Žemės planetos kilmė ir raida

Žemės atsiradimas

Žemės pluta, arba litosfera

Manoma, kad Žemės amžius yra apie 4,5 mlrd. metų, tačiau nelabai aišku, kaip susidarė mūsų planeta ir visa Saulės sistema. Teorija, kaupiantis žinioms apie Saulės sistemą, nuolat kinta.

Pagrindiniai šios teorijos teiginiai pagrįsti tuo, kad visa Saulės sistema – Žemė, kitos planetos ir Saulė – susidarė vienu metu ir vieningai. Tai nėra unikalu ir nepaprasta, panašūs procesai Visatoje vyksta ir dabar. Pradinė medžiaga, iš kurios susidarė Saulės sistema, buvo ūkas – didžiulis besisukantis disko formos debesis, sudarytas iš šaltų dujų ir dulkių. Šitai masei tankėjant, išsiskyrė tankesni centrai, kurie ilgainiui virto Saule ir planetomis. Žemės skersmuo, kuris dabar yra 13400 km, tada buvo keleto milijonų kilometrų, todėl dalelės buvo nutolusios viena nuo kitos. Ilgainiui jos, veikiamos Saulės jėgos, artėjo viena prie kitos, vis dažniau susidurdamos ir netekdamos energijos. Stambiausios dalelės kaip kruša “krito” sutankėjusio centro kryptimi ir dėl gravitacinio traukimosi išsiskyrė tiek šilumos, kad masė staigiai tankėjo ir virto kietu kūnu.

Kieto pavidalo Žemė iš pradžių buvo labai karšta. Manoma, kad geležies dalelės, įeinančios į jaunos, karštos ir tankėjančios Žemės sudėtį, lydėsi į sunkius lašelius, kurie judėjo Žemės centro link. Ten kaupėsi geležis ir kiti mineralai, iš kurių susidarė dabartinis (metalinis) Žemės branduolys.

Lengvesnės, ne taip “giliai” nukritusios, dalelės sudarė storą sluoksnį, gaubiantį sunkų branduolį. Šis sluoksnis buvo panašesnis į akmeninį negu metalinį, jį sudarė silikatų mineralai. Taip susidarė Žemės dalis, kuri vadinama mantija.

Storas silikatų sluoksnis, nelabai laidus šilumai, stabdė (ir dabar stabdo) šilumos išsiskyrimą iš įkaitusios vidinės Žemės dalies. Nors mantijos temperatūra pasidarė aukšta, gilumoje ji neišsilydė, nes ją labai suslėgė aukščiau susidariusios storymės. Tačiau mantijos viršutinės (arba išorinės) dalies, kur buvo plonesnis ją dengiančių uolienų sluoksnis ir mažesnis slėgis, uolienos iš dalies lydėsi. Tiesa, lydėsi mineralai, turintys žemiausią lydymosi tašką, t.y. lydymasis buvo atrankinis. Taip ir susidarė magma. Ji formavosi tik iš kai kurių aplinkinių mineralų, todėl sudėtimi skyrėsi nuo pradinės uolienos, buvo panaši į bazaltų sluoksnį, šiek tiek lengvesnė už aplinkinę neišsilydžiusią uolieną.

Lengvesnės bazaltinės magmos masės turėjo tendenciją lėtai kilti. Tokių masių židinių buvo labai daug. Pamažu šios masės pasiekdavo Žemės paviršių, kur temperatūra buvo žemesnė, ir ten aušo, stingo. Taip ilgainiui formavosi Žemės pluta, sudaryta iš bazaltų.

Taigi bazaltinė pluta yra atrankinio lydymosi produktas, sudėtimi ji šiek tiek skiriasi nuo mantijos. Atrankinis pirminių kalnų uolienų kai kurių komponentų lydymasis, matyt, buvo lėto pirminės magmos diferencijavimosi pradžia ir kalnų uolienų, sudarančių Žemės plutą, formavimasis. Po to prasidėjo cheminis dūlėjimas, dar vėliau susidarė granitinės uolienos, lengvesnės už bazaltą. Visi šie trys procesai tęsiasi iki šiol.

Atmosfera ir hidrosfera

Iki šiol buvo dėstoma išorinės litosferos dalies formavimosi teorija. O kaip atsirado atmosfera ir hidrosfera? Nors iš pirmo žvilgsnio tai atrodys ir keistoka, bet šie du judrūs Žemės apvalkalai susidarė taip pat kaip ir kieta pluta, t.y. kylant į Žemės paviršių magmai. Bet kuri magma turi dujų. Aukščiau minėta, kad vietomis magma susidarė iš išsilydžiusios aukštoje gelmių temperatūroje uolienos. Lydydamiesi kai kurie mineralai susiskaldė į sudėtinius cheminius elementus. Šis procesas skyrėsi nuo mineralų kristalų rūšiavimosi pagal masę. Medžiagos skilo veikiamos temperatūros, slėgio ir magmos chemiškai aktyvios aplinkos. Be kitų medžiagų, taip išsiskyrė vandenilis (H2), azotas (N2), anglies monoksidas (CO), anglies dioksidas (CO2) ir vanduo (H2O). Kylanti magma šias medžiagas išnešė į paviršių, kur jos išsiskyrė. Taip pradėjo formuotis Žemės atmosfera, kuri iš pradžių buvo visa vulkaninės kilmės. Ją sudarė metanas, vandens garai, amoniakas, vandenilis, azotas ar galbūt šiek tiek joje buvo anglies monoksido bei dioksido. Tų pačių elementų ir medžiagų yra dujose, išsiskiriančiose iš dabartinių ugnikalnių. Pirminė atmosfera daugiausia skyrėsi nuo dabartinės tuo, kad joje visas deguonis įėjo į įvairių cheminių junginių sudėtį, laisvo jo nebuvo. Tai svarbus faktas, nes nuo laisvojo deguonies kiekio atmosferoje priklauso gyvosios medžiagos egzistavimas.

