|
|
Powstanie Ziemi
Ziemia oraz pozostałe planety Układu Słonecznego powstały 4,54 ± 0,05 mld lat temu z mgławicy słonecznej – obłoku gazu i pyłu, który podczas powstawania Słońca przekształcił się w dysk. Z owego dysku miały powstać wszystkie planety oraz planetoidy.
Najstarszy materiał znaleziony w Układzie Słonecznym powstał 4,5672 ± 0,0006 mld lat temu. Wnioskuje się, że mniej więcej w tym samym czasie miało miejsce zjawisko akrecji, podczas którego powstawała Ziemia.
Powstanie i ewolucja ciał Układu Słonecznego dokonywały się równocześnie ze Słońcem. Zgodnie z hipotezą mgławicy słonecznej, w wyniku zapadania grawitacyjnego kurczyły się obłoki molekularne, które zaczęły się spłaszczać i obracać, tworząc dysk protoplanetarny. Z niego, równocześnie z gwiazdą, utworzyły się planety.
Według hipotezy nebularnej planetozymale formowały się m.in. przez działanie grawitacji. Masa Ziemi powiększała się przez 10–20 mln lat na skutek jej kolizji z innymi obiektami.
Powstanie Księżyca wciąż pozostaje tematem dyskusji. Według teorii wielkiego zderzenia, nastąpiła kolizja planety z obiektem wielkości Marsa i masie 1/10 masy Ziemi, nazywanym czasami Theą. Część masy tego ciała zintegrowała się z Ziemią, a niektóre odłamki uleciały w przestrzeń kosmiczną. Następnie, według hipotezy roboczej, z części odłamków i fragmentów skorupy ziemskiej wyrzuconych przy zderzeniu w kosmos (niewiele później od Ziemi, ok. 4,53 mld lat temu), uformował się Księżyc. Tak jak w przypadku Ziemi, powstał on w procesie akrecji.
Około 3,8–4,1 mld lat temu miał miejsce okres zwany Wielkim Bombardowaniem, podczas którego doszło do zderzenia licznych planetoid z Księżycem i planetami skalistymi Układu Słonecznego, co doprowadziło do zmian w wyglądzie znacznej części powierzchni Księżyca oraz w mniejszym stopniu w wyglądzie Ziemi. Początkowe bombardowanie przez planetoidy spowodowało, że powłoka zewnętrzna Ziemi była w fazie płynnej.
Historia geologiczna
Odgazowanie i aktywność wulkaniczna wytworzyły pierwotną atmosferę. Skraplająca się para wodna, wraz z lodem i wodą płynną pochodzącymi z planetoid, protoplanet, komet i transneptunów, doprowadziła do powstania ziemskich oceanów. Według tego modelu atmosferyczne gazy cieplarniane chroniły oceany przez zlodowaceniem, kiedy całkowita energia emitowana przez formujące się Słońce wynosiła 70% energii emitowanej współcześnie. Około 3,5 mld lat temu powstało ziemskie pole magnetyczne, które pomogło zapobiec zaniknięciu atmosfery przez działanie wiatru słonecznego. Akumulacja pary wodnej i innych gazów w atmosferze doprowadziła do powstania gęstych chmur, które przysłoniły promieniowanie słoneczne i wyzwoliły opady deszczu. W ten sposób płynna powierzchnia Ziemi zaczęła stygnąć, formując skorupę w postaci ciała stałego.
W eonie hadeiku planeta praktycznie pozbawiona była suchego lądu. W kolejnych erach powierzchnia obszarów wznoszących się ponad poziom morza stopniowo wzrastała. W ciągu ostatnich 2 mld lat powierzchnia wszystkich kontynentów zwiększyła się dwukrotnie. Według teorii tektoniki płyt proces kształtowania się powierzchni powodował w skali setek milionów lat nieustanny rozpad i ponowne formowanie kontynentów. Kontynenty te formowały się wskutek tektoniki płyt, procesu napędzanego przez ciągły ubytek ciepła z wnętrza Ziemi. Według tabeli stratygraficznej, wskutek migracji płyt litosferycznych trzykrotnie powstawał, a następnie rozpadał się superkontynent. Około 750 mln lat temu rozpadła się Rodinia, jedna z najstarszych tego typu formacji. Później kontynenty złączyły się ponownie i w okresie 600–540 mln lat temu istniał superkontynent Pannocja. Następnie powstała Pangea, która rozpadła się ok. 180 mln lat temu.
Około 3,2 mln lat temu nasiliły się wahania klimatu – po fali zimna (glacjał) następowało ocieplenie (interglacjał). Strefy podbiegunowe przechodziły cykle zlodowacenia i topnienia, powtarzające się co 40 000–100 000 lat (zlodowacenia trwały od 100 000 do 300 000 lat, a interglacjały od 15 000 do 220 000 lat). Taka sytuacja utrzymywała się przez całą epokę plejstoceńską. Ponieważ przez znaczną część swojej historii planeta prawdopodobnie pozbawiona była (lub miała niewielką ilość) lodu, epoka ta nazywana jest również epoką lodową. Ostatnie zlodowacenie zakończyło się 10 000 lat temu. Od tego czasu Ziemia jest w okresie interglacjału, w epoce holocenu.
