Dyskusja wikipedysty:Tomekg.966/Kosmos/Ziemia

= Historia Ziemi ='

Od Wielkiego Wybuchu do narodzin Układu Słonecznego

Wszechświat narodził się w wyniku Wielkiego Wybuchu ok. 13,75 mld lat temu, kiedy z osobliwości początkowej - niewyobrażalnie gęstego i gorącego punktu wyłoniła się czasoprzestrzeń. Wraz z upływem czasu Wszechświat rozszerzał się i stygnął, tworzyły się cząstki elementarne, takie jak neutrony, protony i elektrony. Po kilku milionach lat, kiedy temperatura obniżyła się do mniej niż 1 mld stopni Celsjusza w wyniku łączenia się neutronów i protonów powstawały jądra atomowe wodoru (H). Składające się z tych pierwotnych atomów chmury materii skupiały się, tworząc gęste obłoki - protogwiazdy. W ich wnętrzach w procesach termojądrowych powstawały atomy helu (He) oraz wielkie ilości energii. Wkrótce rodziły się także inne pierwiastki, takie jak węgiel (C) czy tlen (O). Powstawały one w jądrach gwiazd, gdzie dochodziło do wypalenia się lżejszego wodoru i helu. Powstawały także inne pierwiastki, cięższe nawet od żelaza (Fe). Po jakimś czasie niektóre gwiazdy zaczęły wyczerpywać swoje źródła energii: wiele z nich zapadało się wtedy, po czym eksplodowało, odrzucając obłoki materii i tworząc niewyobrażalne ilości energii. Zjawiska te nazywane są supernowymi. Materia wyrzucana przez nie powodowała powstawanie kolejnych, bogatszych w pierwiastki mgławic. Właśnie z jednej z takich mgławic wyłonił się Układ Słoneczny.

=

Ok. 6 mld lat temu po eksplozji jednej z pobliskich gwiazd w miejscu dzisiejszego Układu Słonecznego skupiać się zaczęły chmury wyrzuconej przez nią materii, które z czasem zaczęły wirować wokół własnej osi. W centrum tego dysku materia stawała się coraz gęściejsza, tworząc gorącą, potężną kulę helu i wodoru. W jądrze powstającego dopiero Słońca wkrótce zaczęło dochodzić do procesów termojądrowych, dzięki którym zaczęło emitować energię. W innych miejscach układu powstawać zaczęły kolejne, choć znacznie mniejsze skupiska materii, które dały z czasem początek odłamkami skalnymi - planetozymalami.

Ok. 5 mld lat temu nasz Układ Słoneczny był wirującą wokół własnej osi chmurą materii.

Powstanie Ziemi i eon archaiczny

Wyłonienie się Ziemi z obłoku protoplanetarnego

Ok. 4,6 mld lat temu Układ Słoneczny był wirującym wokół powstałego Słońca dyskiem materii, składającym się z pyłów, gazów i odłamków skalnych. Odłamki skalne i lodowe łączyły się podczas kosmicznych zderzeń tworząc coraz to większe ciała niebieskie, z czasem zaś planetozymale - małe, często niekuliste ciała, które w wyniku przyciągania zaczęły łączyć się z otaczającymi je odłamkami, przybierając na masie. W centrum Układu wokół Słońca powstało wiele planetozymali, jednak ostatecznie uformowało się prawdopodobnie sześć większych: Merkury, który był wtedy ok. 2,5 razy większy niż dziś, Wenus, Ziemia, podobnie jak Merkury znacznie większa, Mars, Thea oraz przypuszczalnie szósta protoplaneta, która w wyniku zderzenia z Merkurym sama rozpadła się, spowodowała jednak także utratę przez niego większości masy.

Początki

Nieustannie zderzająca się z różnymi odłamkami skalnymi i mniejszymi planetozymalami Ziemia formowała się, pozostając w dalszym ciągu wielką kulą rozgrzaną do niewyobrażalnych temperatur. Całą powierzchnię pokrywał ocean magmy, złożonej z zarówno lekkich jak i ciężkich pierwiastków, które dopiero zaczynały opadać na dno. Ziemia nie była sama na swojej orbicie, bowiem ukształtowała się na niej druga planeta Thea, wielkości Marsa. Grawitacja obu ciał przyciągała je, aż w końcu doprowadziła do gigantycznego zderzenia, które nie było jednak czołowe, Thea bowiem istniała ok. 60° przed lub za Ziemią. W wyniku zderzenia pod kątem znaczna część naszej planety została wyrzucona w kosmos, Thea zaś nie przetrwała wypadku i rozpadła się. Połączone odłamki obu planet pod wpływem grawitacji zaczęły krążyć wokół pozostałej części Ziemi, tym samym skupiając się coraz bliżej siebie, by w końcu utworzyć kulę. Tak powstał Księżyc. Zdarzenie miało miejsce kilkadziesiąt milionów lat po uformowaniu się Ziemi.

