Dacă ați pune filmul pe fast-forward, ați vedea multă acțiune și multe schimbări! Ați vedea că planeta noastră a suferit schimbări remarcabile de-a lungul a miliarde de ani (Figura 12.3). S-au format munți uriași, au fost distruși și înlocuiți cu alți munți. Oceanele s-au deschis și s-au deplasat în jurul globului. Continentele s-au deplasat, s-au despărțit unele de altele și s-au ciocnit între ele, până când, în cele din urmă, au ajuns în locațiile lor actuale. Viața pe Pământ s-a schimbat, de asemenea, enorm. La început, Pământul nici măcar nu era capabil să susțină viața. Nu exista oxigen în atmosferă, iar suprafața Pământului era extrem de fierbinte. Încet, de-a lungul a milioane de ani, Pământul s-a schimbat astfel încât plantele și animalele au putut începe să crească. Apoi, ființele vii au schimbat Pământul și mai mult.
Figura 12.3: Pământul din spațiu. Pământul arată foarte diferit astăzi față de cum arăta atunci când s-a format acum peste 4 miliarde de ani.
Ne place adesea să ne folosim imaginația pentru a ne gândi cum era Pământul atunci când dinozaurii hoinăreau prin preajmă (figura 12.4). Ce imagini vă vin în minte atunci când vă gândiți la dinozauri? Acum imaginați-vă un timp pe Pământ chiar înainte de apariția dinozaurilor. Imaginați-vă vremurile de dinainte ca orice ființă vie să fi existat pe Pământ. Ce imagini vă vin acum în minte? Cum credeți că arăta Pământul atunci când a fost format? Această lecție vă va ajuta să înțelegeți cum s-a format Pământul, cum arăta în primii săi ani și cum s-a dezvoltat prima dată viața pe Pământ.
Figura 12.4: Pământul și formele de viață dominante s-au schimbat de-a lungul istoriei îndelungate a Pământului.
Evaluarea cunoștințelor anterioare
Aceste întrebări sunt abordate în alte capitole și vă vor ajuta să parcurgeți această lecție. Cercetați-le înainte de a trece mai departe.
- Ce sunt elementele chimice?
- De ce condiții au nevoie plantele și animalele pentru a trăi?
- Ce este atmosfera și din ce este alcătuită?
- Cum afectează Pământul intemperiile și eroziunea?
Formația Pământului și a sistemului nostru solar
Pot fi construită istoria formării sistemului nostru solar prin observarea regiunilor în care se formează acum alte stele. Formarea stelelor începe atunci când un nor gigantic de gaz și praf se prăbușește sub propria gravitație. Pe măsură ce norul se contractă, acesta începe să se rotească mai repede și se așează într-o structură în formă de disc. Vedem aceste obiecte în formă de disc (numite propliți) în Nebuloasa Orion (Figura 12.13), unde se formează astăzi noile stele. Cea mai mare parte a materialului prăfuit al discului se scurge spre centru, unde densitatea crește treptat până când presiunea centrală enormă declanșează reacțiile de fuziune nucleară și se naște steaua.
Cu toate acestea, o fracțiune relativ mică din materialul discului este lăsată în urmă sub formă de granule de praf acoperite cu gheață. Mantiile de gheață ale granulelor încep să se lipească între ele și, în cele din urmă, se transformă în bolovani stâncoși de mărimea unui metru, numiți planetesimali. Aceste planetesimale se ciocnesc și se acumulează în corpuri mai mari, cu diametrul de zeci de kilometri, numite protoplanete. Odată ce protoplanetele depășesc o breșă în disc, ele devin planete veritabile și orbitele lor încep să se stabilizeze (Figura 12.6).
Figura 12.6: Reprezentare artistică a unei stele bebeluș încă înconjurată de un disc protoplanetar în care se formează planete.
