Эволюция тектонических процессов.
Сейчас поверхность Земли нагрета от действия радиоактивного распада элементов коры в среднем на 14,3 ° C, а ее ядро - до 5000 °. Но охлаждение планеты продолжается, поскольку со временем становится меньше радиоактивных элементов (образующих тепло) и одновременно уменьшается солнечный тепловой поток. Можно утверждать, что через 1 миллиард лет литосфера охладится до 0 ° по Кельвину (до минус 273 ° по Цельсию). Охлаждение кристаллической оболочки Земли оказывает влияние на количество и качество тектонических процессов. Причина происхождения тектонических процессов на Земле состоит в следующем. По причине охлаждения планеты на ее поверхности возникают тектонические процессы: землетрясения, вулканизм, горообразование. В процессе старения планеты, то есть по мере ее остывания и утолщения твердой кристаллической оболочки, частота и интенсивность землетрясений, вулканизма и горообразования резко сокращается. Механизм постепенного затухания тектонических процессов состоит в том, что толстая кристаллическая оболочка планеты успешно противостоит опусканию тектонических плит к постоянно уменьшающемуся в объёме жидкого центра (по причине его охлаждения). Толстые плиты с каждым годом всё дольше удерживают поверхность планеты в «стабильном состоянии». Поэтому можно утверждать, что в прошлом, когда планета обладала тонкой кристаллической оболочкой, Земля была значительно «богаче» на землетрясения, вулканизм и горообразование. На поверхности полностью остывшей планеты, что произойдёт через 3 миллиарда лет, прекратятся все тектонические процессы - землетрясения, вулканизм и горообразование. Смотрите таблицу 3.
Таблица 3. Эволюция тектонических процессов Земли.
Возраст Земли, в миллиардах лет 1 2 3 4 5, сейчас 6 7 8
Радиус планеты, в километрах. 8000 7600 7300 7000 6400 6100 6000 5900
Толщина твердой кристаллической оболочки, в километрах 100 1000 1500 2000 2900 3500 5500 5900
Температура поверхности, °С +500 +160 +80 +50 +15 0 -200 -270
Количество землетрясений за год 1015 1012 108 106 105 104 102 0
Количество одновременно действующих вулканов на континентах и под водой 1015 1011 106 103 10 1 0 0
Количество процессов горообразования за 1 миллион лет 106 105 103 10 0 0 0 0
Механизм происхождения этих процессов очень простой. Для проявления тектонических процессов необходимы участки разряжения в коре и мантии Земли, которые образуются благодаря систематическому снижению температуры в глубоких районах тела планеты. Но если планета полностью остынет «от коры до центра», то исчезнут все необходимые условия для «проваливания» тектонических платформ ближе к ее центру. Именно по причине полного остывания планеты исчезнут условия для возникновения тектонических процессов. Поэтому можно утверждать, что сразу после полного охлаждения планеты прекратятся все тектонические процессы. Детальнее о причинах землетрясений, вулканизма и горообразования рассказано в § 33.
Глава 9. Эволюция атмосферы Земли и других планет.
Атмосфера - это газовая оболочка планеты. Она также находится в постоянном эволюционном развитии, как и твердая кристаллическая материя - литосфера. Атмосфера образуется из газов, которые выделяются из литосферы в основном благодаря вулканическим извержениям или диффузным путем через микротрещины в кристаллической коре планеты. За все время существования химический состав и физические свойства атмосферы изменятся 7 раз. Рассмотрим закономерности физико-химических изменений атмосферы на планетах, где возникает растительно-животный мир, так как одной из таких планет является Земля. Атмосфера Земли прошла и пройдет в будущем 7 эволюционных стадий:
1. Термическая атмосфера (с 6 до 5 миллиардов лет назад). Учёными установлено, что 6 миллиардов лет тому назад поверхность Земли имела температуру более 10000 ° С. Поэтому атмосфера Земли была раскалена, возможно, излучала свет, была насыщена парами металлов и силикатов, из которых образовался спутник Земли - Луна.