Wielkie Bombardowanie i powstanie pola magnetycznego

Wkrótce Ziemia doznała kolejnego wypadku, bowiem w jej kierunku i w kierunku pozostałej części wewnętrznego Układu Słonecznego wyrzucane zaczęły być miliony skalnych odłamków, na które oddziaływały grawitacyjnie gazowe olbrzymy, "wędrujące" na peryferia Układu. Przez wiele milionów lat powierzchnia zarówno Ziemi jak i Księżyca była bombardowana, powtórnie też powstał ocean magmy, który zaczął już zanikać. Miało to jednak też swoje dobre strony, bowiem pod wpływem ponownego upłynnienia się planety cięższe pierwiastki mogły opaść ku jej centrum, tworząc jądro. Wzajemne tarcie pierwiastków doprowadziło do gigantycznych wyładowań elektrycznych, które doprowadził do powstania pola magnetycznego. Wraz z Wielkim Bombardowaniem przybyła także z kosmosu na Ziemię woda, która początkowo w wyniku gigantycznych temperatur zaczęła tworzyć gęste chmury, z czasem zaś przeobrażać się w płynną substancję i opadać na ziemię. Tak powstały pierwsze oceany.

Pierwsza atmosfera

Pierwotna atmosfera powstała zaraz po uformowaniu się Ziemi, jeszcze przed powstaniem jej jądra. Prawdopodobnie składała się z gazów szlachetnych, m.in. argonu, neonu itp., jednakże szybko została wymieciona przez wiatr słoneczny, który mógł wtedy bezproblemowo docierać do powierzchni planety, bowiem nie istniało pole magnetyczne. Po powstaniu owego pola, co opisane zostało nieco wcześniej utworzyła się nowa atmosfera, bogata w dwutlenek węgla, azot i parę wodną. Gazy te miały różne pochodzenie, niektóre zostały wyrzucone z wnętrza Ziemi, inne przyciągnięte przez Ziemię z kosmosu, jeszcze inne zaś przybyły wraz z uderzającymi w glob odłamkami skalnymi i lodowymi podczas Wielkiego Bombardowania.

Woda i tlen

Woda przybyła na Ziemię prawdopodobnie wraz z odłamkami skalnymi i lodowymi podczas Wielkiego Bombardowania. Gdy planeta była rozpaloną kulą, pokrytą oceanem magmy woda istniała pod postacią gęstych, wszechobecnych chmur, z czasem zaś po ostygnięciu Ziemi zaczęła skraplać się i opadać na powierzchnię, tworząc początkowo jedynie jeziora. W tym czasie zaczęła wzrastać ilość tlenu w atmosferze, który zaczął pojawiać się w wyniku działania promieniowania ultrafioletowego. Ono bowiem gdy nie istniała warstwa ozonowa docierało bez problemów do Ziemi i rozdzielało wodę na tlen i wodór, który szybko uleciał w przestrzeń kosmiczną.

Początki życia

Ok. 4 mld lat temu w wyniku przemian chemicznych z udziałem energii elektrycznej na Ziemi powstawać zaczęły związki organiczne aminokwasy, które łącząc się tworzyły białka. W wyniku wielu procesów powstawać zaczęły prymitywne, zawierające materiał genetyczny RNA twory przypominające organizmy żywe, podobne do wirusów lub będące nimi samymi. Równocześnie inne związki łączyły się tworząc bardziej złożone struktury, oparte na RNA, które zaczęło mutować, tworząc lepiej rozwinięte DNA. Na Ziemi zaczęło powstawać wiele podobnym do organizmów żywych tworów, jednak prawdopodobnie tylko kilka linii rozwinęło się tworząc w pełni żywe organizmy. Jeden z tych prymitywnych związków, nazywany LUCA był przodkiem wszystkich żyjących współcześnie organizmów żywych. Jego struktura była bardzo skomplikowana, bowiem zawierał zarówno RNA jak i DNA. Niewątpliwie gatunek LUCA nie był sam na Ziemi, bowiem istnieć musiały inne podobne do niego twory, których potomkowie przegrali walkę o przetrwanie. Ok. 3,5 mld lat temu z protoorganizmów, typu LUCA rozwinęły się dwie główne linie: archeony, początkowo będące lepiej przystosowane do życia na Ziemi i bakterie, którym dane było przejąć prymat po archeonach. U obu grup pojawiły się komórki, co do których nie wiadomo, czy zawierały je gatunki z czasów LUCA.

