Какого будущее планеты Земля?

10 Авг
2014

Долгое время в мире господствовал хаос, в нем ничего нельзя было различить. Потом в этом хаосе выделились две силы: свет и тьма, а из них образовались небо и земля. И в это время появился огромный первый человек. Его дыхание превратилось в ветер и облака, голос его стал громом, левый глаз – Солнцем, правый – Луной. Из его тела образовалась Земля, руки, ноги, туловища превратились в 4 страны Света и 5 главных гор, а пот на его теле стал дождем. Кровь потекла по Земле реками, мускулы легли земной почвой, волосы превратились в травы и деревья. Из зубов его и костей образовались простые камни и металлы, из мозга – жемчуг и драгоценные камни.

Красивая легенда. Нужно сказать, что у всякого древнего народа есть своя теория о возникновении Вселенной и нашей планеты. Одна из них принадлежит знаменитому греческому философу и математику Анаксагору, который считал, что из всемирного хаоса благодаря действию всемирного разума образуются отдельные сгустки материи, превращающиеся потом в планеты. Это учение не встретило поддержки в Афинах, потому что он был приговорен к смерти за оскорбление богов. Только вмешательство Перикла заменило смерть на изгнание. «Не я потерял Афины, Афины потеряли меня», — гордо заявил Анаксагор.

Сегодняшняя теория возникновения нашей планеты отличается ненамного. Если заменить понятия всемирного разума на гравитацию, будет примерно то же самое. Тем более, что природы гравитации мы не знаем.

 

Как и когда возникла планета Земля?

В 1734 году о звездах и планетах задумался знаменитый шведский ученый, естествоиспытатель и теолог Эммануил Сведенборг, который предвосхитил ряд современных изобретений, в том числе подводные лодки и самолеты, и даже утверждал, что разговаривал с Богом. Он предположил, что Солнце и планеты Солнечной системы могли образоваться из разреженной туманности, из облака космической пыли. Правда, самого Сведенборга в связи с этой теорией вспоминают довольно редко.

Прославила она и другие имена. Иммануил Кант развил идеи Сведенборга в гипотезе, названной небулярной. В переводе с латыни «небула» означает облако, туманность.

В 1796 году свою лепту внес и выдающийся французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас, известный своим знаменитым диалогом с императором Наполеоном. Наполеон спросил его, верит ли он в Бога, на что Лаплас ответил: «Ваше Величество, для моей модели мира Бог не нужен».

Согласно небулярной гипотезе примерно 5 миллиардов лет назад молодое Солнце сформировалось из газо-пылевого облака и остывая и вращаясь все быстрее привело к тому, что от него отрывались газовые кольца, как с волчка отрываются песчинки, которые под действием сил тяготения преобразовывались в маленькие сгустки вещества – так называемые планетезимали – размером от нескольких миллиметров до нескольких километров. Это были зародыши будущих планет, в том числе и Земли.

В конце эпохи формирования планет Солнечная система была населена сотней протопланет. Будущие планеты, очищая космос вокруг себя от пыли, газа и более мелких тел, забирали их вещества себе. Все сталкивалось и слипалось, как снежный ком, эти зародыши росли и превращались в протопланеты. Самыми плотными стали Меркурий, Венера, Земля и Марс. Их называют теперь планетами земной группы, они совсем не похожи на остальных соседей по Солнечной системе.

Среди планет земной группы Земля прошла дальше всех по пути формирования своих оболочек. У третьей планеты от Солнца есть ядро, мантия, кора, океаны, атмосфера. Земле повезло: стабильная орбита, достаточно тепла, чтобы вода не замерзала, но и не слишком много, чтобы вода не превращалась в пар. Не все в Солнечной системе могут этим похвастаться.

Венера менее изучена, но ясно, что там тоже есть свое ядро, своя мантия и, возможно, кора. Но из-за высокой температуры там нет океанов, и очень плотная атмосфера.

