Ha a filmet gyorsított előretekerésre állítanád, sok akciót és sok változást látnál! Láthatnánk, hogy bolygónk az évmilliárdok során figyelemre méltó változásokon ment keresztül (12.3. ábra). Hatalmas hegységek alakultak ki, elpusztultak, és helyükre új hegységek kerültek. Az óceánok megnyíltak és mozogtak a Föld körül. A kontinensek elmozdultak, szétváltak egymástól, és összeütköztek egymással, míg végül elérték jelenlegi helyüket. A földi élet is óriási mértékben megváltozott. Eleinte a Föld nem is volt képes életet fenntartani. Nem volt oxigén a légkörben, és a Föld felszíne rendkívül forró volt. Lassan, évmilliók alatt a Föld úgy megváltozott, hogy a növények és az állatok elkezdtek növekedni. Az élőlények aztán még jobban megváltoztatták a Földet.
12.3. ábra: A Föld az űrből. A Föld ma egészen másképp néz ki, mint amikor több mint 4 milliárd évvel ezelőtt kialakult.
Gyakran szívesen használjuk a képzeletünket, hogy elképzeljük, milyen lehetett a Föld, amikor a dinoszauruszok járták a Földet (12.4. ábra). Milyen képek jutnak eszedbe, amikor a dinoszauruszokra gondolsz? Most képzeljetek el egy olyan időszakot a Földön, amikor még nem voltak dinoszauruszok. Képzeljétek el azt az időt, amikor még semmilyen élőlény nem volt a Földön. Milyen képek jutnak most eszedbe? Mit gondolsz, hogyan nézett ki a Föld, amikor először alakult ki? Ez a lecke segít megérteni, hogyan alakult ki a Föld, hogyan nézett ki a legkorábbi években, és hogyan alakult ki először élet a Földön.
12. ábra.4: A Föld és az azt uraló életformák a Föld hosszú történelme során megváltoztak.
Az előzetes tudás értékelése
A következő kérdések más fejezetekben is szerepelnek, és segítenek a lecke feldolgozásában. Kutassátok fel ezeket, mielőtt továbblépnétek.
- Melyek a kémiai elemek?
- Milyen körülményekre van szükségük a növényeknek és az állatoknak az élethez?
- Mi a légkör, és miből áll?
- Hogyan hat az időjárás és az erózió a Földre?
A Föld és a Naprendszerünk kialakulása
A Naprendszerünk kialakulásának történetét úgy tudjuk felépíteni, hogy megnézzük azokat a régiókat, ahol most más csillagok keletkeznek. A csillagkeletkezés akkor kezdődik, amikor egy óriási gáz- és porfelhő a saját gravitációja alatt összeomlik. Ahogy a felhő összehúzódik, gyorsabban kezd forogni, és korong alakú struktúrába rendeződik. Az Orion-ködben (12.13. ábra), ahol ma új csillagok keletkeznek, ilyen korong alakú objektumokat (úgynevezett proplidok) látunk. A poros korong anyagának nagy része a középpont felé áramlik, ahol a sűrűség fokozatosan növekszik, amíg a hatalmas központi nyomás be nem indítja a magfúziós reakciókat, és meg nem születik a csillag.
A korong anyagának egy viszonylag kis hányada azonban jéggel bevont porszemcsék formájában hátramarad. A szemcsék jeges köpenye elkezd összetapadni, és végül méteres sziklatömbökké, úgynevezett planetesimálokká nőnek. A planetesimálok összeütköznek és nagyobb, több tíz kilométer átmérőjű égitestekké, úgynevezett protobolygókká akkretálódnak. Amint a protobolygók átlépnek egy rést a korongon, valódi bolygókká válnak, és pályájuk stabilizálódni kezd (12.6. ábra).
12.6. ábra: Egy bébi csillag művészi ábrázolása, amelyet még mindig egy protoplanetáris korong vesz körül, amelyben bolygók alakulnak ki.
