Утворення планетної системи

Протягом останніх трьохсот років, починаючи від Рене Декарта, було висловлено Кілька десятків космологічних гіпотез, у яких розглядалися найрізноманітніші варіанти ранньої історії Сонячної системи. У наш час прийнято вважати, що близько п'яти Мільярдів років тому у величезній газово-пиловій хмарі, пронизаній магнітними силовими лініями, утворилося згущення протосонце, яке повільно стискалося. Інша частина хмари — з масою приблизно в 10 разів меншою — повільно оберталася навколо нього. У результаті зіткнень атомів, молекул і частинок пилу туманність сплющувалася й розігрівалася. Так навколо протосонця утворився витягнутий диск, пронизаний магнітним полем.

Під дією тиску легкі хімічні елементи водень і гелій залишали найближчі околиці Сонця. У кінцевому підсумку це й зумовило істотні відмінності в хімічному складі планет і їх поділ на дві групи. Досягаючи критичної щільності,' пиловий диск розпадався на окремі згущення.

Увесь цей час протосонце виявляло високу активність. У результаті могутніх спалахів воно викидало потоки заряджених частинок, які, рухаючись уздовж магнітних ліній, переносили момент руху від Сонця до протопланетної хмари. Крім того, при зіткненнях частинок відбувалися ядерні реакції. Унаслідок зіткнень одні згущення збільшувалися, інші дробилися. Розрахунки показують, що збільшення розмірів Землі тривало не менше 100 мільйонів років.

Випадання Окремих згущень на Землю і її стиснення спричинили поступове розігрівання надр планети. На початку формування Землі температура в її центральній зоні не перевищувала 800 К, на поверхні — 300 К, але в результаті процесів радіоактивного розпаду, які супроводжувалися виділенням енергії, окремі ділянки розігрілися до плавлення. При цьому важкі сполуки й елементи опустилися вниз, легкі піднялися нагору. На ранній стадії протоземля була оточена хмарою невеликих супутників, з яких згодом сформувався Місяць. Аналогічно формувалися й інші планети.

Основні характеристики Землі

За формою Земля наближається до еліпсоїда обертання. Екваторіальний радіус Землі становить 6378,16 км, полярний радіус — 6356,78 км. Складовими частинами нашої планети є:

1) внутрішнє ядро, радіус якого близько 1300 км, де речовина, за всіма даними, перебуває у твердому стані;

2) зовнішнє ядро, радіус якого становить приблизно 3400 км; тут, у товщі, яка має потужність близько 2100 км, речовина перебуває у рідкому стані;

3) оболонка (мантія), потужність якої близько 2900 км;

4) кора, товщина якої під океаном 4-8 км і 30-60 км — під материками.

Кору й мантію розділяє так звана поверхня Мохоровичича, на якій густина речовини різко зростає від 3,3 до 5,2 г/см3.

Земне ядро є джерелом магнітного поля Землі. Припускають, що геомагнітне поле зумовлене електричними струмами, які циркулюють у зовнішньому ядрі. Можливо, ці струми виникають унаслідок гідродинамічних рухів у рідкому провідному середовищі ядра. Силові лінії магнітного поля Землі утворюють своєрідні "пастки" для заряджених частинок, які рухаються до неї. Затримані магнітним полем Землі, ці частинки формують величезні радіаційні пояси, які огортають нашу планету вздовж геомагнітного екватора. Виявлено три таких пояси радіації: перший — на висоті, від 2400 до 5600 км, другий — від 12000 до 20000 км і третій — на висоті від 50 до 60 тисяч кілометрів. Заряджені.частки, джерелом яких є переважно Сонце, "ковзаючи" вздовж магнітних силових ліній, проникають в атмосферу біля полюсів Землі. Зіштовхуючись з атомами й молекулами атмосфери, вони спричинюють світіння, яке ми спостерігаємо у вигляді мальовничих полярних сяйв.

Рідка оболонка Землі, яка покриває 70,8% її поверхні, називається гідросферою. В океанах міститься = 97 % світових запасів, води. За сучасними уявленнями, наявність великих водойм на Землі мала вирішальне значення для виникнення життя. Частина води, об'єм якої приблизно 24 млн. км3, перебуває у твердому стані (лід). Якщо цей лід розтане, то рівень Світового океану підніметься на 62 м. З водою, а точніше з водяною парою, пов'язаний так званий парниковий ефект. Справа в тому, що сонячне випромінювання, максимум якого припадає на довжину хвиль порядку 0,55 мкм, майже не поглинаючись, проходить через атмосферу, досягає земної поверхні й нагріває її. Таку ж кількість енергії випромінює і поверхня Землі, але в інфрачервоній частині спектра. Випромінювання цих довжин хвиль значною мірою поглинає водяна пара, частково воно перевипромінюється назад у напрямку до земної поверхні. Унаслідок цього температура поверхні Землі перевищує ту температуру, яку вона повинна була б мати за відсутності атмосфери.