Мы пока что очень плохо знаем Меркурий, но вещество этой планеты более тяжелое, чем у остальных планет земной группы. По-видимому, составляющая, связанная с железом, там более высокая, чем у других планет земной группы.

По космическим меркам наша Земля молода, ей нет и 5 миллиардов лет. Но у Земли нет свидетельства о рождении. Как же узнать ее возраст?

В 2007 году Александр Немчин и его коллеги из Технологического университета имени Джона Кертина в городе Перте в Австралии нашли в местном горном массиве циркон. Циркон, или силикат циркония – один из древнейших на Земле минералов, по его возрасту определяют возраст той или иной геологической формации. Было установлено, что этот циркон образовался 4,3 млрд. лет назад, и что к тому моменту на нашей планете уже существовали зачатки континентов, воды, и что самой планете было не менее, чем 150 млн. лет. Это произвело сенсацию.

За эти миллионы лет пройдет огромный путь от планетезимали, зародыша, до формирования полноценной планеты. Конечно, не совсем такой, какой мы ее знаем. Этот процесс сборки ученые называют аккреция.

Процесс аккреции – очень энергоемкий. Из-за того, что выделяется потенциальная энергия космических частичек, эта энергия переходит в тепло. По оценкам многих ученых этот процесс продолжался совсем не долго, всего 100 млн. лет.

Скорее всего образуется не один зародыш, а в зоне питания той же Земли могло быть несколько зародышей, один из которых получил преимущественный рост и поглотил остальные зародыши. Вопрос о том, что считать датой возникновения Земли, очень непростой.

Подобно туману, подобно облаку и подобно облаку пыли была земля при своём сотворении, в начале своей телесности. Затем горы появились из воды, большие горы выросли мгновенно.

Только чудом, только магическим искусством были образованы горы и долины, и немедленно кипарисовые и сосновые рощи пустили побеги на поверхности земли. Так описывает рождение Земли эпос майя Пополь-Вух.

Прояснить биографию Земли могли бы другие планеты, решили ученые. Первая же экспедиция американского космического проекта «Аполлон» в 1969 году привезла на Землю 22 килограмма лунного грунта, а потом еще и еще. К американским миссиям присоединялись советские станции «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24». Всего на Земле оказалось более 200 кг лунного грунта.

На Луне присутствуют породы возрастом более 4,4 млрд. лет. Поэтому возраст формирования Земли оценивается порядка 4,5 млрд. лет за вычетом того периода, когда Земля только еще росла из планетезимали. Остается вопрос о том, что считать возрастом: начало роста или уже сформировавшуюся планету.

С Луной связана еще одна загадочная страница в биографии нашей планеты: а собственно, откуда взялась Луна?

В 1609 году Галилео Галилей впервые обнаружил в свой телескоп на Луне кратеры и горы. Установлено было, что Луна – каменистое тело, планета. По поводу ее происхождения сразу возникло три гипотезы. Первая считала, что Луна захвачена Землей из мирового пространства. Вторая – что наоборот, Луна оторвалась от Земли, на этом месте на Земле образовалась вмятина – Тихий океан. Третья гипотеза считала, что Луна склеилась из разных мелких спутников. Вряд ли кто-то думал, что интерес к Луне снова вернется после запуска орбитального телескопа «Кеплер».

6 марта 2009 года с мыса Канаверал отправился на орбиту астрономический спутник НАСА. Эту уникальную космическую обсерваторию оснастили сверхчувствительными приборами, предназначенными для поиска планет вне Солнечной системы. Спутник назвали в честь немецкого математика и астронома Иоганна Кеплера, открывшего законы движения планет. К декабрю 2011 года телескоп нашел 33 планеты и 2326 объектов, которые могут быть планетами.

Вокруг некоторых звезд видно протопланетное облако, в котором и идет образование планет. Наблюдая разные стадии разных планетных систем, астрофизики наблюдают за процессом формирования планет.

