Происхождение и строение Земли

Откуда взялось все живое? Природа жизни и ее возникновение занимают одно из центральных мест в биологической проблематике. Решение этой проблемы неразрывно сочетается с проблемой происхождения Вселенной. В этой связи, целесообразно кратко проанализировать основные концепции происхождения жизни, сформулированные историко-эволюционным процессом развития человеческого разума.

Креационизм – божественное сотворение мира и всего сущего в нем. Эту концепцию нельзя с научных позиций подтвердить, но и нельзя и опровергнуть. Процесс сотворения мира произошел единожды и недоступен для изучения. В дальнейшем теологические подходы не отвергают возможность развития жизни по законам природы, например, в рамках эволюционной теории Дарвина.

Самопроизвольное (спонтанное) зарождение. Этот путь сотворения жизни был распространен в Древнем Китае, Вавилоне, Египте. Его сторонником был и Аристотель. Однако со временем эта концепция трансформировалась в идею о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза или принцип Ф. Реди)

Концепция стационарного состояния. Считается, что жизнь существовала всегда. Виды так же никогда не возникали, их численность могла изменяться лишь до предела полного вымирания. Основные доводы малочисленных сторонников этой теории связаны с неясными аспектами палеонтологии, такими как разрывы в палеонтологической летописи. Появление некоторого ископаемого вида в пласте объясняется либо увеличением его популяции или миграцией в места, благоприятные для сохранения останков. Непонятно кому нужна такая миграция.

Концепция панспермии. Сторонники этой теории считают, что жизнь мгла возникнуть один или несколько раз в разное время и разных местах Галактики или Вселенной. С других планет, на которых есть жизнь, уносятся в мировое пространство частички вещества, молекулы, споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в космическом пространстве Вселенной за счет светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями, они начинают развиваться. Современная наука располагает только фактами обнаружения на метеоритах и кометах веществ, которые являются предвестниками живого: циапогенов, синильной кислоты и др. Однако все вещества космического происхождения (остатки метеоритов или лунный грунт) не обладают характерной для живых организмов дисимметрией.

Биохимическая эволюция – абиогенез. Это концепция утверждает возможность возникновения жизни из неживой природы в результате естественных физико-химических процессов.

Из астрономии известно, что Земля это третья по удалению от Солнца планета на 150 млн. км. Вращение Земли вокруг своей оси (суточное вращение) составляет 23 ч. 56 мин. 4,1с, что обеспечивает смену дня и ночи в разных частях Света. Обращение Земли по орбите вокруг Солнца происходит с периодом 365, 24 суток. Наклон земной оси к плоскостям эклиптики составляет 66º 33' 22" и вызывает смену времени года. Форма Земли – геоид. Вращение ее явилось причиной того, что геометрическая фигура Земли близка к эллипсоиду вращения, сплюснутого у полюсов. Средний радиус Земли равен 6371 км, при этом полярный радиус – 6357км, а экваториальный – 6378 км. Земля обладает магнитным полем, напряженность которого убывает от магнитных полюсов к магнитному экватору от 0,7 до 0,42 эрстед. Магнитные полюса Земли не совпадают с ее географическими полюсами. Существование магнитного поля Земли объясняется конвективными движениями электропроводящего вещества в жидком ядре планеты Земля. Масса Земли 6·10²⁴ кг, средняя плотность земного вещества 5,52·10³ кг/м³. Возраст планет солнечной системы оценивается в 4,6 млрд. лет. Геологическая история Земли делится на два крупных этапа: докембрий, длившийся около 4 млрд. лет и фаперозой - последние 570 млн. лет. Оболочечная структура Земли – следствие дифференциации вещества под действием гравитационного поля в условиях разогрева недр. Атомы тяжелых элементов постепенно дрейфовали к центру, а в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элементов. Вся земля подразделена на три характерные области: кору, мантию и ядро. Основные типы земной поверхности – океанический и материковый. Океаническая кора с учетом слоя воды достигает толщины примерно 10 км. Она имеет преимущественно базальтовый состав. Материковая кора имеет толщину до нескольких десятков километров в горных районах. Она состоит из двух слоев гранитного и базальтового. Средняя толщина коры принимается 35км.

