Free Press

Gdybyś włączył film do przodu, zobaczyłbyś wiele akcji i wiele zmian! Zobaczyłbyś, że nasza planeta przeszła niezwykłe zmiany w ciągu miliardów lat (rysunek 12.3). Ogromne góry powstały, zostały zniszczone i zastąpione nowymi. Oceany otworzyły się i przemieściły wokół kuli ziemskiej. Kontynenty przemieszczały się, oddzielały od siebie i zderzały ze sobą, aż w końcu osiągnęły swoje obecne położenie. Życie na Ziemi również uległo ogromnym zmianom. Na początku Ziemia nie była nawet w stanie utrzymać życia. W atmosferze nie było tlenu, a powierzchnia Ziemi była niezwykle gorąca. Powoli, przez miliony lat, Ziemia zmieniała się tak, że rośliny i zwierzęta mogły zacząć rosnąć. Następnie istoty żywe jeszcze bardziej zmieniły Ziemię.

Często lubimy używać naszej wyobraźni, by myśleć o tym, jak wyglądała Ziemia, gdy grasowały na niej dinozaury (rysunek 12.4). Jakie obrazy przychodzą Ci do głowy, gdy myślisz o dinozaurach? Teraz wyobraź sobie czas na Ziemi, zanim jeszcze pojawiły się dinozaury. Wyobraź sobie czas, zanim na Ziemi pojawiły się jakiekolwiek żywe istoty. Jakie obrazy przychodzą Ci teraz do głowy? Jak myślisz, jak wyglądała Ziemia, kiedy uformowała się po raz pierwszy? Ta lekcja pomoże ci zrozumieć, jak uformowała się Ziemia, jak wyglądała w swoich najwcześniejszych latach i jak życie po raz pierwszy rozwinęło się na Ziemi.

Ocena wcześniejszej wiedzy

Następujące pytania zostały omówione w innych rozdziałach i pomogą ci w pracy nad tą lekcją. Sprawdź je zanim przejdziesz dalej.

• Co to są pierwiastki chemiczne?
• Jakich warunków wymagają rośliny i zwierzęta do życia?
• Co to jest atmosfera i z czego jest zbudowana?
• Jak wietrzenie i erozja wpływają na Ziemię?

Powstawanie Ziemi i naszego Układu Słonecznego

Możemy skonstruować historię powstawania naszego Układu Słonecznego, patrząc na regiony, w których teraz formują się inne gwiazdy. Formowanie gwiazd rozpoczyna się, gdy gigantyczny obłok gazu i pyłu zapada się pod wpływem własnej grawitacji. W miarę kurczenia się obłoku, zaczyna on wirować szybciej i układa się w strukturę w kształcie dysku. Takie obiekty w kształcie dysku (zwane proplydami) widzimy w Mgławicy Oriona (rysunek 12.13), gdzie obecnie formują się nowe gwiazdy. Większość materiału dysku pyłowego odpływa w kierunku centrum, gdzie gęstość stopniowo wzrasta aż do momentu, gdy ogromne ciśnienie centralne wyzwala reakcje syntezy jądrowej i rodzi się gwiazda.

Jednakże stosunkowo niewielka część materiału dysku pozostaje w postaci pokrytych lodem ziaren pyłu. Lodowe płaszcze ziaren zaczynają się sklejać i ostatecznie rozrastają się do metrowej wielkości skalistych głazów zwanych planetesimalami. Planetesimale zderzają się i akreują w większe ciała o średnicy kilkudziesięciu kilometrów, zwane protoplanetami. Gdy protoplanety usuną szczelinę w dysku, stają się prawdziwymi planetami, a ich orbity zaczynają się stabilizować (rysunek 12.6).

Proces formowania się planet jest nieuporządkowany. Nie wszystkie planetesimale są akreowane w planety. Miliony planetesimali pozostają jako resztki gruzu i są teraz asteroidami i pokrytymi lodem kometami w naszym Układzie Słonecznym. W ciągu pierwszych stu milionów lat po uformowaniu się Słońca, zderzenia pomiędzy pozostałościami planetesimali a planetami były powszechne. Dowody na silne bombardowanie przez planetesimale widzimy na powierzchniach Księżyca i Merkurego (rysunek 12.7 i rysunek 12.8).

Te same typy zderzeń wystąpiłyby na powierzchni Ziemi, jednak procesy erozyjne wymazały wszystkie te zderzenia z wyjątkiem najnowszych. Na rysunku 12.9 pokazano krater meteorytowy w Arizonie.

Około 100 milionów lat po uformowaniu się Słońca grawitacja planet i księżyców w naszym Układzie Słonecznym zmiotła większość planetesimali. Jednak miliony z tych obiektów nadal pozostają na stabilnych grawitacyjnie orbitach w głównym pasie planetoid Układu Słonecznego, w pasie planetoid trojańskich lub poza Neptunem i Plutonem w pasie Kuipera. Na poniższym szkicu przedstawiono położenie największego obecnie zbiornika planetoid w naszym Układzie Słonecznym (rysunek 12.10).

