Походження Землі і загальна характеристика її розвитку

Проблема походження Землі та історія її розвитку може бути вирішена тільки при вивченні походження Сонячної системи і догеологічної еволюції нашої планети. Такі вчені як І. Кант, П. Лаплас, Д. Джинс, О.Ю. Шмідт, В.А. Крат, А.П. Виноградов вивчали ці питання, але кінцевої думки ще не існує. Останні наукові праці з цього питання представляють походження Сонячної ситеми за такою схемою.

Сонце і всі планети Сонячної системи виникли з хмари газопилкового складу, яка повільно поверталася і була складовою частиною неоднорідного газопилкового диску, розташованого близько екваторіальної площини Галактики.

Первинна планетна речовина була більш-менш однорідною за складом і недиференційованою, температура її була 220°С. Нормальна щільність газу в Галактиці у міжзірковому просторі складає 0,1 атома водню в 1 см³, щільність речовини в таких хмарах досягає 1000 атомів водню в 1 см³. Вважається, що хмара могла утворитися за рахунок згущення, головним чином, атомів водню.

У склад хмари могли входити також вуглець, азот, кисень і пилкоподібні частки мікронних розмірів. Рух речовини нагадував турбулентне, хаотичне переміщення матерії. Якщо хмара стає достатньо щільною і великою, то вона стає нестійкою: тяжіння стає переважаючою силою і хмара починає стискатися (колапсувати). Американським вченим Л. Спитцером показано, що хмара, маса якої в 10 - 20 тисяч разів перевищує масу Сонця, колапсує під дією власної сили тяжіння, якщо її щільність перевищує 20 атом/см³. У нашій Галактиці знайдено багато міжзіркових хмар з такими властивостями. Самовільне гравітаційне стиснення викликало ущільнення речовини до стану речовини зірки, і в центрі стали можливими термоядерні реакції, які супроводжувалися різким збільшенням об'єму і виділенням у вигляді вибуху великої кількості енергії і матерії. Таким чином, виникло протосонце. Решта речовини утворила біля нього широку, поступово сплющену газову плазмову хмару у вигляді диску з температурою в декілька мільйонів градусів (протопланетна хмара), з якої пізніше виникли планети, комети, астероїди та інші тіла Сонячної системи. Утворення протосонця і протопланетної хмари відбулося близько 5,5 млрд. років тому. З внутрішніх частин газопилкового диску почали утворюватися планети типу Земля, які складаються в основному з тугоплавких елементів, а з перефірійних частин диску - великі планети, багаті легкими газами, леткими елементами; в самій же зовнішній зоні виникла велика кількість комет. Утворення планет типу Земля відбувалася, на погляд академіка Віногродова А.П., шляхом поступового стягування речовини - акреції. Ці процеси відбуваються і донині.

З моменту утворення протопланет (5 млрд. років тому) починається догеологічна (астрономічна або космічна) еволюція. Протоземля сформувалася як космічне тіло, але ще не була планетою. Твердих ділянок ні на поверхні, ні в середині неї не існувало. Протоземля представляла собою холодне скупчення космічної речовини. Під впливом гравітаційного ущільнення, нагрівання ударами великих метеоритних тіл і виділення тепла радіактивними елементами речовина протоземлі почала розігріватися. Це призвело до диференціації речовини, яка продовжувалася на протязі всієї геологічної еволюції. Диференціація в свою чергу призвела до концентрації важких елементів у внутрішніх її областях, на переферії скупчувались легкі елементи. Так утворилися ядро і мантія, що є основним результатом догеологічної еволюції Землі, яка стала твердою планетою.

Геологічна еволюція вивчена ліпше, так як утворення цього часу (гірські породи) доступні до аналізу геологічними методами. У складі геологічної історії Землі виділяють дві якісно різні мегастадії: догеосинклінальну і геосинклінальну.

Догеосинклінальна мегастадія характеризується існуванням ядра і мантії Землі, однак земна кора ще не сформувалася. Виділяють місячну і нуклеарну стадії.

