Ziemia

Narodziny Ziemi

Ziemia widziana przez Apollo 17
fot. Ziemia widziana przez Apollo 17
(autor: NASA)

Dzieje Ziemi rozpoczęły się w momencie potężnego wybuchu masywnej gwiazdy - supernowej. Świadczą o tym wyniki badań meteorytów, które pozostały jako zbędne resztki po powstaniu Układu Słonecznego. Duże znaczenia mają tu również dane uzyskane dzięki badaniom izotopów.

Fala uderzeniowa jaka powstała wskutek wybuchu supernowej, spowodowała w innym miejscu - po mniej niż milionie lat - utworzenie się olbrzymiego gazowo-pyłowego obłoku. Znajdujące się w nim i oddalone dotychczas od siebie atomy wodoru i helu przemieszczały się z atomami cięższych pierwiastków - np. węgla, stanowiącego podstawę znanych nam form życia, a także, azotu i żelaza- które swego czasu powstały w gwieździe i zostały siłą jej wybuchu rozproszone w przestrzeni kosmicznej.

Jednocześnie wszystkie atomy podążały z wolna w kierunku środka obłoku. Działało przy tym coraz intensywniej prawo powszechnego ciążenia, dzięki któremu obłok stopniowo się kurczył. Istniejące wewnątrz niego zawirowania doprowadziły do powstania mniejszego, obracającego się fragmentu, który wkrótce całkowicie odłączył się od otoczenia, a następnie zaczął gwałtownie się kurczyć, w związku z czym wirował coraz szybciej. Po kilku milionach lat ten fragment wirował w końcu z taką szybkością, że przekształcił się stopniowo w cienki dysk o średnicy około 80 mld kilometrów. Była to mgławica słoneczna, z której powstał następnie Układ Słoneczny.

Minęły znowu dziesiątki tysięcy lat, podczas których cięższe pierwiastki, jak żelazo i nikiel, przemieszczały się stopniowo od centrum owej mgławicy. Jej środkowa część wskutek grawitacyjnego zapadania stawała się coraz gorętsza, podczas gdy obrzeża coraz bardziej stygły. Tu małe pyłki zbijały się, tworząc stopniowo coraz większe ziarna, które z czasem urosły do rozmiarów skalnych brył, a w końcu - stosunkowo dużych ciał o średnicy kilku kilometrów, tak zwanych planetozymali. niezliczone planetozymale krążące wokół powstającego w centrum układu prasłońca zderzały się ze sobą, tworząc protoplanety. Te całkiem już masywne ciała o średnicy od kilkuset do tysiąca kilometrów przyciągały z otoczenia jeszcze większe ilości materii. W środku mgławicy prasłońce na tyle już zgęstniało, że niemal cała masa fragmentu obłoku, z którego powstało, połączyła się w całość - i jego wnętrze zaczęło płonąć. ruszył reaktor termojądrowy, przetwarzający wodór w hel. Uwalniała się przy tym energia, która sprawiała, że Słońce zaczęło w końcu świecić. Planety nie były jednak jeszcze gotowe. Ziemia również nie zyskała swej ostatecznej postaci i musiała niejedno przejść, nim zmieniła się w obecną naszą planetę.

Przede wszystkim nasza praziemia musiała przetrwać jeszcze gwałtowniejsze niż poprzednio bombardowanie skalnymi bryłami. Młody Układ Słoneczny przepełniony był niezliczonymi planetoidami, a ich chaotyczne orbity krzyżowały się niemal doskonale kołowymi orbitami planet, z którymi dość często się zderzały. Każda taka kolizja dostarczała rodzącej się Ziemi energii i nowego kosmicznego materiału. Owa praziemia byłą dość gorąca, a jej powierzchnia pozostawała w stanie ciekłym. Jej atmosfera składa się początkowo niemal wyłącznie z wodoru. Gdy jednak Słońce rozpaliło się jak należy, zaczął wiać od niego tak zwany wiatr słoneczny-strumień jonów i elektronów pędzący w kierunku planet z prędkością dochodzącą do 2000 km/s. Ziemia miała za małą masę, by jej atmosfera chroniła ją przed tym słonecznym huraganem. wiatr słoneczny wypychał gaz z wnętrza dysku na jego peryferie. Tam właśnie powstawały gazowe planety olbrzymy. Przez wiele milionów lat nie działo się na Ziemi nic szczególnego. Jako całkiem martwa skalna bryła okrążała Słońce. Jej gorąca i ciekła powierzchnia stopniowo stygła, krzepła, pękała i kurczyła się. Kurczenie się coraz bardziej rozgrzewało wnętrze Ziemi, aż metale poczęły się topić. Ziemia zaczęła żyć przynajmniej z geofizycznego punktu widzenia.