Początki obecnej atmosfery i rozwój życia

Jedną z grup bakterii były sinice, nazywane także cyjanobakteriami, których pojawienie się było przełomowym momentem dla życia na Ziemi, bowiem sinice w wyniku procesu fotosyntezy zaczęły przetwarzać wszechobecny w atmosferze dwutlenek węgla z udziałem innych niezbędnych do tego składników na glukozę, czego ubocznym skutkiem było powstawanie tlenu. Gaz szybko rozprzestrzenił się i przejął rolę dwutlenku węgla, stając się jednym z głównych składników atmosfery. Sinice oraz pokrewne im bakterie szybko zdominowały planetę, archeony zaś musiały odsunąć się w cień, jednak nadal istniały na Ziemi i przetrwały aż do czasów obecnych, podobnie zresztą jak ich rywale - bakterie.

Pierwsze kontynenty

Kiedy Ziemia ostygła i została pokryta oceanami powstawać zaczęły pierwsze protokontynenty, które jednak nie istniały zbyt długo, bowiem na skutek aktywności tektonicznej zapadały się, z płaszcza zaś wyodrębniały się nowe. Pierwszymi poznanymi dosyć stałymi paleokontynentami były Pilbara i Kenorland, które powstały ok. 3,6 - 3,3 mld lat temu. Były to rozsiane po oceanach wysepki, jedne z wielu, które łączyły się, tworząc coraz to większe lądy. Ok. 3,3 mld lat temu kilka paleokontynentów, m.in. wspomniana już Pilbara i Kaapvaal połączyło się, tworząc prawdopodobnie pierwszy w dziejach Ziemi superkontynent Walbarę.

Eon proterozoiczny

Początki proterozoiku i lądy w tejże epoce

Eonem następującym po archaiku był proterozoik, który rozpoczął się 2,5 mld lat temu. We wczesnym proterozoiku nastąpiły gwałtowne zmiany klimatyczne oraz procesy geologiczne. Liczne orogenezy (wypiętrzanie się gór) przy akompaniamencie zlodowaceń wstrząsały planetą, powodując powstawanie na całym globie wzniesień i gór. Ok. 2 mld 23 mln lat temu (niedokładność 4 mln lat) w Ziemię uderzyła planetoida, czego skutkiem jest olbrzymi krater o średnicy 300 km w RPA. Nie są znane skutki kosmicznej kolizji. Mniej więcej w tym czasie, między 2,7 a 2,1 mld lat temu rozpadać się zaczął superkontynent Walbara, którego szczątki wkrótce utworzyły kolejny superkontynent Columbię, istniejący prawdopodobnie 1,8 - 1,6 mld lat temu. We wczesnym proterozoiku (2,5 - 1,6 mld lat temu) istniał także inny dość duży kontynent Laurencja, w którego skład wchodziła m.in. część Ameryki Płn. Kontynenty po raz kolejny rozpadły się, ich resztki zaś stworzyły następny w dziejach superkontynent Rodinię (od ros. rodina - ojczyzna), który powstał ok. 1,4 mld lat temu. 200 mln lat później, w okresie stenu w wyniku zderzenia z inną masą lądu wypiętrzyły się w Rodinii liczne pasma górskie (orogeneza Grenville).

Powstanie eukariontów

Według jednej z najpopularniejszych teorii pierwsze eukarionty były potomkami zmutowanej genetycznie komórki archeonu, której materiał genetyczny został w większości zastąpiony materiałem genetycznym komórki bakteryjnej, która zakaziła archeona. W wyniku połączenia się cech obu domen: bakterii i archeonów powstała trzecia, znacznie bardziej rozwinięta od obu pozostałych domena eukariontów, początkowo reprezentowana jedynie przez mikroskopijne jednokomórkowce.

