Преди 4.6 милиарда години Слънчевата система е все още протозвезден облак (мъглявина), който се състои предимно от водород, хелий, лед и силикати. Този “облак”,  с произход вероятно експлозията на близка свръхнова, започва да се кондензира заради гравитацията. Сърцевината на мъглявината става все по-гъста и сблъсъците между частиците се увеличават, превръщайки кинетичната енергия в топлинна. Около 100 000 години след началото на този процес се образува гореща протозвезда, започва да се формира нашето бъдещо Слънце.  Газовият облак в центъра се сгъстява под влиянието на собствената си тежест, нагорещява се и започва термоядрен синтез на водородните атоми в хелий и така се ражда нашето Слънце. В околностите на Слънцето са оцелели само най-тежките и най-малко летливи елементи от първичния “облак” и те ще оформят планетите от земен тип, а на по-голяма дистанция по-леките материали като хелий и лед образуват газообразните планети като гиганта Юпитер. Някои от градивните елементи не се обединят, за да направят по-масивни тела и са били отблъснати от ефекта на гравитационната прашка от гигантската планета Юпитер до границата на Слънчевата система. Тези малки тела, направени от лед и скали, са групирани в две големи области: Пояс на Кайпер на разстояние между 30 и 100 астрономически единици от Слънцето иоблакът на Оорт, който образува обвивка около Слънчевата система между 10 000 астрономически единици и една светлинна година от Слънцето. Предполага се, че кометите летят към нас от тези две области, вместилища на огромен брой ядра комети, задвижвани от облака на Оорт или от пояса на Кайпер, от преминаването на Слънчевата система близо до звезда, галактически облак или от влиянието на галактическия диск. Илюстрация: David A. Hardy

Земята при формирането си е била “студена”, от сравнително хомогенна смес от тежки и леки елементи. По-късно започва тяхната гравитационна диференциация: тежките съединения (желязо) ще потъват към центъра на планетата, а леките (силиций) – ще изплуват към повърхността й… По изчисления на геофизиците при този процес се отделя чудовищна енергия 4 ·10³⁰ кал (еквивалентно на трилион пъти ядрените запаси на Земята). Това е напълно достатъчно за да се нагрее поначало студената Земя до почти разтопено състояние. Гравитационната диференциация е причина за сеизмичната и вулканичната активност.

Kогато Земята беше млада

Най-древните от известните ни минерали имат възраст 4.2 милиарда година. Въз основа на анализ на метеорити и лунна почва, възрастта на Земята се оценява на 4.5-4.6 милиарда години. Според сегашните представи по онова време всичко било покрито с дебел слой разтопена лава. Непрестанно изригвали вулкани, а повърхността на планетата ни е бомбандирана от метеорити и комети. Плътната атмосфера от метан, амоняк и водни пари била раздирана от страховити бури и бавно се охлаждала, образувайки океани, които били отначало много горещи, а след това топли.

Количеството на лагуните и плитчините било голямо. Те периодично пресъхвали и били заливани отново от приливите, които по онова време били огромни, защото Луната отскоро е спътник на Земята и е била на разстояние три пъти по-малко от сегашното. Ако добавим и ултравиолетовата радиация на Слънцето, безпрепятствено преминаваща през безкислородната атмосфера, едва ли можем да си представим “по-неравновесна” система от първичния океан.

Атмосфера?

В момента на образуване на Земята всички елементи на бъдещата й атмосфера и хидросфера са били в свързан вид, в състава на твърди вещества: водата – в хидроокиси, азота – в нитриди и в нитрати, кислорода – в метални окиси, въглерода – в графит, карбиди и карбонати. Съгласно съвременните представи, атмосферата и хидросферата са възникнали в резултат на дегазация на магмата, изливаща се при вулканични процеси от горната мантия и създаваща земната кора. В началото атмосферата и хидросферата се състоят от леки, летливи вещества (съединения на водорода, въглерода и азота), съдържанието на които на Земята като цяло е много малко – примерно милион пъти по-малко, отколкото в космоса. Причината за този дефицит е, че тези летливи вещества били “измити” от слънчевия вятър на протопланетарния облак. Заради по-голямата си маса (в сравнение с Меркурий, Марс, Венера) Земята все пак е успяла да “задържи” достатъчно от отделящите се от недрата й газове и водна пара да формират плътна атмосфера и мощна хидросфера. Земната повърхност надеждно се защитила от въздействия от космоса (силно охлаждане, ултравиолетовата радиция на Слънцето и космическите лъчи), а също и от метеоритната бомбардировка. Атмосферата има и едно важно свойство – парниковия ефект. Благодарение на него, температурата на земната повърхност е вместо равновесната -23^оС, е по-висока с цели 38^о и е поносимата за живите организми +15^оС. Схема: The Physical Earth , Mitchell Beazley (превод bgchaos) Счита се, че първичната атмосфера се състояла предимно от амоняк, вода, метан, окиси и двуокиси на въглерода. Отсъствието на кислорода й придавало възстановителни свойства. В такива условия органичните вещества можели да се създават по-просто и можели да се запазват дълго време. Съвременните вулканични газове се състоят от около 75% вода, 15% – въглеродни окиси, а остатъка – метан, амоняк, съединения на сярата (H₂S и SO₂), “кисели пушеци” (HCl, HF, HBr, HJ), а също и инертни газове; свободен кислород напълно липсва. Подобен е бил състава и в най-ранния етап от развитието на Земята, което е било потвърдено и от изследването на газовите мехурчета в най-древните (архейски) кварцити от Алданския щит.

