Экология: биология взаимодействия. 2.10. (дополнение) Эволюция Вселенной, Солнечной системы и Земли

2.09. Биогеохимический цикл фосфора

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 2. Биосферология

2.11. (дополнение) Что такое жизнь?

2.10. (дополнение) Эволюция Вселенной, Солнечной системы и Земли

Пока ты чувствуешь звезды как нечто «над тобою», ты еще не обладаешь взором познающего.
Фридрих Ницше

В описании возникновения и развития Вселенной наука проявила одновременно и силу, и слабость. Мы имеем детальные описания эволюции Вселенной, соответствующие разным теориям. В этих теориях используется сложнейший математический аппарат; события, которые в них описываются, совершенно противоречат здравому смыслу. Тем не менее, никакая из теорий не является общеубедительной; дальнейшее исследования нашей Вселенной приводят к новым, зачастую парадоксальным открытиям.

Возраст Вселенной составляет примерно 13,7 миллиарда лет (рис. 2.10.1). Она возникла в результате так называемого «Большого взрыва» — события, которое не укладывается в рамки здравого смысла. Результатами этого события стало не только возникновение Вселенной, но и появление пространства и времени (поэтому вопросы, что находится снаружи Вселенной, или что было до ее возникновения, логически противоречивы).

До сих пор открыт вопрос, что ожидает Вселенную в будущем. Впрочем, со временем (очень разным в разных моделях) Вселенная перестанет быть местом, пригодным для жизни. Она может «схлопнуться», деградировать в бесконечном расширении или переродиться — пока выбор отражает скорее вкусы и интуицию ученых, чем точные данные. По крайней мере, «соль» нынешнего этапа развития Вселенной заключается в существовании в ней звезд и галактик.

Вся известная нам история Вселенной — это история ее расширения. В ходе этого расширения в ней возникли элементарные частицы, атомы (водорода) и собранные силой гравитации звезды. В звездах вещество достигает такой степени сжатия и нагрева, что в них начинаются термоядерные реакции — слияние ядер легких элементов. Так, самая распространенная термоядерная реакция во Вселенной — образование ядер гелия в результате слияния ядер водорода. При слиянии ядер элементов первой половины таблицы Менделеева (до железа) происходит высвобождение энергии. Эта непрерывно выделяющаяся энергия не дает звездам сжаться. Любая звезда (и наше Солнце) балансирует между двумя процессами — гравитационным сжатием и расширением из-за выделения термоядерной энергии.

Звезды, в которых «выгорает» весь водород, сжимаются сильнее, и в них могут начаться термоядерные реакции слияния ядер гелия.

Итак, элементы, стоящие в таблице Менделеева до железа, могут образовываться при термоядерных реакциях. А как возникают элементы второй половины этой таблицы? Иногда при сжатии звезды в ней начинают идти реакции, в результате которых количество выделяющейся энергии резко увеличивается. Такая звезда взрывается как термоядерная бомба, превращаясь в сверхновую. Вещество сверхновой с колоссальной энергией разбрасывается в космосе. Как получают тяжелые элементы в ускорителях? Разгоняют одни ядра и бомбардируют ими другие. При очень высокой скорости соударения ядра могут слиться в одно. То же самое происходит при взрывах сверхновых.

«Звезды — это механизм, средство эволюции, результатом которой являются тяжелые элементы» (В. Снытников, В. Пармон, 2004)

…Когда человечество получает энергию, проводя ядерную реакцию распада урана, оно извлекает энергию, накопленную при взрывах сверхновых.

Итак, чтобы во Вселенной появились разнообразные элементы, должен был пройти определенный срок, достаточный для рождения и гибели звезд. Солнечная система, Земля, и даже наши тела содержат элементы, прошедшие через погибшие звезды.

Возраст Земли (и Солнечной системы) — 4,6 миллиардов лет. Солнце и планеты образовались из газопылевого облака, результата разрушения предшествовавших звезд. Ядерные превращения в прежних звездах — причина разнообразия химических элементов на Земле, делающего возможным существование жизни.

Сейчас Солнце находится на середине срока своего существования. Примерно через 5 миллиардов лет оно вначале увеличится в размерах до орбиты Земли, а потом сожмется и, наконец, взорвется. Из получившегося вещества возникнут новые звезды.

На Земле недоступны горные породы, сохранившиеся с периода ее возникновения. Однако о ее возрасте можно судить по возрасту метеоритов. Это фрагменты «материала» Солнечной системы, которые не вошли в состав планет. Они до сих пор движутся в Солнечной системе и периодически падают на поверхность Земли. Самые распространенные метеориты — железокаменные. Очень упрощая, можно сказать, что они состоят из силикатов («камня») и металлов («железа»). Плотность «железа» выше. Земля образовалась как комок из такого материала. При соударениях он нагревался, и более плотное вещество («железо») перемещалось вглубь, к центру планеты. Легкие вещества («камень»), напротив, вытеснились на поверхность. От этого выделилось значительное количество энергии, и Земля сильно разогрелась. В результате планета приобрела структуру, похожую на современную: ядро окружено вязкой мантией, на поверхности которой плавает кора. Началось движение литосферных плит — фрагментов коры. От их столкновения образовались горы. Результатом разрушения гор, а также переноса вещества водой и воздухом, стало образование осадочных пород.

Земная поверхность охладилась до температуры ниже 100°С около 4 млрд. лет назад. С этим было связано возникновение океана. Еще около 800 млн. лет после этого океан был очень горячим — более 90°С. Самые древние известные нам минералы на Земле имеют возраст 4,2 млрд. лет, но не являются осадочными. Древнейшие осадочные породы из формации Исуа в Гренландии имеют возраст 3,8 млрд. лет. В них уже есть следы жизни (углеродистые частицы биологического происхождения). Это означает, что жизнь появилась на Земле сразу, как сложились хоть сколько-то пригодные для нее условия. История земной жизни началась в кипятке!

 

2.09. Биогеохимический цикл фосфора

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 2. Биосферология

2.11. (дополнение) Что такое жизнь?