Zlodowacenia

W okresie między 2 mld a 600 mln lat temu na Ziemi czterokrotnie występowały zlodowacenia, z czego najsilniejsze wystąpiło na przełomie dwóch epok neoproterozoiku: kriongenu i ediakarenu, tj. ok. 750 - 570 mln lat temu. Według tzw. teorii Ziemi-śnieżki w tamtym okresie większość lub nawet cała powierzchnia naszej planety pokryta została lądolodem, zamarznąć miały nawet oceany, życie zaś znalazło się na skraju wymarcia. Nielicznie gatunki przetrwać miały w pobliżu kominów geotermalnych, miejsc na dnie oceanów, które emitują ciepło pochodzące z wnętrza Ziemi. Ziemia-śnieżka rozmarzła nagle w okresie ediakarenu, czego przyczyną były prawdopodobnie zbyt duże ilości dwutlenku węgla, tworzącego zwiększony efekt cieplarniany. Kiedy zamarzły oceany dwutlenek węgla nie mógł zostać pochłonięty jak zazwyczaj przez glony, które przeprowadzały fotosyntezę. Nadmiar gazu spowodował ocieplenie klimatu i zaniknięcie globalnego zlodowacenia.

Rozwój eukariontów

Jeszcze przed okresem Ziemi-śnieżki z prymitywnych eukariontów rozwinęły się przynajmniej dwie bardziej rozwinięte grupy: autotroficzne (przeprowadzające proces fotosyntezy) rośliny i cudzożywne grzyby. Powstające grupy organizmów należały do wielokomórkowców, ponadto zaś coraz częściej zaczynały rozmażać się płciowoNiewykluczone też, że w tym czasie żyły jeszcze gatunki nie będące potomkami ostatniego uniwersalnego przodka wszystkich obecnie żyjących organizmów LUCA, wywodziły się zaś od pokrewnych mu istot. Ziemia-śnieżka przyniosła zagładę większości gatunków i tylko nieliczni przedstawiciele bakterii, archeonów, protistów, grzybów i roślin przetrwali w pobliżu kominów geotermalnych. Wkrótce po ustąpieniu lodów na Ziemi pojawiły się spokrewnione z grzybami pierwsze zwierzęta, do których zaliczały się m.in. gąbki, płaskowce i parzydełkowce. W okresie ediakarenu na Ziemi rozwinęło się większość znanych obecnie typów zwierząt, jednakże ich liczba była stosunkowo niewielka.

Schyłek proterozoiku

Koniec Proterozoiku to czas gwałtownych przemian: na Ziemi pojawiło się i po 200 mln lat ustąpiło globalne zlodowacenie, o którym napisane jest nieco wcześniej, ok. 750 mln lat temu rozpadł się superkontynent Rodinia, pojawiło się zaś kilka mniejszych kontynentów: Awalonia, Baltika, której szczątki znajdują się obecnie na północny wschód od Bałtyku, Laurencja, Gondwana, Floryda, Syberia itd. Na przełomie Proterozoiku i Paleolozoiku, ok. Awalonia, Laurencja i Baltika zaczęły ponownie zbliżać się ku sobie, podczas gdy Gondwana zaczęła rozpadać się.

Paleozoik

Eksplozja kambryjska

Na czas najwcześniejszego okresu Proterozoiku - Kambru przypada czas tzw. eksplozji kambryjskiej, kiedy po ok. 200 mln lat życia pod lodami Ziemi-śnieżki organizmy eukariotyczne, zwłaszcza rośliny, grzyby i zwierzęta w olbrzymim tempie rozprzestrzeniły się po całym globie, zajmując większość środowisk. Liczne gatunki roślin i grzybów zaczęły zasiedlać pustynne, jałowe lądy, powstawać zaczęły pierwsze mszaki, zwierzęta zaś opanowały oceany. Istniały już wtedy wszystkie obecnie występujące typy, łącznie ze strunowcami, do których należy człowiek. Przełomem w historii życia na Ziemi było powstanie szkieletu. Według jednej z teorii stało się to z powodu wyjątkowo dużej aktywności tektonicznej i geologicznej Ziemi w tamtym czasie. Lądolody topniały, kontynenty dzieliły się, część z nich zostało pochłonięte przez płaszcz ziemski, z którego wydobywająca się magma tworzyła nowe lądy. Niestabilność skorupy ziemskiej wymusiła wzmocnienie wewnętrzne ciał organizmów żywych - powstanie szkieletów. W tym czasie istniało ok. 700 gatunków zwierząt i ponad 100 glonów, dużo więcej niż kilkanaście mln lat temu. Wraz z ewolucją organizmów żywych zwiększał się poziom tlenu, produkowanego głównie przez rośliny i glony, umożliwiając rozwój wyższych form życia.