Taka zatem zewnętrznie spokojna Ziemia kryła jednak pod swą bardzo jeszcze cienką skorupą niezwykle intensywne życie wewnętrzne, które co rusz przebijało się przez jej zastygłą powierzchnię. Wśród zmieszanych ze sobą związków chemicznych znajdowały się również bardzo ciężkie, które powstały w ciągu nie więcej niż 1-2 minut podczas eksplozji supernowej w jej pędzącej z prędkością kilkudziesięciu tysięcy kilometrów na sekundę otoczce, mającej temperaturę kilku miliardów stopni:tor i uran. Ich bardzo duże jądra, złożone z ponad 230 nukleonów (protonów i neutronów), są nietrwałe i łatwo ulegają rozpadowi promieniotwórczemu. Zostają wówczas uwolnione wysokoenergetyczne cząstki i promieniowanie gamma, a wytworzona przy tym energia jest na tyle duża, że silnie ogrzewa otoczenie rozpadającego się jądra. Wnętrze Ziemi uległo więc stopnieniu nie tylko w skutek panującego w nim ciśnienia, ale także dzięki rozmaitym procesom rozpadu promieniotwórczego. W jej powierzchnię nadal uderzały z prędkością dochodzącą do 11 km/s najróżniejszej wielkości meteoryty, przebijając skorupę ziemską i przekazując wnętrzu naszej planety swą ogromną energię ruchu w postaci ciepła. Meteoryty także przyczyniały się więc do ogrzewania i roztapiania materii wchodzącej w skład naszego globu. jej topnienie powodowało z kolei rozdzielenie się pierwiastków lekkich i ciężkich. Siła ciężkości przemieszczała ciężkie żelazo i nikiel do środka planety. Z obu tych pierwiastków powstało pierwsze proste jądro Ziemi. Wciąż jeszcze bardzo gorąca, rozpalona do białości papka złożona z mniej gęstych, lżejszych materiałów, głównie krzemianów (związków krzemu, takich jak kwarc), płynęła z kolei w kierunku skorupy ziemskiej i utworzyła kulistą powłokę z ciekłej skały, czyli płaszcza Ziemi. Ów prąd wstępujący transportował do góry także pierwiastki promieniotwórcze, które tu wskutek rozpadu rozgrzewały otoczenie tak dalece, że wnętrze ziemi także dziś jest bardzo gorące i w dużym stopniu ciekłe.

Opadające na jądro Ziemi ciężkie pierwiastki uwalniały energię grawitacyjną, która wraz z energią powstającą podczas rozpadu ciężkich jąder pierwiastków promieniotwórczych - toru i uranu- spowodowała wydzielanie się wystarczającej ilości ciepła, by stopiło się również żelazo przemieszczające się w kierunku jądra. W ten sposób powstała we wnętrzu Ziemi utrzymująca się do dziś nadwyżka ciepła, wywołująca tak zwane prądy konwekcyjne (prądy unoszenia) w płynnych skałach płaszcza Ziemi. Roztopione skały przebijały się pod ciśnieniem wewnętrznych prądów przez najcieńsze miejsca skorupy ziemskiej na jej powierzchnię. Powodowały powstanie potężnych stożków wulkanicznych, z których kraterów wylewały się potoki lawy, pokrywającej i wyrównującej pierwotną powierzchnię naszej planety. Prądy konwekcyjne ciekłej materii powoli ochładzały Ziemię, a nad jej płaszczem stopniowo powstawała nowa skorupa. Ale głęboko we wnętrzu naszej planety nadal zachodziło rozdzielenie się składników jej jądra.