Но одна планетная система, открытая тогда телескопом «Кеплер», заставила говорить о себе даже людей, далеких от астрономии. Выяснилось, что в системе KOI-730 вокруг тамошнего солнца вращается две примерно одинаковых планеты на угловом расстоянии друг от друга порядка 60 градусов, причем по одной и той же орбите. Такой процесс стал возможен благодаря так называемым «сладким» гравитационным пятнам или точкам Лагранжа, когда два массивных тела могут уравновесить третье. В нашей Солнечной системе такого нет, но в принципе, если это так, что у Земли может быть свой близнец.

Это открытие вновь заставило вспомнить об ударной теории образования Луны. Согласно этой теории вскоре после формирования Солнечной системы гипотетическая планета Тейя размером примерно с Марс врезалась в Землю. Осколки от взрыва собрались в тело, которое сейчас мы называем Луной.

По расчетам планетологов до удара Тея должна была находиться как раз в точке Лагранжа, расположенной на орбите Земли, откуда ее столкнули гравитационные возмущения. Но это пока лишь гипотеза. Вернемся к тому, что происходило с нашей Землей, если не думать о вмешательстве третьих сил.

Постепенно наша планета разогревалась и через 100 млн. лет после начала формирования космического тела температура на глубине 500 км достигала 1500 градусов. Эта температура выше температуры плавления основных земных пород типа базальта. Поэтому началось постепенное плавление земного вещества. Это планетарное тесто стало перемешиваться под действием гравитации. Тяжелые частицы стали опускаться вниз, легкие – подниматься наверх. Началась так называемая гравитационная дифференциация. Это очень энергоемкий процесс, связанный с выделением тепла. В итоге этого перемешивания образовалось плотное земное ядро.

Ядро – это центр нашей Земли. Оно тяжелое. Природа его непонятна: то ли оно жидкое, то ли оно железное. Притяжение этого ядра вызывает конвективные течения внутри нашей планеты. В результате того, что легкие вещества поднимаются на верх, а тяжелые опускаются вниз, образуются внешние оболочки Земли – мантия, земная кора и литосферные плиты, которые перемещаются по поверхности нашей планеты, подчиняясь уравнениям сферической тригонометрии.

Если сравнивать с женщиной, то нашей планете где-то 30 лет, может быть 32 года – самый прекрасный возраст. Наша планета хорошо выглядит.

Геологи делят жизнь планеты на эоны. Самый древний эон – катархей или гадей, это младенчество планеты. Сутки в начале катархея длились 6 часов, атмосфера была разреженной, а молодое Солнце грело слабо. Непрерывные землетрясения и падающие метеориты – Земля была не самым приятным местом.

На смену младенчества Земли пришло ее детствоархей, второй эон от 3,5 до 2,5 млрд. лет назад. Кислородной атмосферы на Земле поначалу не было, но первые анаэробные бактерии начали формировать многие ныне существующие залежи полезных ископаемых. Позже возникли бактерии и сине-зеленые водоросли, ставшие полными хозяевами планеты. Древние породы погребены под более молодыми осадками, оставленными последующими эпохами.

Архей сменился протерозоем, когда появилась атмосфера, а планету постепенно начали заселять живые организмы.

Современный нам эон – фанерозой, в переводе «время явной жизни» — начался 542 миллиона лет назад. Планета к тому времени уже стала привлекательной юной женщиной.

 

Будущее планеты Земля

Сейчас мы переживаем расцвет нашей планеты, как женщина в зрелом возрасте, как будто все неприятности остались позади. Однако, это далеко не так. Существует знаменитая теория суперконтинентальных циклов Валерия Трубицына, которая получила признание и в нашей стране, и зарубежом, потому что существует теория перестройки одноячеистой системы в двуячеистую, последовательного соединения континентов и их разъединения, а также ряд аналогичных теорий, которые показывают, что цикличность в изменении положения наших континентов еще далеко не завершена.

