Земля и ее атмосфера: формирование поверхности

Выдержки из статьи о происхождении земной атмосферы, опубликованной в "Scientific American" (октябрь, 1952 г.). Автор этого научного труда Гарольд Юри (Harold С. Urey) получил Нобелевскую премию в 1934 году.

Впервые идею движения Земли и других планет вокруг Солнца высказал древнегреческий астроном Аристарх Самосский. Ее решительно отвергали более 2 тысяч лет - до тех пор, пока польский астроном Николай Коперник не построил гелиоцентрическую систему мира. Древним грекам были известны примерные размеры Земли: они догадывались и о причинах солнечных затмений. Спустя примерно 100 лет после Коперника, датский астроном Тихо Браге, устроивший обсерваторию на одном из островов в Балтийском море, начал проводить регулярные наблюдения за движением Марса. Результаты этих и других наблюдений позволили немецкому астроному Иоганну Кеплеру сформулировать законы движения планет. Затем великий физик Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения и создал теорию движения небесных тел, заложив основы небесной механики. Это стало пищей для ума многих величайших физиков и математиков на ближайшие столетия.

Объяснить происхождение Солнечной системы оказалось гораздо сложнее, чем движение планет. Какие процессы привели к формированию Земли и других небесных тел? Никто из нас не жил в те времена, и какие бы предположения я ни выдвигал, все они будут только предположениями. Остается лишь в общих чертах описать возможный ход событий, так чтобы это описание не противоречило физическим законам и установленным фактам.

Скорее всего (прим.: это такое мнение науки?) дело обстояло так: в какой-то пустынной части Галактики под действием давления света звезд началось сжатие огромного газопылевого облака. Силы гравитации ускорили процесс накопления вещества. Каким-то неясным пока способом в центре сгустка сформировалось Солнце, испускавшее гораздо больше света и тепла, чем сегодня. Вокруг него кружились облака из пыли и газа; в результате вихревого турбулентного движения из них образовались сгустки вещества, а затем протопланеты, которые потом стали планетами и, возможно, наиболее крупными астероидами в пространстве между нынешними Марсом и Юпитером. На этой стадии вследствие конденсации паров воды и аммиака начался процесс аккумуляции крупных планетезималей. Среди них была одна довольно большая, из которой в основном сформировалась Луна, и еще одна более крупная, в конце концов превратившаяся в Землю. Вначале температура планетезималей была невысокой, но затем поднялась до температуры плавления железа. На низкотемпературной стадии на этих объектах скапливалась вода, а на высокотемпературной - углерод в составе графита и карбида железа. Газовые составляющие улетучились, и планетезимали начали сталкиваться и объединяться. Может быть, так и образовалась Земля (прим.: это весьма интересное мнение ученого: скорее всего, может быть, - и за это дают Нобелевскую премию?).

Потом произошло много чего, в том числе возникновение атмосферы. На той стадии, когда Земля оформилась как твердое тело, у нее вряд ли была газовая оболочка из паров воды, азота, метана, некоторого количества водорода и следов других газов. Дж. Пул (J.H.J. Poole) из Дублинского университета высказал основополагающее мнение, что к формированию атмосферы с ее окислительными свойствами привело высвобождение водорода из земной тверди. Водород метана (CH₄) и аммиака (NH₃) медленно улетучивался, а оставались азот, диоксид углерода, вода и свободный кислород. Это только мое предположение, и я думаю, что на самом деле образованию свободного кислорода предшествовало появление множества других молекул, содержащих водород, углерод, азот и кислород. С появлением растений начался фотосинтез, в ходе которого из диоксида углерода и воды образовывались органические вещества и кислород. Так началось формирование атмосферы в том виде, какая она есть сейчас. Ее физическая и химическая эволюция продолжается и сегодня.