Rotująca Ziemia
fot.Animacja ukazująca rotująca Ziemię (źródło: http://en.wikipedia.org/wiki/)

Wzrastające ciśnienie spowodowało ponowne zestalenie się jego środkowej części (jądra wewnętrznego), natomiast żelazo w jądrze zewnętrznym pozostało płynne. Wznoszące się i opadające prądy ciekłego żelaza uruchomiły gigantyczny proces elektryczny. Powstała "prądnica", maszyna, która napędzana przez przepływy metalu, wytwarza potężne prądy elektryczne, powodujące z kolei powstawanie pola magnetycznego, przenikającego całą kulę ziemską i sięgającego nawet w przestrzeń kosmiczną. Pole geomagnetyczne ma taki sam kształt jak pole wytwarzane przez magnes sztabkowy - również ono rozciąga się daleko poza sam magnes. Dla Ziemi pole magnetyczne jest tarczą czy też ekranem ochronnym. Osłania ono powierzchnię naszej planety przed szybkimi wysokoenergetycznymi cząstkami, wysłanymi przez Słońce.

Na powierzchni Ziemi także zaszły rozmaite zmiany. Z gorącej lawy wydobywały się (można śmiało powiedzieć, że dosłownie wygotowały się) ogromne ilości najróżniejszych gazów. Gazy te-para wodna, dwutlenek węgla, metan i amoniak-które wydostały się z gorącego wnętrza Ziemi i znalazły w otaczającej ją lodowato zimnej przestrzeni kosmicznej, utworzyły z czasem wokół młodej planety pierwszą atmosferę.

Woda jest związkiem chemicznym najpowszechniej występującym na naszym globie. Obecnie pokrywa około 71% powierzchni Ziemi. Łącznie znajduje się na niej 1,3 mld km3 wody słonej i zaledwie 4,2 km3 wody słodkiej.

Ziemia uzyskała wodę wskutek zderzeń z kosmicznymi bryłami lodu. W czasie wierceń wypompowano z głębokości kilku tysięcy metrów interesującą ciecz. Ta bardzo lepka mieszanina wody, soli i gazów zawierała pierwiastek, który nigdy nie bywa pochodzenia ziemskiego: hel-3, izotop helu. Może się on dostać na Ziemię jedynie z Kosmosu, z reguły w postaci wtrąceń zawartych w spadających na nią meteorytach. Być może hel-3 zachował się w owej cieczy jako pozostałość po meteorytach i planetoidach, zderzających się z Ziemią w początkach istnienia Układu słonecznego. niewykluczone, że to właśnie one dostarczyły na nią wodę. Z oceanów pierwiastek ten dawno już zniknął, ale kilka kilometrów pod naszymi nogami tej kosmicznej substancji pozostało jeszcze niemało. Wynikałoby stąd, że większość wody znajdującej się na Ziemi nie powstała na niej, lecz pochodzi z przestrzeni kosmicznej.

Na naszej praziemi deszcz padał i padał. Lało bez przerwy, dzień i noc. Woda zbierała się w zagłębieniach i wypełniała kratery, które pozostawały po zbombardowaniu Ziemi przez meteoryty i planetoidy w początkach istnienia naszej planety. Woda zaczęła kształtować jej powierzchnię, stopniowo niwelując znajdujące się na niej nierówności. Wypłukiwała również zawarte w minerałach związki chemiczne, dzięki czemu powstały słone oceany.

Podczas trwania ulewy oblicze Ziemi nieustannie się zmieniało. Pojawił się na niej kolejny produkt chemicznych przemian węglowodorów, a mianowicie dwutlenek węgla. Związek ten ma właściwości gazu cieplarnianego: zatrzymuje docierające do powierzchni Ziemi ze Słońca promieniowanie cieplne, przyczyniając się do ogrzania jej atmosfery i skorupy, a tym samym mając decydujący wpływ na rozwój naszej planety.

trzecim ważnym składnikiem ziemskiej atmosfery jest azot, którego obecność jest niewątpliwie wynikiem kosmicznej pomyłki. Podczas powstawania Ziemi cząsteczki amoniaku, zbudowane z atomów azotu i wodoru, przypadkowo zostały gdzieniegdzie wbudowane w struktury tworzących skorupę ziemską skał krzemianowych, zamiast podobnej wielkości atomów potasu. W następnych etapach kształtowania się naszej planety niemal cały azot został ponownie uwolniony i stał się z czasem głównym składnikiem ziemskiej atmosfery.