В 1970-е годы Валерий Трубицын напечатал несколько теоретических работ, которые значительно изменили представления физиков о свойствах твердого водорода. Впоследствии выводы Трубицына были полностью подтверждены экспериментами. Тогда они настолько взбудоражили научную общественность, что по слухам сам «отец» водородной бомбы Эдвард Теллер обратился к президенту США с просьбой выделить средства для проверки теории советского ученого.

Но вернемся к нашей теме и предоставим слово самому Трубицыну.

«Вот современная Земля. Я взял положение континентов, температуру внутри Земли я нашел по сейсмическим данным. И тогда как бы нагрел сферу, положил на нее континенты и посмотрел, что с ними будет. Оказывается, они начинают двигаться, три континента – Африка, Евразия и Австралия – соединяются, Южная Америка отрывается от Северной и идет к Антарктиде».

Изучение истории перемещения континентов показало, что с периодичностью около 600 миллионов лет все материки собираются в единый блок, который затем раскалывается. Последний суперконтинент Пангея, расколовшийся на те материки, которые мы знаем сегодня, образовался 280-300 млн. лет тому назад. Под каждым континентом имеется нисходящий поток, и когда самый большой поток тянет соседний континент, он приближается вместе с континентом, образуется еще более мощный нисходящий поток, и он соединяет все континенты в суперконтинент.

За Земле есть два больших водоворота – под Индонезией и под Южной Америкой (в районе Чили). Там дно океана уходит вниз, плиты холодные. Один водоворот тянет к себе Евразию, Антарктиду и Африку, а второй тянет к себе Антарктиду и сближается с ней. Т.е. существует два центра сгущения континентов.

Валерию Трубицыну и его соавтору Юрию Рыкову удалось доказать, что континенты, состоящие из относительно тонких литосферных плит – не более 100 км, определяют поведение всей мантии до глубины 2700 км. Не будь на Земле континентов, не работал бы механизм конвекции, который активно перемешивает вещество внутри нашей планеты, на давая остывать и останавливаться в своем развитии. Движение – это жизнь, таков рецепт здоровья даже для целой планеты.

Эта дифференциация, которая образовала земное ядро, мантию и земную кору, продолжается до сих пор. И пока в мантии происходит дифференциация вещества, поддерживается тепловой режим Земли, то образуются новые фрагменты коры. Хотя 90% и более земной коры образовалось еще давно, в архее, но остальные 8-9% коры образуется даже и в наше время. И вот фрагменты, где формируется сейчас земная кора – это срединно-океанические хребты.

Система срединно-океанических хребтов была открыта благодаря изобретению прецессионного эхолота относительно недавно, в середине 1960-х годов. Ученые обнаружили, что существует целая полоса хребтов, которая протягивается через все океаны, образуя как бы полоску на теннисном мяче. Самый типичный – срединно-атлантический хребет, который делит Атлантический океан на две примерно равные части. Вдоль этих хребтов происходит внедрение новых порций магмы и раздвижение плит. Более плотная океаническая литосфера пододвигается под континентальную, и ее вещество попадает в мантию Земли. Там происходит гетерогенное перемешивание. Этот процесс циклический, он возобновляется в течение последних 1,5 млрд. лет.

Главный эффект от движения литосферных плит сегодня – землетрясения и извержения вулканов. В будущем из-за этого бесконечного процесса перемешивания на лике Земли появятся два суперконтинента, один – более мощный – притянет другой, и образуется новая Пангея. Это должно произойти, судя по расчетам, примерно через 200 миллионов лет.

Дрейф континентов заметно меняет внешний облик нашей планеты. Со временем движение континентов будет замедляться, Земля будет остывать, рано или поздно континенты сядут на мель. Нас будет нагревать энергия Солнца, через 3,5 млрд. лет от этой энергии Земля и все ее обитатели сгорят. Будем надеяться, что человечество к этому времени сумеет перебраться на какие-то другие планеты, если, конечно, доживет.


 

Комментарии:

наверх