Гіпотези походження Землі. Походження планет

Питання походження Землі, планет і Сонячної системи в цілому хвилювало людей ще з глибокої давнини. Міфи про походження Землі простежуються у багатьох стародавніх народів. Китайці, єгиптяни, шумери, греки мали своє уявлення про формування світу. На початку нашої ери їх наївні уявлення замінили релігійні догмати, що не терплять заперечень. У середньовічній Європі спроби пошуку істини іноді закінчувалися багаттям інквізиції. Перші наукові пояснення проблеми відносяться тільки до XVIII в. Навіть зараз немає єдиної гіпотези походження Землі, що дає простір для нових відкриттів і їжу для допитливого розуму.

Міфологія древніх

Людина - істота допитливе. Здавна люди відрізнялися від тварин не тільки бажанням вижити в суворому дикому світі, але й спробою зрозуміти його. Визнаючи тотальна перевага сил природи над собою, люди стали обожнювати відбуваються. Найчастіше саме небожителям приписується заслуга створення світу.

Міфи про походження Землі в різних куточках планети значно відрізнялися один від одного. За уявленнями древніх єгиптян, вона вилупилася з священного яйця, зліпленого богом Хнума зі звичайної глини. За віруваннями острівних народів, землю вивудили боги з океану.

Теорія хаосу

Ближче всіх до наукової теорії підійшли стародавні греки. За їхніми поняттями, народження Землі відбулося з первородного Хаосу, наповненого сумішшю з води, землі, вогню і повітря. Це стикується з науковими постулатами теорії походження Землі. Гримуча суміш елементів хаотично оберталася, заповнюючи все суще. Але в якийсь момент з надр первородного Хаосу народилася Земля - богиня Гея, і її вічний супутник, Небо, - бог Уран. Спільними зусиллями вони наповнили мляві простори різноманітністю життя.

Схожий міф сформувався і в Китаї. Хаос Хунь-тунь, наповнений п`ятьма елементами - деревом, металом, землею, вогнем і водою - кружляв у формі яйця по безмежного Всесвіту, поки в ньому не зародився бог Пань-Гу. Прокинувшись, він виявив навколо себе лише мляву пітьму. І цей факт його сильно засмутив. Зібравшись з силами, божество Пань-Гу розломило шкаралупу яйця-хаосу, вивільнивши два начала: Інь і Ян. Важкий Інь опустився вниз, сформувавши землю, світлий і легкий Ян злетів вгору, утворивши небо.

Класова теорія формування Землі

Походження планет, і зокрема Землі, сучасними вченими досить вивчене. Але є ряд принципових питань (наприклад, звідки взялася вода), що викликають палкі суперечки. Тому наука про Всесвіт розвивається, кожне нове відкриття стає цеглинкою у фундаменті гіпотези походження Землі.

Знаменитий радянський вчений Отто Юлійович Шмідт, більше відомий за полярним дослідженням, згрупував всі запропоновані гіпотези і об`єднав їх в три класи. До першого належать теорії, які виходять з постулату про освіту Сонця, планет, лун і комет з єдиного матеріалу (туманності). Це відомі гіпотези Войткевича, Лапласа, Канта, Фесенкова, нещодавно перероблені Рудником, Соботович та іншими вченими.

Другий клас об`єднує уявлення, згідно з якими планети формувалися безпосередньо з речовини Сонця. Це гіпотези походження Землі вчених Джинса, Джеффріса, Мультона і Чемберлина, Бюффона та інших.

І, нарешті, до третього класу відносяться теорії, що не об`єднують Сонце і планети спільністю походження. Найбільш відома гіпотеза Шмідта. Зупинимося на характеристиці кожного класу.

Гіпотеза Канта

У 1755 році німецький філософ Кант походження Землі коротко описав наступним чином: первісна Всесвіт складався з нерухомих пилоподібних частинок різної щільності. Сили гравітації привели їх рух. Відбувалося налипання їх один на одного (ефект акреції), зрештою призвело до утворення центрального розпеченого згустку - Сонця. Подальші зіткнення частинок призвели до обертання Сонця, а разом з ним і пилової хмари.

В останньому поступово утворювалися окремі згустки речовини - зародки майбутніх планет, навколо яких за подібною схемою сформувалися супутники. Утворена таким шляхом Земля на початку свого існування представлялася холодною.

Концепція Лапласа

Французький астроном і математик П. Лаплас запропонував дещо відмінний варіант, що пояснює походження планети Земля і інших планет. Сонячна система, на його думку, утворилася з розпеченої газової туманності зі згустком частинок в центрі. Вона оберталася і стискалася під дією всесвітнього тяжіння. При подальшому охолодженні швидкість обертання туманності росла, по периферії від неї відшаровувалися кільця, які розпадалися на прообрази майбутніх планет. Останні на початковій стадії представляли собою розпечені газові кулі, які поступово охолоджується і твердне.

