Урок №27 Химическая эволюция

Химическая эволюция в истории Земли. 

При разогревании недр Земли из ее внутренних зон на поверхность планеты начали выделяться газовые компоненты. Таким путем образовалась вторичная, точнее, «собственная» земная атмосфера, а происходившие в то время химические реакции определили ее состав. В основном это были углеводородные газы, аммиак, углекислота, сероводород и свободный водород, при отсутствии свободного кислорода и азота. Взаимодействие между углекислотой и водородом приводило к образованию метана и воды. Вода в парообразном состоянии окружила Землю сплошной пеленой облаков.

Формирование нашей планеты на протяжении длительного времени сопровождалось бурными и сложными химическими реакциями. Они, несомненно, шли с поглощением свободного кислорода, возникавшего при образовании кремнекислоты и ряда других компонентов магматических пород. Поэтому в атмосфере Земли свободного кислорода не было.

Первичный кислород мог появляться в результате воздействия ультрафиолетовой радиации Солнца, а также других космических излучений на молекулы углекислого газа. Но накопления кислорода не происходило, так как он тратился на процессы окисления.

На поверхности земной коры под газовой оболочкой (атмосферой) стали происходить разнообразные геологические и физико-химические процессы. Именно здесь сначала образовались сложные углеродные соединения, а затем на их основе возникла жизнь.

После разрушения Протолуны и захвата части ее внутреннего вещества и железного ядра, а также разогрева, расплавления и дифференциации планетного вещества Земля приобрела прямое вращение. Сама Луна, сформировавшаяся из оставшегося силикатного вещества внешней части разрушенной Протолуны, вызывала на Земле интенсивные землетрясения, обусловленные лунными «приливами», амплитуда которых достигала от километра до десятков метров. В итоге этих процессов совершалась дифференциация планетного вещества, что привело к образованию ядра и мантии Земли.

Мантия (греч. mantion — «покрывало», «плащ») — это силикатная оболочка, расположенная между ядром и подошвой литосферы. Верхняя часть мантии достаточно пластична и частично расплавлена, она может течь, деформироваться, что вызывает перемещение литосферных плит. Нижняя часть мантии очень плотная. Вещество земной коры составляет лишь относительно тонкий слой литосферных плит, граничащих с верхним слоем мантии.

После того как температура верхней мантии достигла температуры плавления силикатов, приливное взаимодействие Земли с Луной ускорило расплавление веществ всей верхней мантии. Это событие произошло около 4 млрд лет назад. Первичное вещество Земли содержало около 13% металлического железа и около 24% его двухвалентного оксида. Перегрев верхней мантии привел к резкой гравитационной неустойчивости земных недр, так как под слоем тяжелых расплавленных веществ в центральной части Земли находилось более легкое вещество, не прошедшее гравитационную дифференциацию. В результате произошло катастрофически быстрое стекание тяжелых железных и окисножелезных расплавов к центру планеты, из которых образовалось плотное земное ядро. Этот процесс сопровождался сильными конвективными потоками в мантии, приведшими к образованию возле одного полюса огромной континентальной плиты — суперконтинента Пангея (лат. pan — «всё»; Гея — в древнегреч. мифологии богиня Земли). В этот период возникло дипольное магнитное поле Земли современного типа. Это произошло около 2,5 млрд лет назад, на границе архея и протерозоя.

Переход воды из газообразного в капельно-жидкое состояние, выделение газов из недр Земли и как следствие — образование атмосферы произошло около 4 млрд лет назад, а позже начали формироваться первые мелководные изолированные морские бассейны, которые затем соединились в единый еще неглубокий Мировой океан.

Насыщение водой поверхностного слоя коры под Мировым океаном, произошедшее около 2,2 млрд лет назад, сопровождалось массовым связыванием СО2 в карбонаты (главным образом, в доломиты). В результате парциальное давление углекислого газа снизилось и стало близким к современному. Уменьшение в атмосфере углекислоты привело к снижению температуры на поверхности Земли до +6 °С, а затем к очень сильному оледенению (Гуронское оледенение): льдом покрылись фактически все континенты того времени. Гуронское оледенение явилось самым сильным и продолжительным оледенением за всю геологическую историю Земли.

Насыщение водой слоя коры под Мировым океаном вызвало также активное вымывание металлического железа из мантии, которого там содержалось до 5%. Это вымываемое железо в форме двухвалентного гидроксида стало разноситься по всему океану. Окисляясь до трехвалентного, оно отлагалось на дне, особенно по мелководьям. Около 600 млн лет назад свободное железо исчезло из мантийного вещества. Исчезновение такого активного поглотителя кислорода, как металлическое железо, незамедлительно отразилось на увеличении количества кислорода в атмосфере. Это произошло на границе протерозоя и палеозоя. Этому же периоду соответствует и возникновение многоклеточности у живых организмов, и появление царства животных.

Как видим, этапу формирования жизни на Земле предшествовала длительная физико-химическая, геологическая и климатическая история развития нашей планеты. Наиболее существенные физико-химические события произошли 500—4000 млн лет назад. Именно в этот период в особых термодинамических условиях из исходных сложных органических соединений возникла простейшая и примитивнейшая жизнь, которая, постоянно развиваясь, создала в процессе своей длительной эволюции огромное разнообразие видов и форм. Появившись более 3500 млн лет назад, живые организмы овладели нашей планетой, создав особую оболочку Земли — биосферу.

Таким образом, период существования планеты Земля с момента её образования до появления первых живых организмов — пробионтов — это время химической эволюции, за которой последовал период биологической эволюции — время эволюции живых существ.

предыдущая следующая