A bolygóképződés folyamata rendetlen. Nem minden bolygószemcse akkretálódik bolygókká. A planetesimálok milliói maradnak meg maradék törmelékként, és ma a Naprendszerünkben található aszteroidák és jégbevonatú üstökösök. A Nap kialakulását követő első százmillió évben gyakoriak voltak az ütközések a megmaradt planetesimálok és a bolygók között. A hold és a Merkúr felszínén (12.7. ábra és 12.8. ábra) a bolygószemcsék heves bombázásának bizonyítékait látjuk.
12.7. ábra: A hold felszínét méteres és kilométeres átmérőjű törmelékkel való ütközések sebhelyei tarkítják. A bolygószemcsék többsége bolygóvá vagy holddá akkretálódott, de néhány ilyen objektum meteorként, aszteroidaként és üstökösként ma is a Naprendszerünkben van.
12.8. ábra: A Merkúr felszíne hasonló ütközéses kráteresedést mutat. A planetesimálok többsége bolygóvá vagy holddá akkretálódott, de néhány ilyen objektum meteorként, aszteroidaként és üstökösként ma is megmaradt a Naprendszerünkben.
A Föld felszínén is hasonló típusú ütközések történtek volna, azonban az eróziós folyamatok a legutóbbi ütközések kivételével az összeset eltüntették. A 12.9. ábrán egy arizonai meteorkráter látható.
12.9. ábra: Az arizonai meteorkráter körülbelül 40 000 évvel ezelőtt egy körülbelül 50 méter átmérőjű meteorit becsapódásából keletkezett. Az ilyen ütközések ma már ritkák.
Naprendszerünkben a Nap keletkezése után mintegy 100 millió évvel a bolygók és holdak gravitációja már elsöpörte a bolygók kisbolygóinak nagy részét. Ezen objektumok milliói azonban még mindig gravitációsan stabil pályán vannak a Naprendszer fő aszteroidaövében, a trójai aszteroidaövben, vagy a Neptunuszon és a Plútón túl a Kuiper-övben. Az alábbi vázlaton a Naprendszerünkben ma található legnagyobb aszteroidatartalék elhelyezkedése látható (12.10. ábra).
12.10. ábra: Ez a vázlat a Naprendszerünkben ma található legnagyobb aszteroidatartalékot mutatja.
A Föld az egyetlen olyan objektum Naprendszerünkben, amelyről tudjuk, hogy életet hordoz (12.11. ábra). Ma több mint 1 millió ismert növény- és állatfaj él a Földön.
12.11. ábra: A Föld a Naprendszerünk többi bolygójával egy időben, mintegy 4 1⁄2 milliárd évvel ezelőtt keletkezett.
A Földet alkotó anyagok több különböző kémiai elemből álltak össze. Minden egyes elemnek más és más a sűrűsége, amelyet az egy térfogatra jutó tömegként határoznak meg. A sűrűség azt írja le, hogy egy tárgy mennyire nehéz ahhoz képest, hogy mennyi helyet foglal el. A Föld korai kialakulása után a sűrűbb elemek a középpontba süllyedtek. A könnyebb elemek a felszínre emelkedtek. Valószínűleg te is láttál már ehhez hasonlót, ha valaha is kevertél már olajat és vizet egy palackban. A víz sűrűbb, mint az olaj. Ha mindkettőt beletesszük egy üvegbe, felrázzuk, majd egy ideig állni hagyjuk, a víz leülepszik az aljára, az olaj pedig felemelkedik a víz tetejére.
A Föld ma különböző sűrűségű rétegekből áll (12.12. ábra). A Föld középpontját magnak nevezzük. A mag nagyon sűrű fémelemekből, vasból és nikkelből áll. A Föld legkülső rétege a földkéreg. A kéreg főként könnyű elemekből, például szilíciumból, oxigénből és alumíniumból áll. A Föld különböző rétegeiről további információkat a lemeztektonikáról szóló leckében találsz.
12.12. ábra: A Föld több, különböző sűrűségű rétegből áll. A Föld középpontja a mag, amely a legsűrűbb. A legkülső réteg a kéreg, amely a legkevésbé sűrű. A középső rétegek alkotják a köpenyt.