Недолік гіпотез Канта і Лапласа

Гіпотези Канта і Лапласа, що пояснюють походження планети Земля, були панівними в космогонії аж до початку ХХ століття. І зіграли прогресивну роль, служачи основою природничих наук, особливо геології. Головним недоліком гіпотези є нездатність пояснити розподіл всередині Сонячної системи моменту кількості руху (МКР).

МКР визначається як добуток маси тіла на відстань від центру системи і швидкість його обертання. Дійсно, виходячи з факту, що Сонце має більш ніж 90% всієї маси системи, воно повинно мати і високий МКР. Насправді ж Сонце має лише 2% загального МКР, планети ж, особливо гіганти, наділені іншими 98%.

Теорія Фесенкова

Зазначене протиріччя в 1960 спробував пояснити радянський вчений Фесенков. Згідно з його версією походження Землі, Сонце з планетами утворилися в результаті ущільнення гігантської туманності - «глобули». Туманність мала дуже розрідженій матерією, складеної в основному з водню, гелію і невеликої кількості важких елементів. Під дією сили гравітації в центральній частині глобули виникло звездообразное згущення - Сонце. Воно швидко оберталося. У результаті еволюції сонячної речовини в навколишнє його газово-пилову середу час від часу здійснювалися викиди матерії. Це призводило до втрати Сонцем своєї маси і передачі створюваним планетам значної частини МКР. Формування планет проходило шляхом акреції речовини туманності.

Теорії Мультона і Чемберлина

Американські дослідники астроном Мультон і геолог Чемберлін запропонували схожі гіпотези походження Землі і Сонячної системи, згідно з якими планети утворилися з речовини газових гілок спіралей, «витягнутих» із Сонця невідомої зіркою, яка пройшла на досить близькій відстані від нього.

Вченими було введено в космогонію поняття «планетезималь» - це згустки, сконденсовані з газів первісного речовини, які стали ембріонами планет і астероїдів.

Судження Джинса

Англійський астрофізик Д. Джинс (1919) припустив, що при зближенні з Сонцем іншою зіркою з останньою відірвався сигароподібний виступ, який надалі розпався на окремі згустки. Причому із середньої потовщеною частини «сигари» утворилися великі планети, а по її краях - дрібні.

Гіпотеза Шмідта

У питаннях теорії походження Землі оригінальну точку зору в 1944 році висловив Шмідт. Це так звана метеоритна гіпотеза, згодом фізико-математично обґрунтована учнями відомого вченого. До речі, в гіпотезі проблема освіти Сонця не розглядається.

Згідно теорії, Сонце на одній зі стадій свого розвитку захопило (притягнуло до себе) холодна газово-пилові метеоритне хмара. До цього воно володіло дуже малим МКР, хмара же оберталося зі значною швидкістю. У сильному гравітаційному полі Сонця почалася диференціація метеоритного хмари по масі, щільності і розмірами. Частина метеоритного матеріалу потрапила на світило, інша, в результаті процесів акреції, утворювала згустки-зародки планет і їх супутників.

У цій гіпотезі походження і розвиток Землі залежно від впливу «сонячного вітру» - тиску сонячного випромінювання, яке відштовхувало легкі газові компоненти на периферію Сонячної системи. Утворена таким чином Земля була холодним тілом. Подальший розігрів зв`язується з радіогенним теплом, гравітаційної диференціацією та іншими джерелами внутрішньої енергії планети. Великим недоліком гіпотези дослідники вважають дуже низьку ймовірність захоплення Сонцем подібного метеоритного хмари.

Припущення Рудника і Соботович

Історія походження Землі досі хвилює вчених. Відносно недавно (в 1984 році) В. Рудник і Е. Соботович представили власну версію походження планет і Сонця. Згідно з їх уявленнями, ініціатором процесів в газово-пилової туманності міг послужити близький вибух наднової зірки. Подальші події, на думку дослідників, виглядали так:

1. Під дією вибуху почалося стиск туманності і освіту центрального згустку - Сонця.
2. Від несформованого Сонця МРК передавався планетам електромагнітним або турбулентно-конвективним шляхом.
3. Стали утворюватися гігантські кільця, що нагадують кільця Сатурна.
4. В результаті акреції матеріалу кілець спочатку з`явилися планетезимали, згодом сформувалися в сучасні планети.

Вся еволюція проходила дуже швидко - протягом близько 600 млн років.

Формування складу Землі

Існує різне розуміння послідовності формування внутрішніх частин нашої планети. Згідно з однією з них, протоземля представляла собою невідсортоване конгломерат залізо-силікатного речовини. Надалі в результаті гравітації відбувся поділ на залізне ядро і силікатну мантію - явище гомогенної акреції. Прихильники гетерогенної акреції вважають, що спочатку акумулювалось тугоплавке залізне ядро, потім на нього налипали більш легкоплавкі силікатні частинки.

