Zemė visatoje
5 (100%) 1 vote

Zemė visatoje



Žmogus – Žemės planetos kūdikis. Jo atsiradimas ir raida priklausė nuo mūsų Žemės įvykių, o šie – nuo Visatos veiksnių. Mums atrodo, kad sistemoje Visata-Žemė-Žmogus svarbiausia vieta priklauso mums. Tačiau žinios apie Žemę rodo, kad planeta su visomis savo geosferomis yra labai sudėtingai organizuota, bet vientisa sistema. Ją palaiko energijos ir medžiagų dinaminė pusiausvyra. Ji nėra labai griežta, būna svyravimų ir nukrypimų.

Žemės kitimai geologinėje praeityje vyko dėsningai, ritmiškai ir cikliškai. Vieni jų vyko ramiai, kiti šuoliškai ir katastrofiškai. Šių kitimų priežastys buvo įvairios. Tačiau nėra abejonės, kad jos buvo susijusios su Visatos, Saulės sistemos ir Žemės raida. Jos tiesiogiai veikė ir veikia žmogų, jo evoliuciją ir pažangą. Tie kitimai laiko atžvilgiu formavo reiškinių ritmus ir ciklus, o erdvėje – tam tikrą geografinę įvairovę.

Žemė yra trečioji iš devynių Saulės sistemos planetų. Visoje Saulės sistemoje jai nėra lygių pagal tankį (vidutinis tankis – 5,515 g/cm3). Ji yra sunkiausia tarp kietųjų planetų (milžiniškas dujinis Jupiteris vis dėlto sunkesnis). Žemė nutolusi nuo Saulės vidutiniškai 150 mln. km. Čia jai nei per karšta, nei per šalta, o joje esantis vanduo ir ją gaubianti atmosfera mažina temperatūros svyravimus.

Iš toli žiūrint, Žemė – pats įdomiausias Saulės sistemos objektas. Ją puošia nuolat kintantis debesų raštas, pro kurį matyti gražus jūrų ir žemynų piešinys. Kosmonautas Nilas Amstrongas skrisdamas “Apolonu 11” 1969 metais, susižavėjęs pasakė, kad Žemė “panaši į nuostabų kosmoso brangakmenį” (1 pav.). Jį daug ryškesnė už Mėnulį, nes atspindi apie 40 % į ją krintančios šviesos, o Mėnulis – tik 7 %. Iš Merkurijaus, Veneros ir Marso plika akimi Žemė atrodytų kaip žibanti melsva žvaigždė, tačiau iš Jupiterio ir dar iš toliau be teleskopo Žemės nebesimatytų, nes ją gožia Saulės aureolė (spindesys).

Be Žemės ir kitų planetų Saulės sistemai priklauso 43 planetų palydovai, (neskaitant dirbtinių), daugiau kaip 1700 mažųjų planetų – asteroidų (planetoidų), tūkstančiai kometų ir nesuskaitoma daugybė smulkių kosminių kūnų, kurie, susidurdami ir trindamiesi, nuolat papildo kosminių dulkių išteklius. Nepaisant tokios daugybės įvairiausių Saulės šeimos narių, net 95,35 % sistemos masės sutelkta pačioje Saulėje. Visoms devynioms planetoms kartu tenka tik 0,14 % Saulės sistemos masės.

Saulės sistema ir kartu 200 milijardų kitų žvaigždžių priklauso Galaktikai, kurios skersmuo apie 100000 šviesmečių, o jos storis branduolio viduryje – apie 18000 šviesmečių.

Sukantis visam žvaigždžių sūkuriui, kartu aplink Galaktikos centrą maždaug 250 km/s greičiu skrieja ir Saulė su savo planetomis, apeidama Galaktikos orbitą per 200-220 milijonų metų. Be šito judėjimo, Saulė dar savarankiškai skrieja – atsiduria čia toliau arčiau, čia toliau nuo Galaktikos branduolio. Branduolyje žvaigždžių tirščiausia, jų gravitacinis poveikis didžiausias, dažnai sušvinta novos, vyksta supernovų sprogimai. Priartėjusi prie mūsų Galaktikos branduolio, Saulės sistema gali būti praturtinama sunkiaisiais cheminiais elementais, išsviedžiamais iš supernovų gelmių. Tuo metu taip pat susidaro palankios sąlygos Saulės ir jos planetų vidinėms įtampoms išsikrauti. Kai Saulė ir jos planetos nutolsta nuo Galaktikos branduolio jų gyvenimo periodas pasidaro ramesnis.