2. Вулканическая атмосфера (5 - 4 миллиардов лет назад). После своего образования поверхность Земли имела миллионы крупных вулканов, которые насыщали атмосферу вулканическими газами и пеплом. Как показывают исследования, главными компонентами вулканических извержения является пары воды и углекислый газ.
3. Органосодержащая атмосфера (4 - 3 миллиардов лет назад). Атмосфера с содержанием углекислого газа и воды, нависая над раскалённой вулканической лавой с температурой более 3000 ° С образовывала в огромном количестве органические вещества, в том числе и газообразные - метан, пропан, бутан и так далее. Поэтому древняя атмосфера всех планет (в том числе и Земли) имела огромный процент (возможно 30 %) органических газов. В этот период эволюции воды океанов содержали большее количество органических веществ, вода просачивалась глубоко в кору планеты и образовывала пласты нефти.
4. Растения трансформируют углекислый газ CO2 в кислород O2. Поэтому дальнейший эволюционный путь тотальных изменений в химическом составе у планет расходится. У тех из них, на поверхности которых образовались растения в атмосфере начнет накапливаться кислород (начиная с 1 % до 30 %). У планет, на поверхности которых растительной жизни не образовались в химическом составе атмосферы будет преобладать углекислый газ CO2 (например, Венера, Марс, Уран, Плутон).
Если на поверхности планеты не образовалась растительная жизнь, то атмосфера планеты на протяжении 5 миллиардов лет будет состоять на 80 - 90 % из углекислого газа.
Если на поверхности планеты образовалась растительная жизнь, то атмосфера планеты на протяжении 5 миллиардов лет будет состоять на 20 - 30 % из кислорода, а на 70 - 80 % из азота.
5. Кислородсодержащая атмосфера Земли (3 - 1 миллиард лет назад). После возникновения на поверхности Земли растений начал происходить глобальный процесс поглощения углекислого газа (СО2) и выделения в атмосферу кислорода (О2).
6. Кислородно-азотная атмосфера Земли (существует сейчас, общая длительность 1 миллиард лет). В настоящее время атмосфера Земли состоит из кислорода (O2 - 21 %) и азота (N2 - 78 %).
7. Азотная атмосфера Земли (возникнет в будущем, сохранится в период 0,1 - 1 миллиард лет). После полного поглощения кислорода на окислительные процессы металлов коры, атмосфера Земли будет состоять только из азота (N2 - 100 %).
8. Общая и конечная стадия для «содержащих жизнь и безжизненных планет» - стадия безатмосферной планеты (на Земле возникнет в будущем, через 1 миллиард лет). Под действием «солнечного ветра» атмосфера всех планет солнечной системы и Земли будет рассеяна по космическому пространству. Внешне Земля станет похожа на Луну.
Эволюционные изменения атмосферы закономерны для любой планеты Вселенной, на которой образовались и длительное время сохранялись растения. Итак, диалектические законы изменчивости атмосфер планет будут следующие.
§ 42. Термическая стадия атмосферы планеты.
В предыдущих параграфах говорилось, что после образования планеты начинается стадия сильного радиоактивного разогревания ее литосферы. Поверхность планет (особенно крупных) нагревается до нескольких тысяч градусов, а это приводит, в свою очередь, к мощному выбрасыванию (эрупции) газов, силикатов и соединений металлов на десятки тысяч километров от поверхности планеты. Из этих газов и будет состоять ее первичная атмосфера. Силикатно-металлическое вещество первичной атмосферы частично коллапсирует в нескольких гравитационных центрах с образованием спутников планеты. Вращение планеты передается раскаленной атмосфере, а благодаря вращению атмосферы спутники планет также приобретают вращательное движение.