Місячна стадія тривала біля 4,5-4,0 млрд. років тому. Термічні процеси, які почалися ще в догеологічний час, йдуть інтенсивно. Радіогенне тепло складається з основних чотирьох елементів: U-238, U-235, Th-232, K-40. На Землю поступає також 1,36х10²⁴ кал променевої енергії Сонця, яка впливає на геологічні процеси. Внутрішній підігрів Землі відбувається нерівномірно. Це призводить до виникнення локальних вогнищ плавлення земної речовини при збереженні основної маси порід у консолідованому стані. На низу вогнища речовина починає охолоджуватись і кристалізуватися. Найбільш легкоплавкі компоненти будуть рухатися вгору швидше ніж тугоплавкі і скупчуватися в одному місці. Цей процес зонної плавки був змодельований в лабораторних умовах. Під дією зонної плавки почав формуватися первинний базальтовий шар земної кори.

Одночасно з виплавкою базальтового шару земної кори відбувається дегазація мантійного матеріалу. Газоподібні компоненти, які звільнялись при цьому, накопичувалися в навколоземному просторі внаслідок сили земного тяжіння. Конденсація парів води призвела до утворення перших водних басейнів на поверхні Землі. Вважають, що в кінці місячного періоду міг існувати океан, який повністю закривав планету.

Таким чином, місячна стадія завершилася утворенням базальтової земної кори, виникненням первинних атмосфери і гідросфери.

Нуклеарна стадія тривала 4-3,5 млрд. років тому. Виникає гірський рельєф вулканічного походження. Атмосфера і гідросфера руйнують нерівності рельєфу. Утворюються продукти руйнування - уламки порід, солі. Процесу ерозії підлягають вулканічні утворення. Формуються ефузиви основного складу. На цій стадії базальтова кора має вертикальні рухи. Пониження дна і суші заповнюються осадовими і ефузивними породами. Пухкі утворення скупчуються і ущільнюютья, метаморфізуються (утворюються гнейси, кварцити). Утворюються своєрідні овальні (куполовидні) структури, які називаються овоїдами, нуклеарними ядрами (нуклеос - ядро). Тому цю стадію іменують нуклеарною.

Основним результатом догеосинклінальних стадій розвитку Землі є виникнення земної кори.

Геосинклінальна мегастадія почалася 3,5 млрд. років тому і триває до цих пір. Принциповою відміною від попередніх стадій є наявність геосинклінальних систем. Виділяють ранньогеосинклінальну і геосинклинально-платформову стадію.

Ранньогеосинклінальна стадія (3,5-2,0 млрд. років тому, архей - протерозой) характеризується активним геосинклінальним розвитком земної кори. Йдуть процеси нарощування земної кори шляхом накопичення на її поверхні вулканогенних, осадових товщ і їх подальшого метаморфізму та гранітизації. В кінці архею відбуваються перші фази складчастості (2,6 млрд. років тому). На протязі архею віділяють дві епохи. В кінці раннього протерозою виникають давні платформи.

Геосинклінально-платформова стадія відрізняється наявністю і геосинкліналей, і платформ.

Геосинклінальна мегастадія поділяєтья на ряд циклів, кожен з яких завершується відмиранням тектонічно активних геосинклінальних областей, перевтіленням їх у гірськоскладчасті області, а надалі - у платформи. Виділяють архейсько-ранньопротерозойський (байкальський), ранньопалеозойський (каледонський); піздньопалеозойський (герцинський), мезозойський (кіммерійський) та кайнозойський (альпійський) етапи складчастості.

Контрольні запитання

1 З якої речовини утворилась протопланета Земля?

2 Чим закінчилась догеосинклінальна мегастадія геологічної історії Землі?

3 На які стадії поділяється геосинклінальна мегастадія?

4 Які етапи складчастості відбулись у період геосинклінальної мегастадії?