1 pav. Žemės nuotrauka, daryta kosmose

Žemės kilmėDaugelį amžių astronomijos atradimai skatino žmogaus vaizduotę. Ypač sunku buvo atsisakyti plokščios Žemės įvaizdžio ir patikėti, kad ji – rutulys, kurį galima apiplaukti. Iš tiesų, tiesioginių Žemės rutuliškumo įrodymų galima gauti tik mūsų laikais, stebint Žemę vizualiai arba fotografuojant iš aukštai skrendančių lėktuvų ir dirbtinių palydovų. Mintis, kad Žemė nėra Visatos centras, ypač jaudino žmonių protus XVI-XVIII a. Jau Aristotelis IV amžiuje prieš mūsų erą ir K. Ptolemėjas II amžiuje tvirtino, kad Žemė yra dangaus kūnų sistemos centras. Pagal K. Ptolemėjo pasaulio modelį kiekviena planeta judėjo mažu apskritimu (epiciklu), o jo centras didesne orbita (deferentu) skriejo aplink Žemę. 14 amžių astronomai pripažino tik šią teoriją.

Kai prieš 500 metų M. Kopernikas įrodė, jog Žemė skrieja aplink Saulę, M. Liuteris pareiškė: “Šitas kvailys nori visą astronomijos mokslą apversti aukštyn kojomis. Bet, kaip skelbia Biblija, kaip tik Saulei, o ne Žemei Jėzus liepė sustoti”. 1508 metais M. Kopernikas savo komentaruose rašė: “Įspūdis, kad juda Saulė, atsiranda ne dėl jos, o dėl Žemės judėjimo”. Jo helio-centrinė sistema, 1543 metais aprašyta garsiame veikale “Apie dangaus sferų sukimąsi”, tapo lemtinga žmonijos minties raidos pakopa. M. Koperniko teorija nukėlė Žemę nuo jos nejudamo sosto Saulės sistemos centre.

XVIII amžiaus viduryje jau buvo žinomi spirališki kosminiai dulkių ūkai. Karaliaučiaus filosofas Imanuelis Kantas spėjo, kad kitados kosminės dulkės buvo vienodai pasklidusios visoje Visatoje, bet dėl gravitacijos formavosi paskiri dulkių telkiniai, kurie buvo ūkų pradžia. Jie sukosi aplink centrinį telkinį. Ilgainiui iš centrinio telkinio susidarė Saulė, o
iš šalutinių ją supančios planetos. 1796 metais, praėjus 40 metų po I. Kanto hipotezės paskelbimo, prie panašių išvadų priėjo matematikas P. S. Laplasas, irgi teigęs, kad Saulę kitados gaubė lėtai sukęsis kosminių dujų ūkas. Dėl Saulės traukos jis susislėgė, pagreitėjo jo sukimasis. Pagaliau ūkas virto Saulę juosiančiais žiedais, kurie toliau kondensuodamiesi, susitelkė į telkinius – planetas.