Ziemia jest jedynym obiektem w naszym Układzie Słonecznym, o którym wiadomo, że podtrzymuje życie (rysunek 12.11). Obecnie na Ziemi znanych jest ponad 1 milion gatunków roślin i zwierząt.

Materiały, które połączyły się, tworząc Ziemię, były zbudowane z kilku różnych pierwiastków chemicznych. Każdy pierwiastek ma inną gęstość, definiowaną jako masa na objętość. Gęstość opisuje, jak ciężki jest dany obiekt w porównaniu z tym, ile miejsca zajmuje dany obiekt. Po wczesnym uformowaniu się Ziemi, gęstsze pierwiastki opadły do centrum. Lżejsze elementy wynurzyły się na powierzchnię. Prawdopodobnie widziałeś coś takiego, jeśli kiedykolwiek mieszałeś olej i wodę w butelce. Woda jest gęstsza niż olej. Jeśli umieścisz oba składniki w butelce, wstrząśniesz nią, a następnie pozostawisz na chwilę, woda osiądzie na dnie, a olej uniesie się ponad powierzchnię wody.

Dzisiaj Ziemia składa się z warstw, które reprezentują różne gęstości (rysunek 12.12). Środek Ziemi nazywany jest jej jądrem. Jądro zbudowane jest z bardzo gęstych pierwiastków metalowych zwanych żelazem i niklem. Najbardziej zewnętrzna warstwa Ziemi to skorupa ziemska. Skorupa zbudowana jest głównie z lekkich pierwiastków, takich jak krzem, tlen i aluminium. Więcej informacji na temat różnych warstw Ziemi przedstawiono w lekcji o tektonice płyt.

Kształtowanie się atmosfery Ziemi

Wczesna Ziemia bardzo różniła się od naszej dzisiejszej Ziemi. Wczesna Ziemia doświadczała częstych uderzeń asteroidów i meteorytów i miała znacznie częstsze erupcje wulkaniczne. Tam być żadny życie na Ziemia dla the pierwszy miliard rok ponieważ the atmosfera być odpowiedni dla życie. Pierwsza atmosfera Ziemi miała dużo pary wodnej, ale prawie nie zawierała tlenu. Później częste erupcje wulkanów wprowadziły do powietrza kilka różnych gazów (rysunek 12.13). Gazy te stworzyły nowy rodzaj atmosfery dla Ziemi. Wybuchy wulkanów wyrzucały do atmosfery takie gazy, jak azot, dwutlenek węgla, wodór i parę wodną, ale nie zawierały wolnego tlenu. Bez tlenu wciąż niewiele organizmów mogło żyć na Ziemi.

Powoli dwa procesy zmieniły atmosferę Ziemi na taką, która jest bardziej bogata w tlen, jak ta, którą mamy dzisiaj. Po pierwsze, promieniowanie ze Słońca spowodowało rozszczepienie cząsteczek pary wodnej. Pamiętaj, że cząsteczka wody zbudowana jest z wodoru i tlenu, czyli H2O. Promieniowanie słoneczne rozdzieliło niektóre cząsteczki wody na wodór i tlen. Wodór uciekł z powrotem do przestrzeni kosmicznej. Tlen zgromadził się w atmosferze. Drugim procesem, który zmienił wczesną atmosferę Ziemi, była fotosynteza (rysunek 12.14). Około 2,4 miliarda lat temu na wczesnej Ziemi rozwinął się rodzaj organizmów zwanych sinicami, które zaczęły przeprowadzać fotosyntezę. Fotosynteza wykorzystuje dwutlenek węgla i energię słoneczną do produkcji cukru i tlenu. Cyjanobakterie były bardzo prostymi organizmami, ale odegrały ważną rolę w zmianie wczesnej atmosfery Ziemi. Przeprowadzały fotosyntezę, aby wytworzyć materiały potrzebne do wzrostu. Oddawały przy tym tlen do atmosfery.

Tlen w atmosferze jest ważny dla życia z dwóch głównych powodów. Po pierwsze, tlen tworzy warstwę ozonową. Warstwa ozonowa znajduje się w górnej części atmosfery i jest zbudowana z cząsteczek O3 – szczególnego rodzaju cząsteczek tlenu. Blokuje ona szkodliwe promieniowanie słoneczne i powstrzymuje je przed dotarciem do powierzchni Ziemi. Bez warstwy ozonowej, intensywne promieniowanie słoneczne docierało do powierzchni wczesnej Ziemi, czyniąc życie prawie niemożliwym. Po drugie, tlen w atmosferze jest niezbędny zwierzętom, w tym ludziom, do oddychania. Żadne zwierzęta nie byłyby w stanie oddychać we wczesnej atmosferze Ziemi. Jednak prawdopodobnie istniało kilka rodzajów bakterii, które żyły na Ziemi w tym wczesnym okresie. Byłyby one beztlenowe, co oznacza, że nie potrzebują tlenu do życia.