Historia życia
Spekuluje się, że ok. 4 mld lat temu wysokoenergetyczne reakcje chemiczne doprowadziły do powstania samoreplikujących się cząsteczek; jedna z cząsteczek uzyskała możliwość powielania samej siebie, zapoczątkowując życie na planecie. W ciągu następne pół miliarda lat miał powstać wspólny przodek wszystkich żyjących obecnie na Ziemi organizmów.
Pierwotnie wszystkie organizmy żywe były cudzożywne. Podstawą ich rozwoju była energia chemiczna. Rozwój fotosyntezy u niektórych prokariotów umożliwiał im wykorzystanie energii słonecznej jako źródła energii; wydalany przez nie tlen gromadził się w atmosferze i w związku z oddziaływaniem wysokoenergetycznego promieniowania słonecznego doprowadził do powstania w jej górnej warstwie powłoki ozonu (odmiany alotropowej tlenu, O3). W wyniku wchłaniania mniejszych komórek przez większe w procesie endosymbiozy, rozwinęły się eukarionty. Prawdziwe organizmy wielokomórkowe powstały, kiedy komórki tworzące kolonie stawały się coraz bardziej wyspecjalizowane.
Organizmy żywe skolonizowały powierzchnię Ziemi wspomagane przez warstwę ozonową wchłaniającą szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe. Najstarszymi znalezionymi skamieniałościami świadczącymi o istnieniu życia jest biogenny grafit pochodzący ze skał metaosadowych powstałych 3,7 mld lat temu w zachodniej Grenlandii, oraz skamieniałości maty drobnoustrojowej (ang. microbial mat) znalezionej w piaskowcu w zachodniej Australii.
W latach 60. XX w. zaproponowano hipotezę Ziemi-śnieżki, która sugeruje, że w neoproterozoiku (750–580 mln lat temu), większość powierzchni planety pokrywał lód. Hipoteza jest szczególnie interesująca ze względu na fakt, że wydarzenie to poprzedziło eksplozję kambryjską, okres gwałtownego wzrostu liczby gatunków organizmów wielokomórkowych, w szczególności zwierząt.
W toku dalszej ewolucji, rozwinęły się m.in. następujące grupy zwierząt i roślin: ryby (505 mln lat temu), rośliny lądowe (438 mln), płazy (408 mln), gady (320 mln), ssaki (208 mln) i okrytonasienne (140 mln lat temu).
W ciągu ostatnich 535 mln lat na Ziemi nastąpiło pięć wielkich masowych wymierań oraz wiele pomniejszych. Ostatnie z nich – wymieranie kredowe, ok. 66 mln lat temu – wywołane zostało prawdopodobnie upadkiem 10-kilometrowej planetoidy. Kolizja obiektu z Ziemią wyzwoliła duże ilości pary i pyłów, które uniosły się do górnych warstw atmosfery i utrudniały docieranie promieni słonecznych na powierzchnię. Doprowadziło to do wyginięcia większości gatunków naziemnych (m.in. nieptasich dinozaurów), choć mniejsze i liczniejsze ssaki przetrwały, a przede wszystkim większości gatunków morskich otwornic, amonitów i belemnitów. W wyniku ewolucji ssaki zaczęły upodabniać się do ryjówkowatych. W ciągu ostatnich 66 mln lat historii Ziemi doszło do ewolucji i wzrostu różnorodności gatunkowej przedstawicieli gromady ssaków.
Kilka milionów lat temu afrykańska małpa człekokształtna (m.in. orrorin) wykształciła dwunożność i zdolność chodzenia w pozycji wyprostowanej. Dalsza ewolucja jednego z gatunków z rodziny człowiekowatych faworyzowała zdolność korzystania z narzędzi i komunikację, które stymulowały rozwój mózgu. Ostatecznie powstał człowiek współczesny – Homo sapiens. Wytworzenie własnej kultury, rozwój rolnictwa i postęp technologiczny pozwoliły człowiekowi w krótkim czasie wpływać na Ziemię w większym stopniu niż inne gatunki, co zapewniło mu status dominującego gatunku na Ziemi.
Więcej...>>>
Historia geologiczna
Szacunki dotyczące tego, jak długo Ziemia będzie posiadać korzystne warunki dla zamieszkujących ją różnych form życia, wahają się od 0,5 do 2,3 mld lat.
Przyszłość planety związana jest z cyklem życia Słońca. Stopniowe wyczerpywanie się zasobów wodoru w jądrze gwiazdy i wynikająca z tego akumulacja w jej wnętrzu helu mają prowadzić do zwiększania się świetlistości Słońca, która ma wzrosnąć o 10% w ciągu 1,1 mld lat, a o 40% za 3,5 mld lat. Modele klimatu sugerują, że wzrost promieniowania docierającego na powierzchnię Ziemi do 1,4 obecnej wartości jest wystarczający do całkowitego wyparowania jej oceanów. Inne scenariusze przewidują, że wody powierzchniowe mają wyparować całkowicie za 2,5 mld lat lub w ciągu miliarda lat.