I. Kanto ir P. S. Laplaso nebuliarinė hipotezė, padėjusi pagrindus dialektiniam pasaulėvaizdžiui, ištvėrė beveik šimtmetį. Per tą laikė didelę pažangą padarė fizika, chemija, astronomija ir kiti mokslai, kurių duomenys prisidėjo prie Žemės kilmės aiškinimo. I. Kantas ir P. S. Laplasas manė, kad Žemės vidinis karštis yra reliktinis, išlikęs nuo tų laikų, kai planetos formavosi iš žvaigždės. Bet ilgainiui apskaičiuota, kad planeta iki dabartinės būsenos turėjusi atvėsti per 40 milijonų metų, tuo tarpu jau tais laikais žinoma geologinė Žemės padėtis buvo daug kartų ilgesnė. Vėsdamas Žemės rutulys turėtų nurimti, tuo tarpu vidinio Žemės gyvenimo reiškiniai kartais katastrofiški, akivaizdžiai rodo, kad planeta tebegyvena audringą gyvenimą. Apskaičiuota, kad 98 % visos Saulės sistemos sukimosi momento tenka planetoms, o tik 2 % Saulei, nors planetos sudaro tik 0,14 % visos sistemos masės. Jei Saulės sistema būtų susidariusi taip, kaip aiškino I. Kantas ir P. S. Laplasas, tai Saulė turėtų suktis septynis kartus greičiau nei dabar. Fizikai suabejojo, ar materijos žiedai iš viso gali susikondensuoti į planetas.

Toliau nagrinėti Žemės kilmės problemą labai padėjo tai, kad XIX ir XX amžių sandūroje buvo atskleistas radioaktyvusis elementų skilimas. Atrastas naujas Žemės vidinio karščio šaltinis.

Deja, šis epochinis fizikos laimėjimas labai lėtai skynėsi kelią į Žemės mokslus. XX amžiaus pirmojoje pusėje Žemės ir kitų planetų kilmė vis dar buvo aiškinama modifikuotomis senomis pažiūromis. K. T. Čamberlinas ir F. R. Moultonas 1902 metais iškėlė hipotezę, kad planetos susidarė iš Saulės materijos telkinio, kurį išplėšė, susidūrusi su Saule kita žvaigždė. 1919 metais šią mintį modifikavo Dž . H. Džynsas, teigęs, kad planetos susidarė iš medžiagos “cigaro”, kurį iš Saulės išplėšė, skriedama pro šalį kita žvaigždė.

1943 metais visiškai kitokią planetų kilmės hipotezę paskelbė tarybinis mokslininkas O. Šmitas, aiškinęs, kad planetos užsimezgė, susitelkus į gniužulus tarpžvaigždiniam dujų ir dulkių debesiui, kurį pagavo Saulė, skriedama Galaktikos orbita. Pagal šią hipotezę, tarpžvaigždinės medžiagos gniužulai – būsimosios planetos – šalti kūnai, didėjo nuo pritraukiamų dalelių. Tik jiems pakankamai padidėjus, pradėjo kauptis radioaktyviojo skilimo, taip pat meteoritų smūgių energijos karštis, ir planetos įkaito.

Ši hipotezė jau geriau paaiškino, kodėl arčiau Saulės, kur centrinio šviesulio gravitacinis poveikis didesnis, susiformavo mažos ir sunkios planetos, nedaug nutolusios viena nuo kitos, o toliau – didelės, lengvos, bet retai išsidėsčiusios planetos (2 pav.).



2 pav. Saulės sistemos planetos su palydovais

Pateikiami tik svarbesnių palydovų pavadinimai. Atstumų mastelio čia nepaisoma (Jei Žemę pavaizduotume 1 mm skersmens skrituliuku, tai 0,25 mm skersmens Mėnulis turėtų būti nutolęs per 3 cm, o Saulė nutolusi per 10 metrų. Riešuto dydžio Jupiteris turėtų būti nuo Saulės per 52 metrus, Saturnas – per 100 metrų, Uranas – per 300 metrų, o Plutonas – net per 400 metrų nuo Saulės)

Planetų akrecijos hipotezė, aiškinanti planetų didėjimą išsklaidytos protoplanetinės medžiagos susitekimu, buvo toliau plėtojama ir tobulinama. Pastebėta, kad Saulės pusiaujo ir planetų sistemos centrinės plokštumos yra labai artimos. Buvo iškelta mintis, kad Saulė ir tarpžvaigždinis ūkas sukasi ta pačia kryptimi, taigi tikriausiai atsirado iš tos pačios masės. Praturtinus tą idėją naujausiais branduolinės fizikos ir cheminių elementų kosmogoninės evoliucijos duomenimis, reikėjo pakoreguoti O. Šmito mintį ir sugrįžti prie I. Kanto ir P. S. Laplaso idėjos apie bendrą Saulės ir planetų kilmę.