Bardzo proste komórki żyły na Ziemi przez pierwsze kilka miliardów lat historii Ziemi. Niektóre z najstarszych skamieniałości bardziej złożonych organizmów pochodzą sprzed około 2 miliardów lat. Znajdują się one w Australii.

Poza zmianami w życiu i atmosferze, inne zmiany również miały miejsce od czasu, gdy Ziemia powstała po raz pierwszy. Wczesne erupcje wulkaniczne na Ziemi uwolniły duże ilości pary wodnej do atmosfery. Para wodna powoli skraplała się i wracała na powierzchnię Ziemi w postaci opadów deszczu. W ten sposób powstały oceany. Woda zaczęła krążyć na Ziemi, a wydarzenia takie jak opady i burze zaczęły zmieniać powierzchnię Ziemi poprzez wietrzenie i erozję. Rozdział Earth’s Fresh Water podaje więcej szczegółów na temat obiegu wody na Ziemi.

Kontynenty znajdowały się w zupełnie innych miejscach niż teraz. Naukowcy nie wiedzą, jak ziemia wyglądała dokładnie po pierwszym uformowaniu się planety. Wiedzą, że Ameryka Północna i Grenlandia utworzyły jedną gigantyczną masę lądową zwaną Laurentia około 1,8 miliarda lat temu. Około 1 miliarda lat temu Antarktyda mogła być blisko równika, mimo że obecnie znajduje się na biegunie południowym Ziemi. Dziś kontynenty na Ziemi nadal powoli przesuwają się po całym globie.

Podsumowanie lekcji

• Ziemia uformowała się ponad 4 miliardy lat temu wraz z innymi planetami w naszym układzie słonecznym.
• Wczesna Ziemia nie miała warstwy ozonowej i prawdopodobnie była bardzo gorąca. Wczesna Ziemia nie miała również wolnego tlenu.
• Bez atmosfery tlenowej bardzo niewiele rzeczy mogło żyć na wczesnej Ziemi. Bakterie beztlenowe były prawdopodobnie pierwszymi żywymi istotami na Ziemi.
• Wczesna Ziemia nie miała oceanów i była często uderzana meteorytami i asteroidami. Były też częste erupcje wulkaniczne. Erupcje wulkaniczne uwalniały parę wodną, która ostatecznie ochładzała się, tworząc oceany.
• Atmosfera powoli stawała się bardziej bogata w tlen, ponieważ promieniowanie słoneczne rozszczepiało cząsteczki wody, a sinice rozpoczynały proces fotosyntezy. Ostatecznie atmosfera stała się taka jak dziś i bogata w tlen.
• Pierwsze złożone organizmy na Ziemi rozwinęły się około 2 miliardy lat temu.

Pytania sprawdzające

1. Opisz, w jaki sposób poszczególne warstwy Ziemi różnią się gęstością. Kiedy materiały, z których zbudowana jest Ziemia, rozdzieliły się według gęstości?
2. Wyjaśnij dwa powody, dla których posiadanie atmosfery bogatej w tlen jest ważne dla życia na Ziemi.
3. Naukowcy uważają, że warstwa ozonowa Ziemi kurczy się z powodu działalności człowieka i zanieczyszczenia powietrza. Jaki wpływ może to mieć na ziemskie formy życia?
4. Opisz rolę sinic w zmianie wczesnej atmosfery Ziemi.
5. Wymień trzy sposoby, w jakie Ziemia różniła się dziś od czasów, gdy powstała.
6. Załóżmy, że Ziemia była znacznie chłodniejsza, gdy powstała. How would the Earth’s interior be different than it is today?

Słownictwo

atmosphere Mieszanina gazów, która otacza Ziemię i zawiera powietrze, którym oddychamy. condensed Schłodzona i zmieniona z pary wodnej w ciekłą wodę. density Gęstość oznacza masę na jednostkę powierzchni. molecules Najmniejsze możliwe ilości substancji chemicznej. radiation Energia wydzielana przez Słońce. species Grupa istot żywych, które mają podobne cechy. water Vapor woda w postaci gazu.

Punkty do rozważenia

• Jak życie na Ziemi rozwinęło się od prostych bakterii do bardziej złożonych organizmów?
• Kiedy na Ziemi pojawiły się złożone organizmy, takie jak ryby, gady i ssaki?
• Kiedy po raz pierwszy uformowały się główne cechy Ziemi, które znamy dzisiaj?