A Föld légkörének kialakulása
A korai Föld nagyon különbözött a mai Földünktől. A korai Földön gyakoriak voltak az aszteroidák és meteoritok becsapódásai, és sokkal gyakoribbak voltak a vulkánkitörések. Az első egymilliárd évben nem volt élet a Földön, mert a légkör nem volt alkalmas az élet számára. A Föld első légkörében sok vízgőz volt, de szinte egyáltalán nem volt oxigén. Később a gyakori vulkánkitörések többféle gázt juttattak a levegőbe (12.13. ábra). Ezek a gázok új típusú légkört hoztak létre a Föld számára. A vulkánkitörések olyan gázokat juttattak a légkörbe, mint a nitrogén, a szén-dioxid, a hidrogén és a vízgőz – de szabad oxigént nem. Oxigén nélkül még mindig nagyon kevesen tudtak élni a Földön.
12.13. ábra: A korai Földön szinte folyamatosan vulkánkitörések történtek. A kitörések vízgőzt, szén-dioxidot és más gázokat juttattak a levegőbe, amelyek hozzájárultak a Föld korai légkörének kialakulásához.
Lassan két folyamat változtatta meg a Föld légkörét a maihoz hasonló, oxigénben gazdagabbá. Először is, a Napból érkező sugárzás hatására a vízgőz molekulái szétváltak. Ne feledjük, hogy egy vízmolekula a hidrogén és az oxigén, vagyis a H2O elemeiből áll. A Napból érkező sugárzás a vízmolekulák egy részét hidrogénre és oxigénre bontotta. A hidrogén visszaszökött a világűrbe. Az oxigén felhalmozódott a légkörben. A második folyamat, amely megváltoztatta a Föld korai légkörét, a fotoszintézis volt (12.14. ábra). Körülbelül 2,4 milliárd évvel ezelőtt a korai Földön kialakult egy cianobaktérium nevű élőlénytípus, amely fotoszintézist kezdett végezni. A fotoszintézis szén-dioxidot és a Napból származó energiát használ fel cukor és oxigén előállítására. A cianobaktériumok nagyon egyszerű szervezetek voltak, de fontos szerepet játszottak a Föld korai légkörének megváltoztatásában. Fotoszintézist végeztek, hogy előállítsák a növekedésükhöz szükséges anyagokat. Eközben oxigént adtak le a légkörbe.
12.14. ábra: A fotoszintézisre képes baktériumok körülbelül 2,4 milliárd évvel ezelőtt jelentek meg először a Földön. A fotoszintézis napfényt, szén-dioxidot és vizet vesz fel, és cukrot és oxigént állít elő. A fotoszintézis oxigénnel járult hozzá a Föld korai légköréhez, és segített megváltoztatni azt szén-dioxidban gazdagról oxigénben gazdagra.
A légkör oxigénje két fő okból fontos az élet számára. Először is, az oxigén alkotja az ózonréteget. Az ózonréteg a légkör felső részén található, és O3 molekulákból – az oxigénmolekulák egy bizonyos típusából – áll. Ez blokkolja a Nap káros sugárzását, és megakadályozza, hogy az elérje a Föld felszínét. Ózonréteg nélkül a Napból érkező intenzív sugárzás elérte a korai Föld felszínét, ami szinte lehetetlenné tette az életet. Másodszor, a légkörben lévő oxigén szükséges az állatok, köztük az emberek számára a légzéshez. A Föld korai légkörében egyetlen állat sem tudott volna lélegezni. Valószínűleg azonban számos baktériumfajta élt a Földön ebben a korai időszakban. Ezek anaerobok lehettek, ami azt jelenti, hogy nem volt szükségük oxigénre az élethez.
A Föld történetének első néhány milliárd évében nagyon egyszerű sejtek éltek a Földön. Az összetettebb organizmusok néhány legrégebbi fosszíliája körülbelül 2 milliárd évvel ezelőttről származik. Ezek Ausztráliában találhatók.