Aptikus radioaktyvumą, rastas geologinis laikrodis, pagal kurį galima tiksliai datuoti Žemės plutos sluoksnius. Pasirodė, kad radioaktyvieji elementai (uranas, toris, kali ir kiti) spontaniškai skyla, virsdami antriniais lengvesniais elementais ir kartu išskirdami daug energijos. Vieni radioaktyvių elementų izotopai skyla greitai, kiti lėtai, todėl, skaičiuojant iš atsiradusių antrinių elementų kiekio suirimo pusperiodį, šį geologinį laikrodį galima pritaikyti netolimai (pavyzdžiui, C14, kurio suirimo pusperiodis tik 5730 metų), tolimesnei (U234 – suirimo pusperiodis 250 000 metų) ir labai tolimai (U238 – suirimo pusperiodis 4,51 . 109 metų) geologinei praeičiai nustatyti.

Žinant elementų (urano, torio, kalio ir kitų) atskirų izotopų skilimo greitį, iš aptinkamos antrinės medžiagos kiekio nesunku apskaičiuoti skilimo pradžią, taigi radioaktyviųjų medžiagų turinčios uolienos amžių.

Pasirodė, kad seniausių uolienų senumo amžius yra 3,5–3,8 ir net 4,3 milijardo metų. Taigi pati Žemė turinti būti dar senesnė. Ištyrus tais pačiais metodais meteoritus, pasirodė, kad
jų amžius yra 4,4 – 4,6 milijardo metų. Meteoritai gali būti laikomi pirminės protoplanetinės medžiagos gniužuliukais; jiems susitelkus į didelius konglomeratus, susidarė planetos. Beliko sutikti, kad meteoritai, planetos, jų palydovai ir kiti Saulės sistemos nariai pradėjo formuotis tuo pačiu laiku – 4,6 milijardo metų.

Prieš 3,8 – 4,2 milijardo metų, kai susidarė seniausios žinomos granitinės uolienos, prasidėjo geologinė mūsų planetos istorija. 0,4 milijardo metų laikotarpis, tarp Žemės atsiradimo ir pirmųjų uolienų susidarymo, laikomas iki geologiniu laikotarpiu; tada planeta dar augo iki maždaug dabartinės masės, formavosi jos svarbiausios geosferos.

Kyla klausimas, o kas buvo dar anksčiau, kokia buvo meteoritų ir dulkių medžiagos būsena prieš prasidedant joje radioaktyviajam skilimui, taigi prieš 4,6 milijardo metų? Kokia yra mūsų Žemės medžiagos priešistorė?

Manoma, kad radioaktyvusis elementų skilimas, lengvesnių elementų susidarymas – tai jau atgalinis materijos raidos etapas, o anksčiau Visatos medžiaga yra patyrusi progresyvinę raidą, kai vyko ne elementų skilimas, o jų jungimasis – branduolinė sintezė. Astrofizikos duomenimis, branduolinės sintezės procesai, tai yra kai susidaro sunkesni elementai ir kartu atpalaiduojama labai daug branduolinės energijos, gali vykti tik žvaigždžių vidaus termodinaminėmis sąlygomis: dešimčių ir šimtų milijonų laipsnių temperatūroje ir neapsakomai dideliame slėgyje medžiagos būsena yra tanki plazma, o labai dideliais greičiais skriejantys ir susiduriantys branduoliai jungiasi ir susidaro sunkesni elementai. Termobranduolinės reakcijos (žvaigždžių spinduliavimas) ilgiausiai vyksta kai vandenilis virsta heliu. Ilgainiui įsijungia naujas termobranduolinis reaktorius – trys helio branduoliai ima jungtis į vieną anglies branduolį. Jei žvaigždės vidus vis dar traukiasi ir toliau kaista, penktas helio branduolys anglį paverčia neonu, du anglies branduoliai jungiasi į magnį ir taip toliau. Sunkesnieji elementai, susidarę žvaigždžių gelmėse, supernovų sprogimų metu išbarstomi po plačią Visatą.

