Jos laittaisit elokuvan pikakelaukseen, näkisit paljon toimintaa ja paljon muutoksia! Näkisit, että planeettamme on kokenut huomattavia muutoksia miljardien vuosien aikana (kuva 12.3). Valtavat vuoret ovat muodostuneet, tuhoutuneet ja korvautuneet uusilla vuorilla. Valtameret ovat avautuneet ja liikkuneet maapallon ympäri. Maanosat ovat liikkuneet, erkaantuneet toisistaan ja törmänneet toisiinsa, kunnes ovat lopulta saavuttaneet nykyisen sijaintinsa. Myös elämä maapallolla on muuttunut valtavasti. Aluksi maapallo ei edes pystynyt ylläpitämään elämää. Ilmakehässä ei ollut happea, ja maapallon pinta oli äärimmäisen kuuma. Hitaasti, miljoonien vuosien kuluessa, maapallo muuttui niin, että kasvit ja eläimet alkoivat kasvaa. Elävät olennot muuttivat maapalloa sitten vielä enemmän.
Kuva 12.3: Maapallo avaruudesta käsin. Maapallo näyttää nykyään hyvin erilaiselta kuin silloin, kun se muodostui yli 4 miljardia vuotta sitten.
Meistä on usein mukavaa käyttää mielikuvitustamme ajatellaksemme, millainen maapallo oli silloin, kun dinosaurukset vaelsivat ympäriinsä (kuva 12.4). Mitä mielikuvia sinulle tulee mieleen, kun ajattelet dinosauruksia? Kuvittele nyt aika maapallolla ennen dinosauruksia. Kuvittele aika ennen kuin maapallolla oli mitään elävää olentoa. Mitä mielikuvia tulee nyt mieleesi? Miltä luulet maapallon näyttäneen, kun se muodostui ensimmäisen kerran? Tämä oppitunti auttaa sinua ymmärtämään, miten maapallo muodostui, miltä se näytti ensimmäisinä vuosinaan ja miten elämä kehittyi ensin maapallolla.
Kuva 12.4: Maapallo ja sitä hallitsevat elämänmuodot ovat muuttuneet maapallon pitkän historian aikana.
Aiempien tietojen arviointi
Seuraavia kysymyksiä käsitellään muissa luvuissa, ja ne auttavat sinua tämän oppitunnin käsittelyssä. Tutki näitä ennen kuin siirryt eteenpäin.
- Mitä ovat kemialliset alkuaineet?
- Millaisia olosuhteita kasvit ja eläimet tarvitsevat elääkseen?
- Mitä on ilmakehä ja mistä se koostuu?
- Miten säätila ja eroosio vaikuttavat maapalloon?
Maan ja aurinkokuntamme muodostuminen
Voimme rakentaa aurinkokuntamme muodostumishistorian tarkastelemalla alueita, joilla muut tähdet ovat nyt muodostumassa. Tähtien muodostuminen alkaa, kun jättimäinen kaasu- ja pölypilvi romahtaa oman painovoimansa alla. Kun pilvi supistuu, se alkaa pyöriä nopeammin ja asettuu kiekon muotoiseksi rakenteeksi. Näemme näitä kiekonmuotoisia kohteita (joita kutsutaan proplydeiksi) Orionin tähtisumussa (kuva 12.13), jossa uudet tähdet ovat nyt muodostumassa. Suurin osa pölyisen kiekon materiaalista valuu kohti keskustaa, jossa tiheys kasvaa vähitellen, kunnes valtava keskipaine käynnistää ydinfuusioreaktiot ja tähti syntyy.
Suhteellisen pieni osa kiekon materiaalista jää kuitenkin jäljelle jään päällystämien pölyhiukkasten muodossa. Jyvien jäiset vaipat alkavat tarttua toisiinsa ja kasvavat lopulta metrin kokoisiksi kivilohkareiksi, joita kutsutaan planetesimaaleiksi. Planetesimaalit törmäävät toisiinsa ja kasautuvat suuremmiksi, halkaisijaltaan kymmenien kilometrien kokoisiksi kappaleiksi, joita kutsutaan protoplaneetoiksi. Kun protoplaneetat poistuvat kiekon raosta, niistä tulee todellisia planeettoja, ja niiden kiertoradat alkavat vakiintua (kuva 12.6).
Kuva 12.6: Taiteilijan piirtämä kuva vauvatähdestä, jota ympäröi vielä protoplanetaarinen kiekko, jossa planeetat ovat muodostumassa.