Az élet és a légkör változásain kívül más változások is történtek a Föld keletkezése óta. A Föld korai vulkánkitörései nagy mennyiségű vízgőzt juttattak a légkörbe. A vízgőz lassan kondenzálódott, és csapadék formájában visszatért a Föld felszínére. Így alakultak ki az óceánok. A víz körforgásba kezdett a Földön, és az olyan események, mint az esőzések és a viharok ezután az időjárás és az erózió révén elkezdték megváltoztatni a Föld felszínét. A Föld édesvize című fejezet részletesebben ismerteti a víz körforgását a Földön.
A kontinensek egészen máshol voltak, mint most. A tudósok nem tudják, hogyan nézett ki pontosan a Föld szárazföldje a bolygó első kialakulása után. Azt viszont tudják, hogy Észak-Amerika és Grönland körülbelül 1,8 milliárd évvel ezelőtt egyetlen óriási szárazföldet, a Laurentiát alkotta. Körülbelül 1 milliárd évvel ezelőtt az Antarktisz közel lehetett az Egyenlítőhöz, még akkor is, ha most a Föld déli pólusán helyezkedik el. Ma a Föld kontinensei továbbra is lassan mozognak a Föld körül.
Lekció összefoglalása
- A Föld több mint 4 milliárd évvel ezelőtt alakult ki a Naprendszerünk többi bolygójával együtt.
- A korai Földnek nem volt ózonrétege, és valószínűleg nagyon meleg volt. A korai Földnek nem volt szabad oxigénje sem.
- Az oxigénes légkör nélkül nagyon kevés dolog élhetett a korai Földön. Valószínűleg az anaerob baktériumok voltak az első élőlények a Földön.
- A korai Földnek nem voltak óceánjai, és gyakran érte meteorit és aszteroida becsapódás. Gyakoriak voltak a vulkánkitörések is. A vulkánkitörések vízgőzt szabadítottak fel, amely végül lehűlt, és így alakultak ki az óceánok.
- A légkör lassan oxigénben gazdagabbá vált, ahogy a napsugárzás felhasította a vízmolekulákat, és a cianobaktériumok megkezdték a fotoszintézis folyamatát. Végül a légkör olyan lett, mint amilyen ma is, és oxigénben gazdag.
- A Földön az első összetett élőlények körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt alakultak ki.
Kérdések
- Írd le, hogy a Föld különböző rétegei hogyan különböznek sűrűségük szerint. Mikor különültek el sűrűség szerint a Földet alkotó anyagok?
- Magyarázz meg két okot, amiért az oxigénben gazdag légkör fontos a földi élet számára.
- A tudósok szerint a Föld ózonrétege az emberi tevékenység és a légszennyezés miatt zsugorodik. Milyen hatással lehet ez a Föld élőlényeire?
- Írd le a cianobaktériumok szerepét a Föld korai légkörének megváltozásában.
- Listázz három dolgot, amiben a Föld ma más, mint keletkezésekor.
- Tegyük fel, hogy a Föld sokkal hűvösebb volt keletkezésekor. Miben különbözne a Föld belseje a maitól?
Szótár
légkör A Földet körülvevő gázok keveréke, amely tartalmazza a levegőt, amit belélegzünk. kondenzálódott lehűlt és vízgőzből folyékony vízzé változott. sűrűség A sűrűség az egységnyi területre eső tömeget jelenti. molekulák Egy kémiai anyag lehető legkisebb mennyisége. sugárzás A Nap által kibocsátott energia. faj Az élőlények hasonló tulajdonságokkal rendelkező csoportja. víz Gőznemű víz gáz formában.
Megfontolandó pontok
- Hogyan alakult ki az élet a Földön az egyszerű baktériumoktól az összetettebb szervezetekig?
- Mikor jelentek meg a Földön az összetett szervezetek, mint a halak, hüllők és emlősök?
- Mikor alakultak ki először a Föld általunk ma ismert főbb jellemzői?