Основні вимоги до умов, що забезпечують виникнення та розвиток життя

Щоб на планеті виникло життя, вона повинна мати певні розміри й одержувати енергію від якої-небудь зірки. Маса планети не повинна бути занадто великою, тому що енергія атомного розпалу природних радіоактивних речовин може призвести до перегрівання планети або, що ще більш важливо, до радіоактивного забруднення середовища, що несумісно з життям. У той же час у занадто маленьких планет — інший недолік. Вони не здатні утримувати біля себе атмосферу, тому що сила тяжіння в них невелика (наприклад, Місяць).

Для виникнення життя і його подальшого існування необхідна енергія. Постійно й рівномірно одержувати необхідну кількість енергії може та планета, яка рухається навколо якої-небудь зірки по коловій чи близькій до колової орбіті. Крім того, необхідна постійна інтенсивність випромінювання світила. Це дуже важливо, тому що в іншому випадку потік променистої енергії, що надходить на планету, не буде рівномірним. Нерівномірність потоку енергії призведе до різких коливань температури, а це перешкоджатиме виникненню й розвитку життя, тому що існування живих організмів можливе лише в межах незначних температурних коливань (адже все живе на 70-80% складається з води). Усі ці умови існують на планеті Земля.

Таким чином, близько 5 млрд. років тому на Землі виникли космічні, планетарні й хімічні умови для більш високого рівня розвитку матерії — її еволюції в напрямку виникнення життя.

Основні етапи хімічної еволюції, що передували абіогенезу

Ці етапи включають утворення хімічних елементів і найпростіших неорганічних сполук. Утворення хімічних елементів при виникненні зоряних систем, у тому числі й таких, як наша Сонячна система, — закономірне явище в еволюції матерії. За допомогою спектрального аналізу доведено, що водень є найбільш поширеним елементом у Всесвіті. На першому етапі внаслідок реакцій ядерного синтезу з водню утворюється гелій, з якого, у свою чергу, утворюється вуглець. Унаслідок приєднання до ядра вуглецю інших ядер гелію виникають ізотопи кисню, неону магнію та інших елементів. Таким чином, виникнення атомів хімічних елементів, з яких складається основна маса зірок, планет і їх атмосфера, є лише початковим етапом неорганічної еволюції.

Біогенні елементи — водень, вуглець, кисень, азот і фосфор — досить поширені в космосі. Існує висока ймовірність того, що вони вступатимуть в реакції, унаслідок чого утворюватимуться найпростіші неорганічні сполуки. Це наступний етап неорганічної еволюції. Сприятливим чинником є надходження від зірок енергії у вигляді електромагнітного випромінювання й тепла.

Початковий етап існування Землі відзначався інтенсивними термоядерними процесами, високими температурами (більш як 1000) та активною хімічною діяльністю. Охолодження планети супроводжувалося інтенсивними процесами диференціації речовини: важкі елементи опускалися до її центра, а більш легкі сполуки (Н2, СO2, СН. та ін.) залишалися на поверхні. Метали й інші елементи, здатні до окислення, з'єднувалися з киснем, тому в давній атмосфері планети вільного кисню не було. Уся атмосфера ранньої Землі складалася з вільного водню і його сполук і тому мала відновний характер. Саме ця атмосфера — не окисна, а відновна — і започаткувала виникнення життя. Вона складалася з водяної пари, метану (СН4), діоксиду вуглецю (СO2), оксиду вуглецю (СО), аміаку (NH3), азоту (N2), сірководню (H2S) та ін.

Численні експерименти продемонстрували, що за наявності метану, води й аміаку цілком природно можуть утворюватися такі сполуки, як ціаністий водень (HCN) і формальдегід (НСНО). Саме ці молекули і було виявлено в міжзоряному просторі. Це свідчить про те, що вони могли виникнути з первинних газових сумішей у результаті реакцій, які завжди супроводжують утворення нових зірок.

Усі ці хімічні перетворення в оболонках ранньої Землі підготували третій етап еволюції, який безпосередньо і започаткував процес абіогенезу.

Абіогенез

Для першого етапу абіогенезу — утворення простих органічних сполук — необхідні були сировина, тобто "будівельний матеріал", та енергія. Сировиною стали N2, Н2,СО, СO2, Н2O, NH3, СН4, H2S, HCN, НСНО та інші хімічні сполуки.

Джерел енергії було досить багато: теплова енергія — тепло — надходила в результаті