Примерно 5 - 5,5 миллиардов лет назад атмосфера Земли имела следующие физико-химические параметры. По химическому составу она была насыщена водородом (меньше - другими газами), силикатными и металлическими соединениями. Температура у поверхности планеты 1000 ? - 2000 ? C. Толщина горячей атмосферы Земли должна быть больше расстояния до лунной орбиты, то есть больше 384 000 километров, так как иначе Луна не смогла бы образоваться из вещества атмосферы Земли. Предположительно толщина атмосферы в то время равнялась 500000 километров (тогда как сейчас ее толщина 1000 километров). О массе атмосферы в то время можно говорить только приблизительно. Масса современной атмосферы составляет 5 · 1018 кг. Но если Луна, «вес» которой 7 · 10 22 кг, образовалась из первичной атмосферы Земли, то масса земной атмосферы должна была быть значительно выше современной, предположительно - 10 23 кг. Тогда, по приблизительным подсчетам, атмосферное давление у поверхности планеты составляло более 1000 атмосфер. Масса Земли 5,5 миллиардов лет назад была больше современной приблизительно в 10 раз. Смотрите § 39. Планеты на 90% состояли из водорода, который за 1 миллиард лет почти полностью рассеялся по космическому пространству, так как лёгкий водород находился в самых верхних слоях атмосферы, а газы атмосферы постоянно рассеивались по космическому пространству.
§ 43. Вулканическая стадия атмосферы.
Планеты Солнечной системы медленно остывают и продолжат охлаждение ещё миллионы лет в будущем. На их поверхности когда-то образовалась первая, очень тонкая, горячая, кристаллическая, твердая оболочка, которая медленно увеличивает свою толщину и сейчас. При возрасте планеты Земля 1 - 1,5 миллиардов лет толщина коры составляла всего 100 - 500 километров. Жидкая центральная часть планеты быстро остывала и уменьшала свой объем. При охлаждении все тела уменьшаются в объеме. За период от 5 до 4 миллиардов лет назад радиус Земли уменьшился с 8000 до 7000 километров. Поэтому тонкая кристаллическая оболочка, скорлупа планеты подвергалась колоссальным деформациям, платформы часто проваливались к центру, и это сопровождалось интенсивными тектоническими процессами. Землетрясения, горообразование и вулканизм превышали современные по своей мощности и частоте в миллиарды раз. Поверхность Земли того времени можно представить как ландшафт из гор и огромного числа крупных и мелких вулканов. Масса Земли была в 4 раза больше современной. Мощная вулканическая деятельность определяла химический состав и физические свойства атмосферы. Подсчитано, что в настоящее время благодаря вулканическим процессам в атмосферу вносится ежегодно 1010 кг газов. В прошлом это число было в миллиарды раз больше - приблизительно 10 20 кг в год. Атмосфера Земли переполнялась вулканическими газами, и миллионы тонн этих газов рассеивались по межпланетному пространству. Толщина атмосферы была огромной и, вероятно, превышала 150 000 километров, масса же приблизительно равнялась 10 21 кг, давление на поверхности планеты достигало 200 атмосфер. Химический состав вулканических газов 4 миллиардов лет назад, по-видимому, почти не отличался от газовых выбросов современных вулканов. Предположительно, атмосфера состояла на 80% из паров воды, углекислого газа и аммиака. Оставшийся объем занимали другие газы. Плотные многокилометровые по толщине облака этих газов полностью поглощали солнечный свет. На поверхности планеты была темнота, очень тепло (200? - 400? С), отсутствовали водоемы.
§ 44. Органосодержащая стадия атмосферы.
В большом количестве органические газы содержались в атмосфере Земли в период 3 - 4 миллиардов лет назад. Это была органосодержащая стадия эволюции атмосферы, и эту стадию прошли атмосферы всех планет. Огромная биологическая ценность этой стадии заключается не только в насыщении атмосферы метаном, пропаном и другими органическими газами, а в том, что в этот период на поверхности горячей планеты происходил естественный синтез органических молекул массой в сотни миллиардов тонн. Именно этот процесс эволюции атмосфер делает возможным возникновение жизни и Разумных Существ на некоторых планетах Вселенной.
1. Процесс вулканического синтеза органических молекул. В то время (3 - 4 миллиардов лет назад) действовали миллионы крупных вулканов, которые разливали раскаленную лаву на 50% поверхности Земли. В химическом отношении 4 миллиардов лет назад атмосфера Земли представляла смесь главным образом следующих газов: паров воды, углекислого газа, аммиака и метана, пропана, бутана и других углеродосодержащих органических газов. Физические параметры атмосферы приблизительно были такими: толщина атмосферного слоя около 50 000 километров, масса около 10 20 кг (т. е. в 20 раз больше современной), атмосферное давление у поверхности планеты около 20 атмосфер.