Залежно від вирішення цього питання може йтися і про ступінь первісного розігріву Землі. Дійсно, відразу ж після свого утворення планета почала розігріватися внаслідок спільних дій декількох факторів:

• Бомбардування її поверхні планетезималями, що супроводжувалося виділенням тепла.
• Розпад радіоактивних ізотопів, в тому числі короткоживучих ізотопів алюмінію, йоду, плутонію та ін.
• Гравітаційна диференціація надр (якщо взяти гомогенну акреції).

На думку ряду дослідників, на цій ранній стадії формування планети зовнішні частини могли перебувати в стані, близькому до розплаву. На фото планета Земля виглядала б розпеченим кулею.

Контракційна теорія освіти материків

Однією з перших гіпотез походження материків була контракційна, по якій горотворення пов`язувалося з охолодженням Землі і скороченням її радіусу. Саме вона служила фундаментом ранніх геологічних досліджень. На її підставі австрійський геолог Е. Зюсс синтезував всі існуючі на той час знання про структуру земної кори в монографії «Лик Землі». Але вже в кінці XIX ст. з`явилися дані, які свідчать, що в одній частині земної кори відбувається стиснення, в іншій - розтягнення. Остаточно звалилася контракційна теорія після відкриття радіоактивності і наявності в корі Землі великих запасів радіоактивних елементів.

Дрейф материків

На початку ХХ ст. зароджується гіпотеза дрейфу материків. Вчені давно помітили схожість берегових ліній Південної Америки і Африки, Африки та Аравійського півострова, Африки та Індостану та ін. Першим зіставив дані Піллігріні (1858 р), пізніше Біханов. Сама ідея дрейфу материків була сформульована американськими геологами Тейлором і Бейкером (1910) і німецьким метеорологом і геофізиком Вегенером (1912). Останній обґрунтував цю гіпотезу у своїй монографії «Походження материків і океанів», яка вийшла у світ в 1915 році. Аргументи, які наводились на захист цієї гіпотези:

• Подібність обрисів материків по обидві сторони Атлантики, а також материків, що оздоблюють Індійський океан.
• Подібність будівлі на суміжних материках геологічних розрізів позднепалеозойских і раннемезозойских порід.
• Скам`янілі рештки тварин і рослин, які свідчать, що стародавня флора і фауна південних материків утворювала єдину угруповання: особливо про це свідчать скам`янілі останки динозаврів роду лістрозавров, знайдені в Африці, Індії та Антарктиді.
• Палеокліматичні дані: наприклад, наявність слідів позднепалеозойского покривного заледеніння.

Формування земної кори

Походження і розвиток Землі нерозривно пов`язане з горотворенням. А. Вегенер стверджував, що материки, що складаються з досить легких мінеральних мас, як би плавають на підстильному їх важкому пластичному речовині базальтового ложа. Передбачається, що спочатку тонкий шар гранітного матеріалу нібито покривав всю Землю. Поступово цілісність його була порушена приливними силами тяжіння Місяця і Сонця, що впливають на поверхню планети зі сходу на захід, а також відцентровими силами від обертання Землі, що впливають від полюсів до екватора.

З граніту (імовірно) складався єдиний суперматерик Пангея. Він проіснував до середини мезозойської ери і розпався в юрському періоді. Прихильником цієї гіпотези походження Землі був учений Штауб. Потім виникло об`єднання материків північної півкулі - Лавразия, і об`єднання материків південної півкулі - Гондвана. Між ними виявилися затиснуті породи дна Тихого океану. Під материками залягало море магми, за яким вони рухалися. Лавразия і Гондвана ритмічно переміщалися то до екватора, то до полюсів. При зміщенні до екватора суперматерик фронтально стискалися, при цьому флангами натискаючи на тихоокеанську масу. Ці геологічні процеси багато хто вважає основними чинниками утворення великих гірських масивів. Рух до екватора відбувалося тричі: під час каледонского, герцинского та альпійського горотворення.

Висновок

На тему формування Сонячної системи випущено багато науково-популярної літератури, дитячих книг, спеціалізованих публікацій. Походження Землі для дітей в доступній формі викладено в шкільних підручниках. Але якщо взяти літературу 50-річної давності, видно, що на деякі проблеми сучасні вчені дивляться вже по-іншому. Космологія, геологія і суміжні науки не стоять на місці. Завдяки підкорення навколоземного простору люди вже знають, якою бачиться на фото планета Земля з космосу. Нове знання формує нове уявлення про закони Всесвіту.

Очевидно, що для створення з первородного хаосу Землі, планет і Сонця були задіяні могутні сили природи. Не дивно, що стародавні предки зіставляли їх зі звершеннями Богів. Навіть образно неможливо уявити походження Землі, картинки реальності напевно перевершили б найсміливіші фантазії. Але по крупицях знань, зібраних вченими, поступово вибудовується цілісна картина навколишнього світу.