Nesunku suprasti, kad hidrosfera susidarė iš atmosferos, kurioje susikaupė daug vandens garų iš veikiančių ugnikalnių. Vandens garai kondensavosi ir iškrisdavo krituliais. Lietaus vanduo nutekėdavo srautais, kurie įtekėdavo į ežerus, esančius žemesnėse Žemės paviršiaus vietose. Ežerai didėdavo, susiliedavo sudarydami vandenyną. Taip prasidėjo vandens apytaka.

Kontaktuojant turinčiai anglies dioksido ir vandens atmosferai su jaunomis į Žemės paviršių išeinančiomis bazaltinėmis uolienomis, turėjo prasidėti jų dūlėjimas. Vandens srautai dūlėjimo produktus, uolienų daleles ir ištirpusias medžiagas nešė į naujus ežerus. Sausumos paviršiuje besiplečiančiuose vandens telkiniuose tirpdavo druska (tiksliau daug druskų). Taip gimė vandenynai, sūrėjo jūros vanduo, koks yra dabar.
Tokia įvykių seka atrodo įtikima, nes gerai atitinka mūsų žinias apie Žemę, tačiau tai nevisiškai pagrįsta teorija. Be to, labai nedaug žinoma apie tai, kiek laiko truko, kol atmosfera ir pasaulio vandenynas įgijo dabartinę sudėtį ir didumą. Manoma, kad per paskutinį pusmilijardį arba milijardą metų šių judrių apvalkalų sudėtis iš esmės nepakito.

Taigi teisingiausia būtų manyti, kad sudėtines Žemės plutos dalis kūrė vulkanai, kartu uolienoms dūlėjant, grimztant ir pakartotinai išsilydant Žemės gelmėse. Gal būt sudėtinės atmosferos ir hidrosferos dalys pamažu “garavo” iš karštų Žemės gelmių. Jos kilo į viršų pavidalu dujų, kurios buvo ištirpusios aukštyn besiveržiančioje magmoje, ir išsiskyrė veržiantis ugnikalniams. Tokia pernaša aukštyn prasidėjo ankstyvaisiais Žemės istorijos etapais ir tęsiasi iki dabar, nes nuolat “naujas” vanduo veržiasi į žemės paviršių. Dabar didesnė dalis ugnikalnių išmetamo vandens yra “senas”, daug kartų padaręs apytakos ratą ir įkaitęs Žemės gilumoje dėl vulkaninių procesų. Jeigu nors pusė procento išmetamo ugnikalnių vandens yra “naujas”, tai, tokiu greičiu kaupiantis vandeniui Žemės paviršiuje, visa hidrosfera, įskaitant pasaulinį vandenyną ir visą kitą vandenį, galėjo susidaryti per keturis milijardus metų.

Šią Žemės plutos, vandens ir dujų apvalkalo kilmės teoriją paaiškina aktualumo principas, pagal kurį vyksta visi geologiniai procesai. Todėl galima sakyti, kad net seniausiais laikais veikė tokie patys procesai kaip ir dabar, ir jie savybėmis beveik nesiskyrė nuo šiuolaikinių.

Mėnulis

Šio dangaus kūno ypatybės ir istorija panaši į mūsų sukurtą Žemės kilmės teoriją. Gauti pagal programą “Apolonas” (nuo 1960 m.) duomenys apie Mėnulį kol kas neprieštarauja mūsų sukurtai Žemės istorijai, pagrįstai geologijos duomenimis. Matyt, Mėnulis, labai maža Saulės sistemos dalis, susidarė taip pat kaip ir Žemė, ir nepriklausomai nuo Žemės. Tikriausiai jo išorinė dalis kažkada beveik išsilydė. Ten rastos uolienos daugiausia yra tamsios spalvos, magminės, mažiau aptikta bazaltinių ir panašių į gabrą uolienų. Tai rodo, kad vėstant lengvesni komponentai kilo į paviršių, o sunkesni tuo metu leidosi žemyn. Manoma, kad iš dalies tai vyko ir susidarant Žemės plutai.

Toks būtų Mėnulio ir Žemės panašumas. Mėnulį dengia 1,5 – 3 m sluoksnis medžiagos, vadinamos “Mėnulio dulkėmis”. Mokslininkai ją vadina mėnulio regolitu. Jį sudaro žemiau gulinčių gimtų uolienų mechaninio ardymo produktai. Mechaniškai uolienos iro ne dėl fizinio dūlėjimo, kaip Žemėje, jos smulkėjo krintant į Mėnulio paviršių įvairaus didumo meteoritams. Kai kurie iš jų buvo labai dideli ir nuo jų smūgių galėjo susidaryti Mėnulio krateriai. Meteoritų patenka ir į Žemės atmosferą, kasdien mažiausiai po 20 milijonų. Tačiau dauguma jų labai maži ir “sudega” – išsilydo – dėl trinties su Žemės atmosfera. Retkarčiais stambūs meteoritai pasiekia Žemės paviršių ir išrausia kraterį.

Mėnulio dulkės – regolitas – neturi jokių cheminio dūlėjimo požymių, kurie būdingi Žemės uolienų dangai. Taip yra dėl to, kad Mėnulyje, kitaip negu Žemėje, nėra atmosferos ir hidrosferos. Kodėl? Žemė yra didelės masės kūnas ir pritraukia savo apvalkalą – atmosferą. O Mėnulio masė sudaro tik 0,012 dalį Žemės masės, ir jos nepakanka laikyti pritraukus kurias nors iš dujų. Dėl to Mėnulio paviršiuje.