Stopniowy wzrost temperatury powierzchni Ziemi powodować ma przyspieszenie wietrzenia skał, co z kolei doprowadzi do spadku zawartości dwutlenku węgla w atmosferze poniżej krytycznego minimum (10 ppm) dla roślin. Poziom ten ma zostać osiągnięty w ciągu 500–900 mln lat[54]. Brak okresu wegetacji doprowadzi do zaniku tlenu w atmosferze, a to z kolei do wyginięcia organizmów aerobowych w ciągu następnych kilku milionów lat. W ciągu kolejnego miliarda lat wyparują wszystkie wody powierzchniowe, a średnia globalna temperatura na Ziemi osiągnie 70°C. Ponadto nawet gdyby Słońce istniało wiecznie i przez cały ten czas pozostawało stabilne, 27% wody z obecnych oceanów w ciągu miliarda lat zstąpi do płaszcza ziemskiego.
Za ok. 5 mld lat Słońce, wskutek swojej ewolucji, przekształci się w czerwonego olbrzyma. Promień gwiazdy zwiększy się 250-krotnie, do około 1 au (150 000 000 km). Słońce straci również ok. 30% swojej obecnej masy, co spowoduje oddalenie się ziemskiej orbity od niego. Przy maksymalnej przewidywanej średnicy Słońca, Ziemia będzie od niego oddalona o 1,69 au (ok. 253 000 000 km), kiedy promień gwiazdy osiągnie swoją największą wartość. Planeta miałaby więc uniknąć wchłonięcia przez atmosferę słoneczną, mimo całkowitego, lub niemal całkowitego, wyginięcia na niej życia, spowodowanego zwiększoną 5000-krotnie jasnością Słońca. Artykuł z 2008 roku sugeruje jednak, że ziemska orbita, z powodu sił pływowych i oporu aerodynamicznego w dolnej chromosferze, wejdzie w atmosferę Słońca i planeta ulegnie zniszczeniu. Miałoby to nastąpić za 7,59 ± 0,05 mld lat.
Ponadto nawet pomijając cykl życiowy Słońca, kontynuacja ochładzania się wnętrza Ziemi doprowadziłaby do utraty atmosfery i oceanów wskutek zredukowanej aktywności wulkanicznej.
Należy także brać pod uwagę fakt istnienia na Ziemi cyklu masowego wymierania. Zakłada się, że jego pełen okres wynosi 62 ± 3 mln lat. Argumentem przemawiającym za jego istnieniem są ślady wykopaliskowe oraz badania na nich prowadzone. Szacuje się, że apogeum ostatniego okresu wielkiego wymierania miało miejsce około 66 mln lat temu, a sam okres trwał przez około 10 milionów lat (czyli jakieś 5 milionów przed i 5 milionów po). Naukowcy próbowali wyjaśnić przyczynę tak osobliwej powtarzalności w czasie. Jedna z kilku hipotez zakłada, że winowajcą wielkiego wymierania jest promieniowanie międzygalaktyczne na którego ponadprzeciętne dawki jesteśmy narażeni co 63,6 miliona lat. Szacuje się, że początek następnego okresu wielkiego wymierania nastąpi za około 5 milionów lat.
Hipoteza zakłada, że w okresie wielkiego wymierania ciągle rosnące natężenie promieniowania międzygalaktycznego przekracza pewną akceptowalną przez życie biologiczne granicę po czym następuje znaczne i wciąż narastające w czasie, pogorszenie warunków życia na ziemi oraz m.in. znacznie nasilają się przypadki powstawania błędów w kodzie DNA żywych istot, co w konsekwencji doprowadza do ich śmierci. Po okresie stopniowego wzrostu natężenia promieniowania międzygalaktycznego następuje okres największego jego nasilenia trwający kilka milionów lat, a następnie nasilenie promieniowania stopniowo spada przez kilka następnych milionów lat. Z tej przyczyny czynnik ten nie doprowadza do nagłej eksterminacji życia na Ziemi, a jedynie w bardzo znaczącym stopniu utrudnia jego egzystencję w dość długim okresie (ok. 10 milionów lat). Bezpośrednią przyczyną wahania się poziomu promieniowania międzygalaktycznego docierającego do naszej planety jest prostopadły ruch naszego układu słonecznego względem płaszczyzny Drogi Mlecznej oraz spadanie Drogi Mlecznej na wielką gromadę galaktyk w gwiazdozbiorze Panny. Najwyższy poziom promieniowania międzygalaktycznego przypada na okres maksymalnego wychylenia naszego układu słonecznego na północ naszej galaktyki. Wykres wzrostu promieniowania międzygalaktycznego jest bardzo zgodny z zapisem kopalnianym na Ziemi.
Źródło
Bibliografia
|