Схема: The Physical Earth , Mitchell Beazley (превод bgchaos)

На схемата вляво се виждат огромните промени в състава на атмосферата на Земята. Значителна част от метанът и водородът са отлетели в космоса още в първите 200-300 млн.г. Така важния свободен кислород започнал да се натрупва преди 3500 млн.г. Сега атмосферата съдържа около 78% азот (N2), 21% кислород (O2), 1 % аргон, и 0.033% въглероден диоксид (CO2).

Хидросферата

За да се формира хидросферата почти всичката водна пара от състава на вулканичните газове е трябвало да се кондензира. В този първичен океан преминавали, разтваряйки се във водата и други съставни части от вулканичните газове, най-вече въглеродни окиси, “кисели пушеци”, окиси на сярата и част от амоняка. В резултат първичната атмосфера (съдържаща – в равновесие с океана – водни пари, CO₂, CO, CH₄, NH₃, H₂S и инертни газове, и се определя като възстановителна) оставала тънка, и температурата на повърхността на планетата не се отклонявала от равновесното положение, при което водата остава течна. Това и предопределило една от основните разлики от другите планети на Слънчевата система – постоянното наличие на хидросфера. Водата на Земята е толкова много, че може да се каже: Нашата планета е океанска. Ако равномерно се разпредели водата по повърхността й, то би се образувал слой с дълбочина 2.7km. Водата на Земята е предимно течна – 95%, Благодарение на удивителните свойства на водата – висока топлоемкост и ниско топлоотдаване, максималните температурни колебания рядко са извън диапазона от -50^оС до +50^о. В тези граници водата от хидросферата може да се намира и в трите си фази: течна, твърда и газоообразна и при определени условия да преминава от една в друга, което има огромно значение за функционирането на природната среда. Смекчаващо въздействие на топлинния режим има и облачната покривка, разпространена приблизително над 50% от земната повърхнина за разлика от плътната обвивка на Венера и нищожната на Марс. Как се изменял обемът на хидросферата? В разтопен базалт при температура 1000^оС и налягане 5-10хил. атмосфери е разтворена до 7-8% H₂O: именно толкова вода, както е установено от вулканолозите, се дегазира при изливането на лавата. Голяма част от тази вода, имаща мантиен произход, допълвала хидросферата, но част от нея се поглъщала обратно от скалите на океанската кора (този процес се нарича серпентинизация). Разчетите на геофизиците показват, че през архея водата в океанските падини била малко и постъпвала непосредствено от мантията.

Едва в началото на протерозоя нивото на океаните достигнало върховете на средно-океанските хребети, но през целия ранен протерозой практически целия обем вода постъпващ в океана се поглъщал от скалите на океанската кора. До началото на средния протерозой процесите на серпентизация завършили и океанската кора придобила съвременния си състав. От тогава обема на океаните отново започнал да нараства, и този процес ще продължава, постепенно забавяйки се докато на Земята не спрат вулканичните процеси.

Снимка: Hawaii Volcanoes National Park

Но защо именно от въглерода се изграждат молекулите на живота, а водата е избрана за универсален разтворител? – за това в следващата тема.

Източник: Des milliards de Terre, luxorion The Physical Earth , Mitchell Beazley

ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ И ЖИЗНИ НА НЕЙ, К.Ю. Еськов

Гипотеза происхождения Земли и Солнечной системы Гидросфера Планета Земля, Знания-сила