Procesul de formare a planetelor este dezordonat. Nu toate planetesimalele sunt acretizate în planete. Milioane de planetesimale rămân ca resturi rămase și sunt acum asteroizii și cometele acoperite de gheață din sistemul nostru solar. În prima sută de milioane de ani de la formarea Soarelui, coliziunile dintre resturile de planeteimale și planete au fost frecvente. Vedem dovezi ale unui bombardament puternic din partea planetesimelor pe suprafețele Lunii și a lui Mercur (Figura 12.7 și Figura 12.8).
Figura 12.7: Suprafața Lunii este marcată de coliziuni cu resturi care aveau un diametru de metri până la kilometri. Majoritatea planetesimelor au fost acretizate în planete sau luni, dar unele dintre aceste obiecte au rămas sub formă de meteoriți, asteroizi și comete în sistemul nostru solar de astăzi.
Figura 12.8: Suprafața planetei Mercur prezintă o craterizare coliziunii similară. Majoritatea planetesimelor au fost acretizate în planete sau sateliți, dar unele dintre aceste obiecte au rămas sub formă de meteoriți, asteroizi și comete în sistemul nostru solar de astăzi.
Aceleași tipuri de coliziuni ar fi avut loc și pe suprafața Pământului, însă procesele erozive au șters toate aceste coliziuni, cu excepția celor mai recente. În figura 12.9 este ilustrat un crater de meteorit din Arizona.
Figura 12.9: Craterul de meteorit din Arizona s-a format în urmă cu aproximativ 40.000 de ani prin impactul unui meteorit care avea un diametru de aproximativ 50 de metri. Astfel de coliziuni sunt rare în zilele noastre.
La aproximativ 100 de milioane de ani după formarea Soarelui, gravitația planetelor și a sateliților din sistemul nostru solar a măturat cea mai mare parte a planetelor-similare. Cu toate acestea, milioane dintre aceste obiecte au rămas încă pe orbite stabile din punct de vedere gravitațional în centura principală de asteroizi a sistemului solar, în centura de asteroizi troieni sau dincolo de Neptun și Pluto, în centura Kuiper. În schița de mai jos este ilustrată locația celui mai mare rezervor de asteroizi din sistemul nostru solar de astăzi (figura 12.10).
Figura 12.10: Această schiță arată cel mai mare rezervor de asteroizi din sistemul nostru solar de astăzi.
Pământul este singurul obiect din sistemul nostru solar despre care se știe că poate susține viața (figura 12.11). Astăzi există peste 1 milion de specii cunoscute de plante și animale pe Pământ.
Figura 12.11: Pământul s-a format în același timp cu celelalte planete din sistemul nostru solar, în urmă cu aproximativ 4 1⁄2 miliarde de ani.
Materialele care s-au unit pentru a forma Pământul au fost alcătuite din mai multe elemente chimice diferite. Fiecare element are o densitate diferită, definită ca masă pe volum. Densitatea descrie cât de greu este un obiect în comparație cu cât de mult spațiu ocupă obiectul respectiv. După formarea timpurie a Pământului, elementele mai dense s-au scufundat în centru. Elementele mai ușoare s-au ridicat la suprafață. Probabil că ați văzut cum se întâmplă așa ceva dacă ați amestecat vreodată ulei și apă într-o sticlă. Apa este mai densă decât uleiul. Dacă le puneți pe amândouă într-o sticlă, le agitați și apoi le lăsați să stea o vreme, apa se depune la fund, iar petrolul se ridică deasupra apei.
Astăzi, Pământul este format din straturi care reprezintă diferite densități (figura 12.12). Centrul Pământului se numește nucleul său. Miezul este alcătuit din elemente metalice foarte dense numite fier și nichel. Stratul cel mai exterior al Pământului este scoarța sa. Crusta este alcătuită în cea mai mare parte din elemente ușoare, cum ar fi siliciul, oxigenul și aluminiul. Mai multe informații despre diferitele straturi ale Pământului sunt prezentate în lecția despre tectonica plăcilor.
Figura 12.12: Pământul este alcătuit din mai multe straturi care variază în densitate. Centrul Pământului este nucleul, care este cel mai dens. Stratul cel mai exterior este crusta, care este cel mai puțin dens. Straturile din mijloc alcătuiesc mantaua.