А) Синтез органических молекул в атмосфере. Эволюционная ценность органосодержащей стадии состоит в том, что, благодаря содержанию в атмосфере огромного количества неорганических соединений углерода (CO, CO2, CN и прочих), паров воды и раскаленных полей вулканической лавы с температурой 2000 ? - 3000 ? С, начинается глобальный синтез органических соединений. Над поверхностью огромных горячих полей раскаленной лавы висят облака углекислого газа и паров воды. Под действием температуры происходит синтез органических веществ. В атмосфере появляется много (до 60% массы всей атмосферы) газообразных соединений метана, пропана, бутана, формальдегида и так далее. Экспериментально, в лабораторных условиях доказано, что соприкосновение воздуха, содержащего в своем составе углекислый газ и пары воды, с поверхностью вулканической лавы, которая разогрета до температуры более 3000 ? С, вызывает процесс органического синтеза метана, пропана, формальдегида, ацетона и других газообразных углеводородов. Ветер сдувает синтезированные органические вещества на место расположения холодных озер, в воде которых они растворяются и концентрируются. Далее ветер приносит к раскаленным полям вулканической лавы (с температурой более 2000? С) новые порции углекислого газа и паров воды и снова синтезируются органические вещества. Так происходило на протяжении полутора миллиардов лет.
Б) Синтез органических молекул в океане. Вулканическая лава с температурой в 3000° по Цельсию стекала в воды океанов и морей. Вода древних океанов была предельно насыщена углекислым газом и другими соединениями углерода (CO, CO2, CN и прочими). При соприкосновении водных растворов углеродосодержащих веществ с раскаленной лавой также возникает огромное количество органических соединений. Исследования ученых подтверждают мнение, что «водный метод» синтеза органики в 5 раз продуктивнее, чем атмосферный. В случае, если вулканическая лава стекает в воду морей и океанов, которая имеет высокую концентрацию растворенного в ней углекислого газа, так же синтезируются высокомолекулярные органические соединения циклических углеводородов, сахаров, аминокислот и так далее. Воды морей 3 - 4 миллиардов лет назад были очень сильно насыщены углекислым газом, так как его концентрация в атмосфере составляла по данным различных ученых от 40 до 90%. У первых на Земле океанах и озерах концентрация органических веществ было необычайно высокой (до 50% по весу). Водные растворы органических веществ образовали нефть, которая находится не только на Земле, но и в недрах других крупных планет (у Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна), которые также прошли органическую стадию развития атмосферы.
Химическая эволюция на своем конечном этапе привела к возникновению жизни на Земле. Интересно, что в современной атмосфере Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна также содержится до 40% метана и других газообразных углеводородов. Следовательно, эти планеты еще проходят стадию «химической эволюции», во время которой образуются миллиарды тонн органических веществ. Земля прошла эту стадию развития 3 миллиарда лет назад.
2. Другие способы природного синтеза органических молекул. Современная биология изучила много способов естественного образования органических соединений на поверхности молодой, горячей планеты: термической (вулканический), искровой, радиобиологической, химической с применением катализаторов и другие. Большинство специалистов по проблеме зарождения жизни на Земле единодушны в том, что большая часть органических соединений образовалась благодаря термическому методу при поступлении раскалённой лавы в воды океана.