Akademikas A. Vinogradovas mano, kad tokį progresyvų raidos etapą maždaug prieš 5 milijardus metų staiga baigė ir Žemės medžiaga. Tada ji karštos plazmos būsenoje su milžiniška jėga buvo išsviesta iš pirmykštės Saulės gelmių į periferiją. Saulės pusiaujo plokštumoje atsirado plokščio žiedo pavidalo debesis, kurio medžiaga greit aušo, virto dujomis ir dulkėmis. Medžiagai atvėsus iki Kiuri taško, prieš 4,6 milijardo metų dulkių gniužuluose prasidėjo atvirkštinis procesas – radioaktyvusis skilimas, trunkąs iki šiol. Prasidėjo planetų, taigi ir Žemės medžiagos ikigeologinis istorijos etapas.

Išsviestame iš Saulės gelmių debesyje turėjo būti labai daug metalų ir kitų sunkesnių elementų, atsiradusių nesenos žvaigždės vidaus termodinaminėmis sąlygomis.

Auštančiame ikiplanetiniame medžiagos žiede formavosi vis didesnės medžiagos santalkos. Stambiausios virto planetomis. Bet didesnė ikiplanetinės medžiagos dalis vis dėlto liko chondrų (silikatinių lašelių) ir meteoritų būsenoje. Iš jų tikriausiai susiformavo meteoritų bei asteroidų žiedai.

Anksčiau buvo manoma, kad dalelių telkimosi ir planetų augimo procesas vyko tik dėl gravitacijos. Dabar pabrėžiama elektromagnetinių jėgų reikšmė santalkų formavimuisi dar iš protoplanetinės medžiagos.

Žemė ir kitos artimosios Saulės planetos (Merkurijus, Venera, Marsas) geocheminiu požiūriu sudaro ryškią Visatos anomaliją. Saulė (kaip ir kitos smarkiai spinduliuojančios geltonos žvaigždės) yra sudaryta iš 75 % vandenilio, 23 % helio, o visiems sunkesniems elementams tenka tik 2 % masės. Tuo tarpu Žemės grupės planetose vaizdas atvirkščias. Žemėje net 30 % planetos sudaro geležis. Merkurijaus masė turbūt net 60 % sudėta iš geležies, Marso – 25 %. Likusią šių sunkių planetų masės dalį sudaro metalų ir silicio junginiai, o vandenilio, helio, taip pat inertinių dujų labai maža. Stebina taip pat nenormaliai didelis deguonies kiekis.

Manoma, kad pirmykščiame, iš Saulės gelmių ištryškusiame plazmos debesyje sunkiujų elementų koncentracija dar nebuvo tokia didelė kaip dabar Žemėje, bet vis dėlto didesnė už vidutinį Saulėje esantį jų kiekį. Tas jau iš pat pradžių labai įvairios sudėties medžiagos žiedas netrukus ėmė sluoksniuotis; sunkiosios medžiagos atsidūrė žiedo ekvatorinėje plokštumoje, o lengvosios – jo išorinėse dalyse. Bet iš Saulės sklindantys protonų srautai (Saulės vėjas) per trumpą laiką suspėjo iš artimų saulei sričių nupūsti vandenilį ir helį, kurie didesniais kiekiais susitelkė debesies periferijose. Todėl, debesiui pradėjus skaidytis į medžiagos santalkas, arti Saulės augo nedidelės, bet sunkios planetos (Merkurijus, Venera, Žemė, Marsas), o toli nuo jos didelės (Jupiteris ir Saturnas). Nedideli šių planetų branduoliai apaugo labai storomis atmosferomis iš vandenilio, helio, taip pat iš vandenilio junginių su anglimi (metanas), su azotu (amoniakas), pagaliau su deguonimi (vanduo).

Manoma, kad dar kitokiomis sąlygomis didėjo tolimosios planetos – Uranas ir Neptūnas. Jų užuomazgos dėl labai lėto sukimosi augo lėčiausiai. Vandenilis ir helis per tą laiką jau buvo išsisklaidęs, todėl jų
branduoliai aplipo daugiausia amoniako ir vandens apvalkalais.

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 2471 žodžiai iš 8201 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.