Rozkład lądów w Kambrze

W pierwszych dwóch okresach ery paleozoicznej: Kambrze (542,0 ± 1,0 - 488,3 ± 1,7 mln lat temu) i Ordowiku (488,3 ± 1,7 - 443,7 ± 1,5 mln lat temu) znaczna część lądów wchodziła w skład superkontynentu Gondwany, który rozciągał się od bieguna południowego do terenów dzisiejszych Alp na północy. Prócz Gondwany istniał mniejszy kontynent Laurencja, leżący po obu stronach równika oraz kilka subkontynentów, m.in. Awalonia, leżąca na północ od jednej części Gondwany oraz na wschód od drugiej, Baltika, położona na południe od Laurencji, niedaleko wód morza Tornquista, Floryda, niedaleko bieguna południowego, na wschód od Gondwany i Syberia na zachód od superkontynentu, którą dzielił od niego ocean Paleoazji, zmniejszający się w wyniku procesu przemieszczania Syberii na wschód. Ocean zewnętrzny, nazywany Pantalassa, który nie obejmował zasięgiem otoczonych lądami wód Iapetusa, znajdującego się pomiędzy Gondwaną, Baltiką a Laurencją.

Ordowik

Zapoczątkowana z początkiem kambru gwałtowna ekspansja organizmów żywych zakończyła się w jego drugiej połowie, zaś na przełomie

Mezozoik

Katastrofa 65,5 mln lat temu

Ok. 65,5 mln lat temu w Ziemię uderzyła asteroida o średnicy ok. 9 km. Do zderzenia doszło na terenie obecnej Zatoki Meksykańskiej. Kolizja doprowadziła do serii następujących potem katastrof, m.in. zwiększyła aktywność wulkaniczną i doprowadziła do przesłonięcia na kilkadziesiąt, kilkaset tysięcy lat nieba przez pyły i gazy powstałe w wyniku zderzenia. Energia słoneczna zaczęła docierać w mniejszych ilościach, co doprowadziło do ochłodzenia klimatu i epoki lodowcowej. Ciemny, mroźny a w dodatku zatruwany przez substancje uwalniane podczas erupcji wulkanów świat stał się nieprzyjazny dla wielu gatunków zwierząt, m.in. dla gadów, spośród których większość wymarła. Do grup, które nie przetrwały skutków zderzenia z asteroidą należały m.in. dinozaury, pterozaury i wielkie gady morskie.

=

Uderzenie asteroidy ok. 65,5 mln lat temu spowodowało gwałtowne zmiany klimatyczne, m.in. nagromadzenie się trujących i przesłaniających słońce pyłów i gazów w atmosferze, które spowodowały zmniejszenie docierającego do Ziemi światła słonecznego, a co za tym idzie ochłodzenie klimatu i epokę lodowcową.

Zderzenie Ziemi z asteroidą spowodowało ok. 65,5 mln lat temu wielkie wymieranie, w skutek którego opustoszało wiele nisz ekologicznych. Wymarcie dotychczasowych "władców" lądów, mórz i przestworzy umożliwiło ewolucję żyjących w ich cieniu ssaków. Osiągające dotychczas wielkości dzisiejszych mysz i szczurów ssaki zaczęły gwałtownie ewoluować, stawały się coraz większe, aż w końcu stały się następcami wielkich gadów, przystosowując się nawet do życia w wodzie. Rozwój ssaków umożliwiło ocieplenie klimatu i rozprzestrzenienie się lasów równikowych ok 55 mln lat temu na przełomie paleocenu i eocenu.

Budowa geologiczna Ziemi

Nieciągłość Mohorovičicia

Nieciągłość Mohorovičicia lub też nieciągłość Moho to strefa przejściowa między skorupą ziemską a górnym płaszczem, odkryta w 1909 r. przez chorwackiego meteorologa i sejsmologa Andriję Mohorovičicia, który zauważył skokową zmianę prędkości fal sejsmicznych w miejscu, gdzie znajduje się nieciągłość Moho. Strefa ma grubość kilkuset metrów i położona jest na różnych głębokościach, zależnie od miejsca.

• pod dnem morskim - 5-8 km.
• pod skorupą kontynentalną - ok. 30 km.
• pod wysokimi górami, np. Himalajami - nawet 80 km.

Dotychczas żaden odwiert nie sięgnął nieciągłości, choć pochodzące z niej skały z ordowiku w wyniku procesów geologicznych znalazły się na powierzchni ziemi.

Zniknięcie najliczniejszych grup spowodowało opustoszenie wielu środowisk, które zaczęły zajmować m.in. żyjące dotychczas w cieniu "władców" ssaki.