3. Как возникла нефть на Земле? Доказано, что из древних концентрированных растворов органических соединений образовались месторождения нефти. Около 4 миллиардов лет назад воды океанов и морей, насыщенные органическими веществами до 50% по весу, долгое время сохранялись в неизменном виде на поверхности Земли. После этого на протяжении 2 миллиарда лет огромные массы воды вместе с растворенные в ней углеводородами затекали в пустоты, пористые породы, слои песка в недрах Земли. Там органические растворы находятся до сегодняшнего дня. Сейчас эти подземные воды с растворенными в ней органическими веществами являются месторождениями нефти.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144
Сейчас поверхность Земли нагрета от действия радиоактивного распада элементов коры в среднем на 14,3 ° C, а ее ядро - до 5000 °. Но охлаждение планеты продолжается, поскольку со временем становится меньше радиоактивных элементов (образующих тепло) и одновременно уменьшается солнечный тепловой поток. Можно утверждать, что через 1 миллиард лет литосфера охладится до 0 ° по Кельвину (до минус 273 ° по Цельсию). Охлаждение кристаллической оболочки Земли оказывает влияние на количество и качество тектонических процессов. Причина происхождения тектонических процессов на Земле состоит в следующем. По причине охлаждения планеты на ее поверхности возникают тектонические процессы: землетрясения, вулканизм, горообразование. В процессе старения планеты, то есть по мере ее остывания и утолщения твердой кристаллической оболочки, частота и интенсивность землетрясений, вулканизма и горообразования резко сокращается. Механизм постепенного затухания тектонических процессов состоит в том, что толстая кристаллическая оболочка планеты успешно противостоит опусканию тектонических плит к постоянно уменьшающемуся в объёме жидкого центра (по причине его охлаждения). Толстые плиты с каждым годом всё дольше удерживают поверхность планеты в «стабильном состоянии». Поэтому можно утверждать, что в прошлом, когда планета обладала тонкой кристаллической оболочкой, Земля была значительно «богаче» на землетрясения, вулканизм и горообразование. На поверхности полностью остывшей планеты, что произойдёт через 3 миллиарда лет, прекратятся все тектонические процессы - землетрясения, вулканизм и горообразование. Смотрите таблицу 3.
Таблица 3. Эволюция тектонических процессов Земли.
Возраст Земли, в миллиардах лет 1 2 3 4 5, сейчас 6 7 8
Радиус планеты, в километрах. 8000 7600 7300 7000 6400 6100 6000 5900
Толщина твердой кристаллической оболочки, в километрах 100 1000 1500 2000 2900 3500 5500 5900
Температура поверхности, °С +500 +160 +80 +50 +15 0 -200 -270
Количество землетрясений за год 1015 1012 108 106 105 104 102 0
Количество одновременно действующих вулканов на континентах и под водой 1015 1011 106 103 10 1 0 0
Количество процессов горообразования за 1 миллион лет 106 105 103 10 0 0 0 0
Механизм происхождения этих процессов очень простой. Для проявления тектонических процессов необходимы участки разряжения в коре и мантии Земли, которые образуются благодаря систематическому снижению температуры в глубоких районах тела планеты. Но если планета полностью остынет «от коры до центра», то исчезнут все необходимые условия для «проваливания» тектонических платформ ближе к ее центру. Именно по причине полного остывания планеты исчезнут условия для возникновения тектонических процессов. Поэтому можно утверждать, что сразу после полного охлаждения планеты прекратятся все тектонические процессы. Детальнее о причинах землетрясений, вулканизма и горообразования рассказано в § 33.
Глава 9. Эволюция атмосферы Земли и других планет.
Атмосфера - это газовая оболочка планеты. Она также находится в постоянном эволюционном развитии, как и твердая кристаллическая материя - литосфера. Атмосфера образуется из газов, которые выделяются из литосферы в основном благодаря вулканическим извержениям или диффузным путем через микротрещины в кристаллической коре планеты. За все время существования химический состав и физические свойства атмосферы изменятся 7 раз. Рассмотрим закономерности физико-химических изменений атмосферы на планетах, где возникает растительно-животный мир, так как одной из таких планет является Земля. Атмосфера Земли прошла и пройдет в будущем 7 эволюционных стадий:
1. Термическая атмосфера (с 6 до 5 миллиардов лет назад). Учёными установлено, что 6 миллиардов лет тому назад поверхность Земли имела температуру более 10000 ° С. Поэтому атмосфера Земли была раскалена, возможно, излучала свет, была насыщена парами металлов и силикатов, из которых образовался спутник Земли - Луна.