Planeettojen muodostumisprosessi on epäjärjestyksessä. Kaikki planetesimaalit eivät kasaannu planeetoiksi. Miljoonat planetesimalit jäävät jäljelle jäänneiksi ja ovat nyt aurinkokuntamme asteroideja ja jääpeitteisiä komeettoja. Ensimmäisten sadan miljoonan vuoden aikana Auringon muodostumisen jälkeen jäljelle jääneiden planetesimaalien ja planeettojen väliset törmäykset olivat yleisiä. Näemme kuun ja Merkuriuksen pinnoilla todisteita planetesimaalien voimakkaasta pommituksesta (kuva 12.7 ja kuva 12.8).
Kuva 12.7: Kuun pinta on arpeutunut halkaisijaltaan metristä kilometriin olleiden roskien törmäyksistä. Suurin osa planetesimaaleista akkretoitui planeetoiksi tai kuiksi, mutta osa näistä kappaleista on säilynyt meteoreina, asteroideina ja komeettoina aurinkokunnassamme nykyään.
Kuva 12.8: Merkuriuksen pinnalla näkyy samanlaista törmäyskraatteria. Suurin osa planetesimaaleista akkretoitui planeetoiksi tai kuiksi, mutta osa näistä kohteista on säilynyt meteoreina, asteroideina ja komeettoina aurinkokunnassamme nykyään.
Samantyyppisiä törmäyksiä olisi tapahtunut myös Maan pinnalla, mutta eroosioprosessit ovat kuitenkin pyyhkineet pois kaikki muut paitsi viimeisimmät näistä törmäyksistä. Kuvassa 12.9 on meteorikraatteri Arizonassa.
Kuva 12.9: Meteoriittikraatteri Arizonassa syntyi noin 40 000 vuotta sitten halkaisijaltaan noin 50 metrin kokoisen meteoriitin törmäyksestä. Tällaiset törmäykset ovat nykyään harvinaisia.
Noin 100 miljoonaa vuotta Auringon muodostumisen jälkeen aurinkokuntamme planeettojen ja kuiden painovoima oli pyyhkäissyt suurimman osan planeettojen pieneliöistä. Miljoonat näistä kappaleista ovat kuitenkin yhä jäljellä painovoiman kannalta stabiileilla kiertoradoilla aurinkokunnan pääasteroidivyöhykkeellä, Troijan asteroidivyöhykkeellä tai Neptunuksen ja Pluton tuolla puolen Kuiperin vyöhykkeellä. Alla olevassa luonnoksessa on havainnollistettu aurinkokuntamme suurimman asteroidivaraston sijainti nykyään (kuva 12.10).
Kuva 12.10: Tässä luonnoksessa on esitetty aurinkokuntamme suurin asteroidivarasto nykyään.
Kuva 12.10: Tässä luonnoksessa on esitetty aurinkokuntamme suurin asteroidivarasto nykyään.
Kuvassa on esitetty, mikä on aurinkokuntamme ainoa objekti, jonka tiedetään kannattavan elämää (kuva 12.11). Maassa tunnetaan nykyään yli miljoona kasvi- ja eläinlajia.
Kuva 12.11: Maa muodostui samaan aikaan kuin muut aurinkokuntamme planeetat noin 4 1⁄2 miljardia vuotta sitten.
Materiaaleissa, jotka yhdistyivät muodostaen Maan, oli useita eri kemiallisia elementtejä. Jokaisella alkuaineella on erilainen tiheys, joka määritellään massana tilavuutta kohti. Tiheys kuvaa sitä, kuinka painava esine on verrattuna siihen, kuinka paljon tilaa esine vie. Maan varhaisen muodostumisen jälkeen tiheämmät alkuaineet vajosivat keskelle. Kevyemmät alkuaineet nousivat pinnalle. Olet luultavasti nähnyt jotain tällaista tapahtuvan, jos olet joskus sekoittanut öljyä ja vettä pullossa. Vesi on öljyä tiheämpää. Jos laitat molemmat pulloon, ravistelet sitä ja annat sen sitten olla hetken aikaa, vesi laskeutuu pohjalle ja öljy nousee veden yläpuolelle.
Tänään maapallo koostuu kerroksista, jotka edustavat eri tiheyksiä (kuva 12.12). Maan keskustaa kutsutaan sen ytimeksi. Ydin koostuu hyvin tiheistä metallialkuaineista, joita kutsutaan raudaksi ja nikkeliksi. Maan uloin kerros on maankuori. Kuori koostuu enimmäkseen kevyistä alkuaineista, kuten piistä, hapesta ja alumiinista. Lisätietoja maapallon eri kerroksista on esitetty laattatektoniikkaa käsittelevällä oppitunnilla.