Formarea atmosferei Pământului
Pământul timpuriu era foarte diferit de Pământul nostru de astăzi. Pământul timpuriu s-a confruntat cu impacturi frecvente din partea asteroizilor și a meteoriților și a avut erupții vulcanice mult mai frecvente. Nu a existat viață pe Pământ în primul miliard de ani, deoarece atmosfera nu era potrivită pentru viață. Prima atmosferă a Pământului conținea mulți vapori de apă, dar aproape deloc oxigen. Mai târziu, erupțiile vulcanice frecvente au introdus în aer mai multe gaze diferite (figura 12.13). Aceste gaze au creat un nou tip de atmosferă pentru Pământ. Erupțiile vulcanice au aruncat în atmosferă gaze precum azotul, dioxidul de carbon, hidrogenul și vaporii de apă – dar fără oxigen liber. Fără oxigen, era încă foarte puțin ce putea trăi pe Pământ.
Figura 12.13: Erupțiile vulcanice au avut loc aproape constant pe Pământul timpuriu. Erupțiile au pus în aer vapori de apă, dioxid de carbon și alte gaze care au ajutat la crearea atmosferei timpurii a Pământului.
Încet, două procese au schimbat atmosfera Pământului într-una mai bogată în oxigen, asemănătoare cu cea pe care o avem astăzi. În primul rând, radiațiile de la Soare au făcut ca moleculele de vapori de apă să se despartă. Amintiți-vă că o moleculă de apă este formată din elementele hidrogen și oxigen, sau H2O. Radiația de la Soare a divizat o parte din moleculele de apă în hidrogen și oxigen. Hidrogenul a scăpat înapoi în spațiul cosmic. Oxigenul s-a acumulat în atmosferă. Al doilea proces care a schimbat atmosfera timpurie a Pământului a fost fotosinteza (figura 12.14). Cu aproximativ 2,4 miliarde de ani în urmă, un tip de organism numit cianobacterie a evoluat pe Pământul timpuriu și a început să efectueze fotosinteza. Fotosinteza utilizează dioxidul de carbon și energia de la Soare pentru a produce zahăr și oxigen. Cianobacteriile erau organisme foarte simple, dar au jucat un rol important în schimbarea atmosferei timpurii a Pământului. Acestea au efectuat fotosinteza pentru a produce materialele de care aveau nevoie pentru a se dezvolta. În acest fel, ele au eliberat oxigen în atmosferă.
Figura 12.14: Bacteriile capabile de fotosinteză au apărut pentru prima dată pe Pământ în urmă cu aproximativ 2,4 miliarde de ani. Fotosinteza ia lumina soarelui, dioxidul de carbon și apa și produce zahăr și oxigen. Fotosinteza a contribuit cu oxigen în atmosfera timpurie a Pământului și a ajutat la schimbarea acesteia dintr-una bogată în dioxid de carbon în una bogată în oxigen.
Oxigenul din atmosferă este important pentru viață din două motive principale. În primul rând, oxigenul alcătuiește stratul de ozon. Stratul de ozon se află în partea superioară a atmosferei și este alcătuit din molecule de O3 – un anumit tip de moleculă de oxigen. Acesta blochează radiațiile nocive de la soare și le împiedică să ajungă la suprafața Pământului. Fără un strat de ozon, radiațiile solare intense ajungeau la suprafața Pământului timpuriu, făcând viața aproape imposibilă. În al doilea rând, oxigenul din atmosferă este necesar pentru ca animalele, inclusiv oamenii, să respire. Niciun animal nu ar fi putut să respire în atmosfera timpurie a Pământului. Cu toate acestea, au existat probabil mai multe tipuri de bacterii care au trăit pe Pământ în această perioadă timpurie. Acestea ar fi fost anaerobe, ceea ce înseamnă că nu aveau nevoie de oxigen pentru a trăi.
Celule foarte simple au trăit pe Pământ în primele câteva miliarde de ani din istoria Pământului. Unele dintre cele mai vechi fosile de organisme mai complexe datează de acum aproximativ 2 miliarde de ani. Ele se găsesc în Australia.