2. Вулканическая атмосфера (5 - 4 миллиардов лет назад). После своего образования поверхность Земли имела миллионы крупных вулканов, которые насыщали атмосферу вулканическими газами и пеплом. Как показывают исследования, главными компонентами вулканических извержения является пары воды и углекислый газ.
3. Органосодержащая атмосфера (4 - 3 миллиардов лет назад). Атмосфера с содержанием углекислого газа и воды, нависая над раскалённой вулканической лавой с температурой более 3000 ° С образовывала в огромном количестве органические вещества, в том числе и газообразные - метан, пропан, бутан и так далее. Поэтому древняя атмосфера всех планет (в том числе и Земли) имела огромный процент (возможно 30 %) органических газов. В этот период эволюции воды океанов содержали большее количество органических веществ, вода просачивалась глубоко в кору планеты и образовывала пласты нефти.
4. Растения трансформируют углекислый газ CO2 в кислород O2. Поэтому дальнейший эволюционный путь тотальных изменений в химическом составе у планет расходится. У тех из них, на поверхности которых образовались растения в атмосфере начнет накапливаться кислород (начиная с 1 % до 30 %). У планет, на поверхности которых растительной жизни не образовались в химическом составе атмосферы будет преобладать углекислый газ CO2 (например, Венера, Марс, Уран, Плутон).
Если на поверхности планеты не образовалась растительная жизнь, то атмосфера планеты на протяжении 5 миллиардов лет будет состоять на 80 - 90 % из углекислого газа.
Если на поверхности планеты образовалась растительная жизнь, то атмосфера планеты на протяжении 5 миллиардов лет будет состоять на 20 - 30 % из кислорода, а на 70 - 80 % из азота.
5. Кислородсодержащая атмосфера Земли (3 - 1 миллиард лет назад). После возникновения на поверхности Земли растений начал происходить глобальный процесс поглощения углекислого газа (СО2) и выделения в атмосферу кислорода (О2).
6. Кислородно-азотная атмосфера Земли (существует сейчас, общая длительность 1 миллиард лет). В настоящее время атмосфера Земли состоит из кислорода (O2 - 21 %) и азота (N2 - 78 %).
7. Азотная атмосфера Земли (возникнет в будущем, сохранится в период 0,1 - 1 миллиард лет). После полного поглощения кислорода на окислительные процессы металлов коры, атмосфера Земли будет состоять только из азота (N2 - 100 %).
8. Общая и конечная стадия для «содержащих жизнь и безжизненных планет» - стадия безатмосферной планеты (на Земле возникнет в будущем, через 1 миллиард лет). Под действием «солнечного ветра» атмосфера всех планет солнечной системы и Земли будет рассеяна по космическому пространству. Внешне Земля станет похожа на Луну.
Эволюционные изменения атмосферы закономерны для любой планеты Вселенной, на которой образовались и длительное время сохранялись растения. Итак, диалектические законы изменчивости атмосфер планет будут следующие.
§ 42. Термическая стадия атмосферы планеты.
В предыдущих параграфах говорилось, что после образования планеты начинается стадия сильного радиоактивного разогревания ее литосферы. Поверхность планет (особенно крупных) нагревается до нескольких тысяч градусов, а это приводит, в свою очередь, к мощному выбрасыванию (эрупции) газов, силикатов и соединений металлов на десятки тысяч километров от поверхности планеты. Из этих газов и будет состоять ее первичная атмосфера. Силикатно-металлическое вещество первичной атмосферы частично коллапсирует в нескольких гравитационных центрах с образованием спутников планеты. Вращение планеты передается раскаленной атмосфере, а благодаря вращению атмосферы спутники планет также приобретают вращательное движение.