Pod ciężkimi deszczowymi chmurami poszczególne zbiorniki wodne rozrastały się i łączyły, tworząc jeden wszechocean. W ten sposób powstała w Układzie Słonecznym jedyna w swoim rodzaju wodna planeta. Ten wodny świat otaczała cienka atmosfera, złożona głównie z dwutlenku węgla. W kroplach deszczu rozpuściła się jednak większość tego związku, a następnie wskutek określonych procesów geologicznych został chemicznie związany w zawierających związki potasu oraz magnezu skałach węglowych i prawie zupełnie zniknęła z atmosfery naszego globu.

Zmieniła się również twarda skorupa ziemska. Stała się chłodniejsza, grubsza i w końcu popękała, tworząc ogromną mozaikę rozmaitych płyt tektonicznych. I teraz zaczął się ich powolny taniec. Wewnętrzne, gorące prądy - płynące od jądra Ziemi rozgrzewanego energią uwalnianą podczas rozpadu pierwiastków promieniotwórczych-przemiesiły ziemską bryłę i wprawiły płyty tektoniczne w ruch. Pływają one niczym statki po znajdującej się we wnętrzu płaszcza Ziemi warstwie miękkich, plastycznych skał, zwanej astenosferą. W niektórych miejscach zderzają się, w innych otwierają się między nimi szczeliny, z których wypływa wznosząca się z głębin Ziemi cienka lawa i zastyga, tworząc nowy fragment skorupy.

Kiedy kształtowały się kontynenty, w oceanie najprawdopodobniej powstało życie. Utworzone w nieznany dotychczas sposób pewne zawierające węgielki cząsteczki nieustannie zmieniły budowę, aż w określonym momencie zyskały zdolność samoreprodukcji. Przekroczona została wówczas niesłychanie ważna granica, dzięki czemu w dziejach naszej planety nastąpiła skokowa zmiana jakościowa, gdyż w jej morzach pojawiły się pierwsze żywe istoty.[1]

Powrót do góry

[3] Podstawowe dane
Charakterystyka orbity (J2000)
Średnia odległość od Słońce 149 597 887,5 km
(1,000000011 AU)
Obwód orbity 0,940 × 109 km
(6,283 AU)
Ekscentryczność orbity 0,016 710 219
Mimośród 0,01671022
Peryhelium 147 098 074 km
(0,9832899 AU)
Aphelium 152 097 701 km
(1,0167103 AU)
Rok gwiazdowy 365,25696 dni
(1,0000191 lat)
Średnia prędkość orbitalna 29,783 km/s
Maksymalna prędkość orbitalna 30,287 km/s
Minimalna prędkość orbitalna29,291 km/s
Nachylenie orbity względem ekliptyki0,00005°
(7,25° względem równika słonecznego)
Satelity naturalne 1 - Księżyc
Charakterystyka fizyczna
Średnica równikowa 12 756,270 km
Średnica biegunowa 12 713,500 km
Przeciętna średnica 12 745,591 km
Spłaszczenie 0,003352861
Przeciętny obwód 40 041,455 km
Powierzchnia 510 065 284,702 km2
Powierzchnia lądu 148 939 100 km2 (29,2%)
Powierzchnia wody 361 124 400 km2 (70,8%)
Objętość1,0832 × 1012 km3
Masa 5,9736 × 1024kg
Gęstość 5,515 g/cm3
Przyspieszenie ziemskie na równiku 9,780 m/s2
(0,99732 g)
Prędkość ucieczki 11,186 km/s
Prędkość liniowa na równiku 1674,38 km/h
Prędkość kołowa 15°/h
(7,272 × 10-5 rad/s)
Okres obrotu -243,0185 d
Nachylenie równika względem płaszczyzny
orbity
23,439281°
Deklinacja 90°
Albedo 0,367
Temperatura powierzchni 185 K-(-88,3° C)(min)
287 K- 14° C(śred.)
331 K - 57,7° C(max)
Skład atmosfery
Azot 78,08%
Tlen 20,94%
Argon 0,93%
Dwutlenek węgla, para wodna śladowe ok. 0,1%

Powrót do góry


Źródła:

© Instytut Astronomii UZ