În afară de schimbările în viață și în atmosferă, au avut loc și alte schimbări de când s-a format Pământul. Primele erupții vulcanice de pe Pământ au eliberat cantități mari de vapori de apă în atmosferă. Vaporii de apă s-au condensat încet și s-au întors la suprafața Pământului sub formă de precipitații. Astfel s-au format oceanele. Apa a început să circule pe Pământ, iar evenimente precum ploile și furtunile au început apoi să modifice suprafața Pământului prin intemperii și eroziune. Capitolul Apa dulce a Pământului oferă mai multe detalii despre modul în care ciclurile apei pe Pământ.
Continentele se aflau în locații foarte diferite față de cele actuale. Oamenii de știință nu știu cum arăta pământul exact după prima formare a planetei. Ei știu însă că America de Nord și Groenlanda au format o singură masă continentală gigantică numită Laurentia în urmă cu aproximativ 1,8 miliarde de ani. În urmă cu aproximativ 1 miliard de ani, este posibil ca Antarctica să fi fost aproape de ecuator, chiar dacă acum se află la Polul Sud al Pământului. Astăzi, continentele Pământului continuă să se deplaseze încet în jurul globului.
Rezumat al lecției
- Pământul s-a format acum mai mult de 4 miliarde de ani, împreună cu celelalte planete din sistemul nostru solar.
- Pământul timpuriu nu avea strat de ozon și era probabil foarte cald. De asemenea, Pământul timpuriu nu avea oxigen liber.
- Fără o atmosferă de oxigen, foarte puține lucruri puteau trăi pe Pământul timpuriu. Bacteriile anaerobe au fost probabil primele ființe vii de pe Pământ.
- Pământul timpuriu nu avea oceane și era lovit frecvent de meteoriți și asteroizi. Au existat, de asemenea, erupții vulcanice frecvente. Erupțiile vulcanice au eliberat vapori de apă care în cele din urmă s-au răcit pentru a forma oceanele.
- Atmosfera a devenit încet-încet mai bogată în oxigen pe măsură ce radiația solară a divizat moleculele de apă și cianobacteriile au început procesul de fotosinteză. În cele din urmă, atmosfera a devenit așa cum este astăzi și bogată în oxigen.
- Primile organisme complexe de pe Pământ s-au dezvoltat în urmă cu aproximativ 2 miliarde de ani.
Întrebări de recapitulare
- Descris cum variază diferitele straturi ale Pământului în funcție de densitate. Când s-au separat materialele care alcătuiesc Pământul în funcție de densitate?
- Explicați două motive pentru care existența unei atmosfere bogate în oxigen este importantă pentru viața pe Pământ.
- Științii cred că stratul de ozon al Pământului se micșorează din cauza activităților umane și a poluării aerului. Ce efect ar putea avea acest lucru asupra formelor de viață de pe Pământ?
- Descrieți rolul cianobacteriilor în schimbarea atmosferei timpurii a Pământului.
- Enumerați trei moduri în care Pământul era diferit astăzi față de momentul formării sale.
- Să presupunem că Pământul a fost mult mai rece atunci când s-a format. Cum ar fi fost interiorul Pământului diferit de cel de astăzi?
Vocabular
atmosferă Amestec de gaze care înconjoară Pământul și care conține aerul pe care îl respirăm. condensat Răcit și transformat din vapori de apă în apă lichidă. densitate Densitatea Densitatea înseamnă masa pe unitatea de suprafață. molecule Cele mai mici cantități posibile dintr-o substanță chimică. radiație Energie emisă de Soare. specie Grup de ființe vii care au caracteristici similare. apă Vapori de apă sub formă de gaz.
Puncte de luat în considerare
- Cum s-a dezvoltat viața pe Pământ de la simple bacterii la organisme mai complexe?
- Când au apărut pe Pământ organisme complexe precum peștii, reptilele și mamiferele?
- Când s-au format pentru prima dată caracteristicile majore ale Pământului pe care le cunoaștem astăzi?
.