Примерно 5 - 5,5 миллиардов лет назад атмосфера Земли имела следующие физико-химические параметры. По химическому составу она была насыщена водородом (меньше - другими газами), силикатными и металлическими соединениями. Температура у поверхности планеты 1000 ? - 2000 ? C. Толщина горячей атмосферы Земли должна быть больше расстояния до лунной орбиты, то есть больше 384 000 километров, так как иначе Луна не смогла бы образоваться из вещества атмосферы Земли. Предположительно толщина атмосферы в то время равнялась 500000 километров (тогда как сейчас ее толщина 1000 километров). О массе атмосферы в то время можно говорить только приблизительно. Масса современной атмосферы составляет 5 · 1018 кг. Но если Луна, «вес» которой 7 · 10 22 кг, образовалась из первичной атмосферы Земли, то масса земной атмосферы должна была быть значительно выше современной, предположительно - 10 23 кг. Тогда, по приблизительным подсчетам, атмосферное давление у поверхности планеты составляло более 1000 атмосфер. Масса Земли 5,5 миллиардов лет назад была больше современной приблизительно в 10 раз. Смотрите § 39. Планеты на 90% состояли из водорода, который за 1 миллиард лет почти полностью рассеялся по космическому пространству, так как лёгкий водород находился в самых верхних слоях атмосферы, а газы атмосферы постоянно рассеивались по космическому пространству.
§ 43. Вулканическая стадия атмосферы.
Планеты Солнечной системы медленно остывают и продолжат охлаждение ещё миллионы лет в будущем. На их поверхности когда-то образовалась первая, очень тонкая, горячая, кристаллическая, твердая оболочка, которая медленно увеличивает свою толщину и сейчас. При возрасте планеты Земля 1 - 1,5 миллиардов лет толщина коры составляла всего 100 - 500 километров. Жидкая центральная часть планеты быстро остывала и уменьшала свой объем. При охлаждении все тела уменьшаются в объеме. За период от 5 до 4 миллиардов лет назад радиус Земли уменьшился с 8000 до 7000 километров. Поэтому тонкая кристаллическая оболочка, скорлупа планеты подвергалась колоссальным деформациям, платформы часто проваливались к центру, и это сопровождалось интенсивными тектоническими процессами. Землетрясения, горообразование и вулканизм превышали современные по своей мощности и частоте в миллиарды раз. Поверхность Земли того времени можно представить как ландшафт из гор и огромного числа крупных и мелких вулканов. Масса Земли была в 4 раза больше современной. Мощная вулканическая деятельность определяла химический состав и физические свойства атмосферы. Подсчитано, что в настоящее время благодаря вулканическим процессам в атмосферу вносится ежегодно 1010 кг газов. В прошлом это число было в миллиарды раз больше - приблизительно 10 20 кг в год. Атмосфера Земли переполнялась вулканическими газами, и миллионы тонн этих газов рассеивались по межпланетному пространству. Толщина атмосферы была огромной и, вероятно, превышала 150 000 километров, масса же приблизительно равнялась 10 21 кг, давление на поверхности планеты достигало 200 атмосфер. Химический состав вулканических газов 4 миллиардов лет назад, по-видимому, почти не отличался от газовых выбросов современных вулканов. Предположительно, атмосфера состояла на 80% из паров воды, углекислого газа и аммиака. Оставшийся объем занимали другие газы. Плотные многокилометровые по толщине облака этих газов полностью поглощали солнечный свет. На поверхности планеты была темнота, очень тепло (200? - 400? С), отсутствовали водоемы.
§ 44. Органосодержащая стадия атмосферы.
В большом количестве органические газы содержались в атмосфере Земли в период 3 - 4 миллиардов лет назад. Это была органосодержащая стадия эволюции атмосферы, и эту стадию прошли атмосферы всех планет. Огромная биологическая ценность этой стадии заключается не только в насыщении атмосферы метаном, пропаном и другими органическими газами, а в том, что в этот период на поверхности горячей планеты происходил естественный синтез органических молекул массой в сотни миллиардов тонн. Именно этот процесс эволюции атмосфер делает возможным возникновение жизни и Разумных Существ на некоторых планетах Вселенной.
1. Процесс вулканического синтеза органических молекул. В то время (3 - 4 миллиардов лет назад) действовали миллионы крупных вулканов, которые разливали раскаленную лаву на 50% поверхности Земли. В химическом отношении 4 миллиардов лет назад атмосфера Земли представляла смесь главным образом следующих газов: паров воды, углекислого газа, аммиака и метана, пропана, бутана и других углеродосодержащих органических газов. Физические параметры атмосферы приблизительно были такими: толщина атмосферного слоя около 50 000 километров, масса около 10 20 кг (т. е. в 20 раз больше современной), атмосферное давление у поверхности планеты около 20 атмосфер.
