Образование и эволюция Солнечной системы

К настоящему времени известны различные гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе и предложенные независимо немецким философом Кантом и французским математиком Лапласом. Точка зрения Канта заключается в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, в ходе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил, возникающих при быстром вращении в экваториальном поясе, от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты, которые образовались раньше Солнца. Однако, несмотря на различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате превращения туманности. И поэтому такую идею часто называют гипотезой Канта-Лапласа.

Согласно современным представлениям, планеты Солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Подобная точа зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого Шмидта. По его мнению, планеты образовались в результате объединения пылевых частиц. Возникшее около Солнца газопылевое облако сначала состояло из 98% водорода и гелия. Остальные элементы конденсировались в пылевые частицы. Беспорядочное движение газа в облаке быстро прекратилось и сменилось равномерным движением облака вокруг Солнца. Пылевые частицы сконцентрировались в центральной плоскости, образовав слой повышенной плотности. Когда плотность слоя достигла некоторого критического состояния, его собственное тяготение стало «соперничать» с тяготением Солнца. Слой пыли оказался неустойчивым и распался на отдельные пылевые сгустки. Сталкиваясь друг с другом, они образовали множество сплошных плотных тел. Наиболее крупные из них приобретали почти круговые орбиты и с своем росте стали обгонять другие тела, став потенциальными зародышами будущих планет. Как более массивные тела они присоединяли к себе оставшееся в-во газопылевого облака. В конце концов сформировались восемь больших планет, движение которых по орбитам остается устойчивым на протяжении миллиардов лет. В соответствии с этой гипотезой Солнце образовалось раньше планет. По современным оценкам возраст.солнца не менее 5 млрд лет.      

Эволюция Земли.

Особое место в Солнечной системе занимает Земля – единственная планета, на которой в течение миллиардов лет развиваются различные формы жизни. Известно несколько гипотез о происхождении Земли. Почти все они сводятся к тому, что исходным веществом для формирования планет Солнечной системы, в том числе и Земли, были межзвездная пыль и газы. Предполагается, что образованию планет из протоплазменного диска предшествовала промежуточная фаза формирования твердых и довольно крупных тел, называемых планетезималями; последующее их скопление и соударение вызвало аккрецию (наращивание) планеты, которая сопровождалась изменением гравитационных сил.

Есть противоположные мнения о тепловом состоянии Земли на разных стадиях ее развития. Вопреки гипотезе Канта-Лапласа об огненно-жидком исходном состоянии Земли, в первой половине XX в. обсуждалась идея об изначально холодной Земле, недра которой в дальнейшем стали разогреваться вследствие тепла, выделяемого при распаде естественных радиоактивных в-в. Однако в этой концепции не учитывалось выделение тепла при аккреции и особенно при соударении планетезималей больших размеров. Возможно, существенный разогрев Земли вплоть до температуры плавления ее в-ва произошел уже на стадии аккреции. Предполагается, что при таком разогреве начиналась дифференциация в-ва Земли на несколько оболочек и прежде всего на силикатную мантию и железное ядро. При этом нельзя исключать и радиоактивный источник тепла. Выделявшееся тепло повлекло за собой образование газов и водных паров, которые, выходя на поверхность, и формировали воздушную оболочку - атмосферу и водную среду нашей планеты. По оценкам некоторых ученых, формирование планеты Земля длилось 5-6 млрд лет.      

Геоболочки Земли.

Земля – самая большая планета в своей группе. Но, как показывают оценки, даже такие размеры и масса оказываются минимальными, при которых планета способна удерживать свою газовую атмосферу. Земля интенсивно теряет водород и некоторые другие лёгкие газы, что подтверждают наблюдения за так называемым шлейфом Земли.

Различают три главные концентрически расположенные области: ядро, мантия и кора. Ядро и мантия в свою очередь подразделяются на дополнительные оболочки, различающиеся физико-химическими свойствами. Ядро занимает центральную область земного геоида и разделяется на две части. Внутреннее ядро находится в твёрдом состоянии, оно окружено внешним ядром, прибывающем в жидкой фазе. Между внутренним и внешним ядрами нет чёткой границы, их разделяет переходная зона. О химическом составе ядра судят по плотности вещества в нём и на основании предположения, что состав ядра идентичен составу железных метеоритов. Чтобы внутреннее ядро оставалось твёрдым, а внешнее жидким, температура в центре Земли не должна превышать 4500 С, но и не быть ниже 3200 С. с жидким состоянием внешнего ядра связывают представления о природе земного магнетизма. Масса жидкого ядра перемещается при вращении Земли вокруг своей оси, а система возбуждения образуется токами, создающими замкнутые петли внутри сферы ядра.

Плотность и химический состав мантии, по данным сейсмических волн, резко отличаются от соответствующих характеристик ядра. Мантию образуют различные силикаты (соединения в основе которых кремний). Предполагается, что состав нижней мантии подобен составу каменных метеоритов. Верхняя мантия непосредственно связана с самым внешнем слоем – корой. Полагают, что внешняя мантия состоит из оливина, пироксена, полевого шпата. Хрупкая кора, обладающая высокой степенью жесткости, вместе с частью подстилающей мантии образует собой слой толщиной порядка 100 км, называемый литосферой.

Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, в основном слагается из 8 хим элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий и калий. Геологические особенности коры определяются совместными действиями на неё атмосферы, гидросферы и биосферы – этих трёх самых внешних оболочек планеты.

Самые верхние оболочки Земли – гидросфера и атмосфера – заметно отличаются от других оболочек, образующих твёрдое тело планеты. По массе это совсем незначительная часть земного шара, не более 0,025% всей его массы. Но значение этих оболочек в жизни планеты огромно. Гидросфера и атмосфера возникли на ранней стадии формирования планеты.

Среди сообщества оболочек Земли особое место занимает биосфера. Она захватывает верхний слой литосферы, почти всю гидросферу и нижние слои атмосферы. Под биосферой понималась совокупность заселяющей поверхность планеты живой материи вместе со средой обитания. Значимость этой системы выходит за пределы чисто земного мира, она представляет собой звено космического масштаба.