани, формувалася гідросфера.

Поява води, як і проблема походження Землі - не вирішене до кінця питання. Ймовірно, свою роль тут відіграли обидва процеси: і бомбардування, і дегазація магми. Останній також сприяв формуванню атмосфери.

Походження живого на Землі

Ще один широко обговорюваний питання, пов`язане з історією розвитку Землі, - це поява живих організмів. На сьогоднішній день існує декілька гіпотез, що описують походження життя на Землі. Біологія, викладав років десять тому, відкривала перед учнями завісу таємниці: життя з`явилася у водах світового океану, в так званому первинному бульйоні. З тих пір картина дещо змінилася, обросла новими даними.

Урок «Походження життя на Землі» сьогодні починається з розповіді про РНК-світі. Рибонуклеїнова кислота, згідно з останніми дослідженнями, - перша молекула на планеті зі здатністю до самовідтворення. Наступним етапом на шляху від неживого світу до органічного було здобуття кордонів. Молекули РНК, ймовірно, тим чи іншим чином опинилися всередині порожнистих сфер, які в товщі води океану утворюються жирними кислотами. Так з`явився прототип найпростішої клітини: молекула РНК, оточена мембраною.

Формування обміну речовин між зовнішнім середовищем і РНК стало можливим завдяки здатності останньої притягувати одні нуклеотиди і відштовхувати інші. Походження життя на Землі біологія і суміжні науки вивчили ще не до кінця. Залишається безліч нез`ясованих питань. Серед них, наприклад, виникнення ділення і утворення багатоклітинних організмів.

Великий симбіоз

Менш туманною сьогодні вважається історія виникнення різних органел у клітині. Все почалося з появи у першому мікроорганізмів здатності до фагоцитозу, поглинанню поживних речовин з навколишнього середовища з утворенням харчових вакуолей. Новий спосіб харчування призвів до збільшення розмірів клітин: хижак повинен бути крупніше жертви. Спадковий матеріал при цьому зберігався у вигляді генофором, попередників хромосом. Прикріплялися вони безпосередньо до мембрани. Фагоцитоз супроводжувався появою сильної течії в цитоплазмі, в зоні якого виявлялися і генофором. Виникала небезпека втрати частини генетичного матеріалу або порушення його структури. В результаті в клітині утворилася порожнина, відокремлена мембраною від цитоплазми. Поступово вона перетворилася в ядро. Так з`явилися перші еукаріотичні клітини.

Такі органели, як мітохондрії і джгутики, швидше за все, виникли також в процесі фагоцитозу. Попередники сучасних клітин, поглинаючи їжу, обзавелися симбионтами, дружніми мікроорганізмами. Вони, використовуючи поживні речовини, що потрапляють в цитоплазму, стали здійснювати функції регуляції різних внутрішньоклітинних процесів. Згідно з концепцією симбиогенеза, таким чином в клітці з`явилися вже названі мітохондрії і джгутики. Багато сучасні дослідження підтверджують справедливість гіпотези.

Альтернативи

РНК-світ як попередник всього живого має «конкурентів». Серед них є і креаціоністські теорії, і наукові гіпотези. Багато століть існувало припущення про самозародження життя: мухи й хробаки з`являються в гниючих відходах, миші - в старому ганчір`я. Спростована мислителями XVII-XVIII століть, вона отримала друге народження в минулому столітті в теорії Опаріна-Холдейна. Відповідно до неї, життя виникло в результаті взаємодії органічних молекул в первинному бульйоні. Припущення вчених були побічно підтверджені в знаменитому експерименті Стенлі Міллера. Саме цю теорію і змінила на початку нашого століття гіпотеза РНК-світу.

Паралельно існує думка, що життя має спочатку позаземне походження. Принесли її на нашу планети, згідно теорії панспермії, все ті ж астероїди і комети, які «подбали» про формування океанів і морів. По суті, ця гіпотеза не пояснює появу життя, а констатує її як факт, невід`ємна властивість матерії.

Якщо узагальнити все вищесказане, стає зрозуміло, що походження Землі і життя на ній на сьогоднішній день - це все-таки відкриті питання. Сучасні вчені, звичайно, набагато ближче до розгадки всіх таємниць нашої планети, ніж мислителі Античності або Середньовіччя. Проте багато ще вимагає прояснення. Різні гіпотези походження Землі змінювали один одного в ті моменти, коли виявлялися нові відомості, які не вписуються в стару картину. Цілком можливо, що подібне може статися і в не настільки віддаленому майбутньому, і тоді на зміну усталеним теоріям прийдуть нові.