Kuva 12.12: Maa koostuu useista kerroksista, joiden tiheys vaihtelee. Maan keskellä on ydin, joka on tihein. Uloin kerros on maankuori, joka on vähiten tiheä. Keskimmäiset kerrokset muodostavat vaipan.
Maan ilmakehän muodostuminen
Varhainen maapallo oli hyvin erilainen kuin nykyinen maapallomme. Varhainen maapallo koki usein asteroidien ja meteoriittien törmäyksiä, ja tulivuorenpurkauksia oli paljon useammin. Maapallolla ei ollut elämää ensimmäisten miljardien vuosien aikana, koska ilmakehä ei ollut elämälle sopiva. Maan ensimmäisessä ilmakehässä oli paljon vesihöyryä mutta ei juuri lainkaan happea. Myöhemmin tiheät tulivuorenpurkaukset toivat ilmaan useita erilaisia kaasuja (kuva 12.13). Nämä kaasut loivat Maahan uudenlaisen ilmakehän. Tulivuorenpurkaukset ruiskuttivat ilmakehään kaasuja, kuten typpeä, hiilidioksidia, vetyä ja vesihöyryä, mutta ei vapaata happea. Ilman happea maapallolla oli vielä hyvin vähän sellaista, joka pystyi elämään.
Kuva 12.13: Tulivuorenpurkauksia esiintyi varhaisella maapallolla lähes jatkuvasti. Purkaukset päästivät ilmaan vesihöyryä, hiilidioksidia ja muita kaasuja, jotka auttoivat luomaan maapallon varhaisen ilmakehän.
Hitaasti kaksi prosessia muutti maapallon ilmakehän nykyistä happirikkaammaksi. Ensinnäkin auringon säteily sai vesihöyrymolekyylit hajoamaan. Muista, että vesimolekyyli muodostuu alkuaineista vety ja happi eli H2O. Auringon säteily hajotti osan vesimolekyyleistä vedyksi ja hapeksi. Vety karkasi takaisin ulkoavaruuteen. Happi kerääntyi ilmakehään. Toinen prosessi, joka muutti maapallon varhaista ilmakehää, oli fotosynteesi (kuva 12.14). Noin 2,4 miljardia vuotta sitten varhaisessa maapallossa kehittyi syanobakteereiksi kutsuttu organismityyppi, joka alkoi harjoittaa fotosynteesiä. Fotosynteesi käyttää hiilidioksidia ja auringon energiaa sokerin ja hapen tuottamiseen. Syanobakteerit olivat hyvin yksinkertaisia organismeja, mutta niillä oli tärkeä rooli maapallon varhaisen ilmakehän muuttamisessa. Ne suorittivat fotosynteesiä tuottaakseen kasvuunsa tarvitsemiaan aineita. Samalla ne luovuttivat happea ilmakehään.
Kuva 12.14: Fotosynteesiin kykenevät bakteerit ilmaantuivat Maahan ensimmäisen kerran noin 2,4 miljardia vuotta sitten. Fotosynteesi käyttää auringonvaloa, hiilidioksidia ja vettä ja tuottaa sokeria ja happea. Fotosynteesi toi happea maapallon varhaiseen ilmakehään ja auttoi muuttamaan sen hiilidioksidipitoisesta ilmakehästä happipitoiseksi.
Kosmosfäärin happi on tärkeää elämälle kahdesta syystä. Ensinnäkin happi muodostaa otsonikerroksen. Otsonikerros on ilmakehän yläosassa, ja se koostuu O3-molekyyleistä – tietyntyyppisestä happimolekyylistä. Se estää auringon haitallista säteilyä pääsemästä Maan pinnalle. Ilman otsonikerrosta auringon voimakas säteily saavutti varhaisen maapallon pinnan, mikä teki elämästä lähes mahdotonta. Toiseksi ilmakehän happi on välttämätöntä, jotta eläimet, myös ihmiset, voivat hengittää. Yksikään eläin ei olisi pystynyt hengittämään maapallon varhaisessa ilmakehässä. Maapallolla on kuitenkin todennäköisesti elänyt useita bakteerityyppejä tämän varhaisen ajanjakson aikana. Ne olisivat olleet anaerobisia, eli ne eivät tarvinneet happea elääkseen.
Maapallolla eli maapallon historian ensimmäisten miljardien vuosien aikana hyvin yksinkertaisia soluja. Jotkut vanhimmista monimutkaisempien organismien fossiileista ovat noin 2 miljardin vuoden takaa. Niitä on löydetty Australiasta.