А) Синтез органических молекул в атмосфере. Эволюционная ценность органосодержащей стадии состоит в том, что, благодаря содержанию в атмосфере огромного количества неорганических соединений углерода (CO, CO2, CN и прочих), паров воды и раскаленных полей вулканической лавы с температурой 2000 ? - 3000 ? С, начинается глобальный синтез органических соединений. Над поверхностью огромных горячих полей раскаленной лавы висят облака углекислого газа и паров воды. Под действием температуры происходит синтез органических веществ. В атмосфере появляется много (до 60% массы всей атмосферы) газообразных соединений метана, пропана, бутана, формальдегида и так далее. Экспериментально, в лабораторных условиях доказано, что соприкосновение воздуха, содержащего в своем составе углекислый газ и пары воды, с поверхностью вулканической лавы, которая разогрета до температуры более 3000 ? С, вызывает процесс органического синтеза метана, пропана, формальдегида, ацетона и других газообразных углеводородов. Ветер сдувает синтезированные органические вещества на место расположения холодных озер, в воде которых они растворяются и концентрируются. Далее ветер приносит к раскаленным полям вулканической лавы (с температурой более 2000? С) новые порции углекислого газа и паров воды и снова синтезируются органические вещества. Так происходило на протяжении полутора миллиардов лет.
Б) Синтез органических молекул в океане. Вулканическая лава с температурой в 3000° по Цельсию стекала в воды океанов и морей. Вода древних океанов была предельно насыщена углекислым газом и другими соединениями углерода (CO, CO2, CN и прочими). При соприкосновении водных растворов углеродосодержащих веществ с раскаленной лавой также возникает огромное количество органических соединений. Исследования ученых подтверждают мнение, что «водный метод» синтеза органики в 5 раз продуктивнее, чем атмосферный. В случае, если вулканическая лава стекает в воду морей и океанов, которая имеет высокую концентрацию растворенного в ней углекислого газа, так же синтезируются высокомолекулярные органические соединения циклических углеводородов, сахаров, аминокислот и так далее. Воды морей 3 - 4 миллиардов лет назад были очень сильно насыщены углекислым газом, так как его концентрация в атмосфере составляла по данным различных ученых от 40 до 90%. У первых на Земле океанах и озерах концентрация органических веществ было необычайно высокой (до 50% по весу). Водные растворы органических веществ образовали нефть, которая находится не только на Земле, но и в недрах других крупных планет (у Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна), которые также прошли органическую стадию развития атмосферы.
Химическая эволюция на своем конечном этапе привела к возникновению жизни на Земле. Интересно, что в современной атмосфере Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна также содержится до 40% метана и других газообразных углеводородов. Следовательно, эти планеты еще проходят стадию «химической эволюции», во время которой образуются миллиарды тонн органических веществ. Земля прошла эту стадию развития 3 миллиарда лет назад.
2. Другие способы природного синтеза органических молекул. Современная биология изучила много способов естественного образования органических соединений на поверхности молодой, горячей планеты: термической (вулканический), искровой, радиобиологической, химической с применением катализаторов и другие. Большинство специалистов по проблеме зарождения жизни на Земле единодушны в том, что большая часть органических соединений образовалась благодаря термическому методу при поступлении раскалённой лавы в воды океана.
3. Как возникла нефть на Земле? Доказано, что из древних концентрированных растворов органических соединений образовались месторождения нефти. Около 4 миллиардов лет назад воды океанов и морей, насыщенные органическими веществами до 50% по весу, долгое время сохранялись в неизменном виде на поверхности Земли. После этого на протяжении 2 миллиарда лет огромные массы воды вместе с растворенные в ней углеводородами затекали в пустоты, пористые породы, слои песка в недрах Земли. Там органические растворы находятся до сегодняшнего дня. Сейчас эти подземные воды с растворенными в ней органическими веществами являются месторождениями нефти.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144