Характерная особенность планеты Земля – ее структурность. Она сложена как бы из трех концентрических оболочек – геосфер: атмосферы, гидросферы и литосферы. Это наружные оболочки земли.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли – обеспечивает возможность развития жизни, на планете являясь ее сырьевым ресурсом и выполняя функции защитной оболочки. Масса атмосферы 5·10¹⁷ кг. По химическому составу она состоит примерно из 90% приходящихся на долю кислорода и азота и где-то 1% приходится на долю остальных газовых компонентов в смеси. Основные компоненты атмосферы – азот и кислород представлены в смеси соотношением 0,78 азот и 0,21 – кислород по мольным долям. Атмосфера Земли имеет оболочечное строение. Нижний слой – тропосфера имеет толщину над полярной зоной 8-10 км, над экватором – 16-18 км и содержит 80% общей массы атмосферы. Тропосфера создает условия необходимые для дыхания всех живых организмов и протекания химических процессов в твердой оболочке Земли и в воде.

Атмосфера выполнят роль «кухни» погоды. Температура тропосферы падает с высотой примерно на 6 ºС/км. На ее верхней границе она составляет 190 – 220 К и остается практически неизменной – этот слой называют тропопаузой. Выше расположена стратосфера (до 80 – 90 км). В ней температура возрастает и достигает максимума в 275 К на высоте 50 – 55 км, после которой вновь падает. Верхняя часть атмосферы от 80 до 400 км постепенно переходит в межпланетное пространство. Она имеет малую плотность и высокую степень ионизации составляющих ее газов. Важную роль для жизни на Земле играет под оболочка стратосферы, расположенная между 30 и 55 км по высоте азоносфера. Она выполняет функцию защиты живого от ультрафиолетового излучения.

Современное состояние атмосферы – продукт длительного исторического развития Земли, тесно взаимосвязанный с наличием на ней живого вещества и водной оболочки – гидросферы.

Общая масса гидросферы 1,4·10²¹ кг. Гидросфера не образует сплошного слоя. Она включает в себя Мировой океан, покрывающий 70,8% земной поверхности, многочисленные внутренние воды и льды материков. В среднем состав гидросферы соответствует составу морской воды, на 1литр которой приходится 35г разных солей – хлоридов, сульфатов, карбонатов и др. Кроме того она содержит практически все элементы Земной коры, растворенные газы в основном О₂ и СО₂.

Средняя глубина водной оболочки 3,75 км. До глубины 1300 м температура Мирового океана колеблется в широких пределах, а ниже колеблется от +4 до +2,5ºС. Круговорот воды в природе – важное свойство гидросферы. Важной составной частью воды являются карбонаты, участвующие в обменных процессах вода – воздух, воздействующих на химию океана, биоструктуру организмов и отложений океана. Концентрация СО₂ в атмосфере существенно влияет на температурный режим океана и на растворимость СО₂, которая в 15 раз больше, чем у О₂ и в 30 раз больше, чем у N₂. На состав воды существенное влияние оказывает живой мир. Так фитопланктон в процессе фотосинтеза превращает СО₂ и другие вещества в растительное органическое вещество.

В процессе фотосинтеза образуется кислород, что приводит к его значительной концентрации в приповерхностном слое океана. Всего в этом земном процессе участвует в течение года около 5·10¹⁰кг углерода и 22,5·10¹⁰ т органического вещества. Из этого количество на долю мирового океана приходится около 50%.

Велико и хозяйственное значение гидросферы. Это, прежде всего сама вода – главный минерал природы. Продукты морского питания человека занимают у некоторых народов доминирующее значение. Неисчерпаемы и минеральные ресурсы гидросферы. В первую очередь это запасы солей во внутренних замкнутых водоемах планеты (Эльтон, Баскунчак, кара - богаз – гол и др.). Экономически выгодно добывать из морской воды хлорид натрия, магний, бром, выделять йод из морских водорослей.

В ближайшем будущем океан может стать сырьевой базой добычи калия, серы, фтора, бора и т.д.