Elämän ja ilmakehän muutosten lisäksi muitakin muutoksia on tapahtunut maapallon syntymisen jälkeen. Varhaiset tulivuorenpurkaukset maapallolla vapauttivat ilmakehään suuria määriä vesihöyryä. Vesihöyry tiivistyi hitaasti ja palasi maan pinnalle sateina. Näin muodostuivat valtameret. Vesi alkoi kiertää maapallolla, ja sateiden ja myrskyjen kaltaiset tapahtumat alkoivat seuraavaksi muuttaa maapallon pintaa sään ja eroosion kautta. Luvussa Maapallon makea vesi kerrotaan tarkemmin veden kiertokulusta maapallolla.
Mannerit sijaitsivat hyvin erilaisissa paikoissa kuin nyt. Tutkijat eivät tiedä, miltä maapallon maa-alueet näyttivät täsmälleen planeetan ensimmäisen muodostumisen jälkeen. He tietävät, että Pohjois-Amerikka ja Grönlanti muodostivat yhden jättimäisen maamassan nimeltä Laurentia noin 1,8 miljardia vuotta sitten. Noin miljardi vuotta sitten Etelämanner saattoi olla lähellä päiväntasaajaa, vaikka se sijaitsee nykyään maapallon etelänavalla. Nykyään maapallon mantereet siirtyvät edelleen hitaasti ympäri maapalloa.
Luennon yhteenveto
- Maailma muodostui yli 4 miljardia vuotta sitten yhdessä aurinkokuntamme muiden planeettojen kanssa.
- Varhaisella Maapallolla ei ollut otsonikerrosta ja se oli luultavasti hyvin kuuma. Varhaisessa maapallossa ei myöskään ollut vapaata happea.
- Ilman happi-ilmakehää hyvin harvat asiat pystyivät elämään varhaisessa maapallossa. Anaerobiset bakteerit olivat luultavasti ensimmäiset elävät olennot maapallolla.
- Varhaisella maapallolla ei ollut valtameriä ja siihen osui usein meteoriitteja ja asteroideja. Myös tulivuorenpurkauksia oli usein. Tulivuorenpurkaukset vapauttivat vesihöyryä, joka lopulta jäähtyi muodostaen valtameret.
- Atmosfääri muuttui hitaasti happirikkaammaksi, kun auringon säteily halkaisi vesimolekyylejä ja syanobakteerit aloittivat fotosynteesin. Lopulta ilmakehästä tuli nykyisen kaltainen ja happirikas.
- Ensimmäiset monimutkaiset eliöt maapallolla kehittyivät noin 2 miljardia vuotta sitten.
Kertauskysymykset
- Kuvaile, miten maapallon eri kerrokset vaihtelevat tiheydeltään. Milloin maapallon muodostavat aineet erottuivat tiheyden mukaan?
- Kerro kaksi syytä, miksi happirikas ilmakehä on tärkeä maapallon elämälle.
- Tutkijat uskovat, että maapallon otsonikerros on kutistumassa ihmisen toiminnan ja ilmansaasteiden vuoksi. Miten tämä saattaa vaikuttaa maapallon eliöihin?
- Kuvaile syanobakteerien roolia maapallon varhaisen ilmakehän muuttumisessa.
- Luettele kolme tapaa, joilla maapallo oli nykyään erilainen kuin silloin, kun se muodostui.
- Esitä, että maapallo olisi ollut paljon viileämpi, kun se muodostui. Miten maapallon sisätila olisi erilainen kuin nykyään?
Sanasto
ilmakehä Kaasujen seos, joka ympäröi maapalloa ja joka sisältää hengittämämme ilman. kondensoitunut Jäähtynyt ja muuttunut vesihöyrystä nestemäiseksi vedeksi. tiheys Tiheys tarkoittaa massaa pinta-alayksikköä kohti. molekyylit Kemiallisen aineen pienimpiä mahdollisia määriä. säteily Auringon lähettämä energia. laji Ryhmä eläviä olentoja, joilla on samankaltaisia ominaisuuksia. vesi Höyrystynyt vesi kaasumaisessa olomuodossaan.
Pohdittavaa
- Miten elämä maapallolla kehittyi yksinkertaisista bakteereista monimutkaisemmiksi eliöiksi?
- Milloin monimutkaiset eliöt, kuten kalat, matelijat ja nisäkkäät, ilmaantuivat maapallolle?
- Milloin nykyisin tuntemamme maapallon pääpiirteet muodostuivat?