1. Борисова Е.

2. Казнин Н.

3. Мазульницына С.

4. Пружанская А.

5. Шаламова Е.

Тема 3: Происхождениие жизни

1. Факты об условиях на планете в добиосферный период

Облака тумана, окутывавшие Землю в геологическом прошлом, могли служить существенным источником органического вещества для зарождения жизни на планете.

Ученые сделали такой вывод, изучая органические частицы, которые могли присутствовать в атмосферных газах, входящих в состав древней атмосферы Земли, пишет CNews со ссылкой на Physorg.

В ходе экспериментов проводилось моделирование условий атмосферы спутника Сатурна Титана на основе данных, переданных космическим зондом Huygens. Титан уникален тем, что в его атмосфере содержатся органические аэрозольные частицы, образующиеся в результате фотохимических процессов. Нечто подобное могло существовать и в первичной атмосфере Земли.

Условия моделировались путем облучения метана ультрафиолетом с последующим добавлением в среду углекислого газа. Предполагается, что подобная смесь газов и ультрафиолетовое излучение были характерны для "добиосферной" атмосферы Земли. При этом в ней образовывались облака тумана.

Эти облака могут формироваться при широком диапазоне концентраций метана и углекислого газа. Следовательно, они могли присутствовать в атмосфере планеты в течение миллионов или даже миллиардов лет, во время которых протекала ранняя эволюция жизни.

Ученые выяснили, что при облучении смеси газов ультрафиолетом получаются аэрозоли, содержащие различные органические соединения. По оценкам специалистов, каждый год на поверхность Земли из таких облаков могло выпадать более 100 млн тонн органических соединений. Эти соединения вполне могли послужить "кирпичиками", из которых строились более сложные органические молекулы, давшие начало первым живым существам. Следовательно, предполагают ученые, именно атмосфера, а не другие возможные источники (такие как выходы гидротермальных источников), обеспечивала "пищей" зарождающуюся жизнь.

Кроме того, облака тумана защищали живые организмы от губительного ультрафиолетового излучения и "смягчали" климат Земли. Наконец, по мнению авторов исследования, именно за счет выпадения углерода из этих облаков сформировались огромные запасы этого элемента, накопленного в земной коре в виде карбонатных горных пород, ранее считавшихся биогенными.

[13]

2. Первичная атмосфера земли, океан и континент

Атмосфера:

В догеологическое время, в фазу расплавления внешней сферы земного шара, огромные массы выделявшихся газов образовали первичную атмосферу Земли. Основными компонентами выделявшихся из недр Земли газов были углекислый газ и водяной пар. Состав первичной атмосферы Земли, образовавшейся за счет выделения газов и воды при расплавлении планетного вещества, был сходен по составу с компонентами вулканических извержений современности. Газы, выделяющиеся из современных вулканов, содержат преимущественно водяной пар. В составе газов базальтовых лав, например, гавайских вулканов с температурами до 1200° С водяной пар составляет 70-80% по объему. Вторым по значению компонентом, составляющим атмосферу, является углекислый газ. В газах из вулканических лав СО2 содержится от 6 до 15%. Атмосфера того времени состояла главным образом из водяного пара с существенной примесью углекислого газа. В фазу расплавления внешней сферы земного шара практически вся гидросфера находилась в составе атмосферы. В эту фазу выделившийся водяной пар, охлаждаясь на большой высоте, образовывал густой облачный покров и интенсивные дождевые осадки. Однако падающие из облаков капли воды на некоторой высоте над поверхностью планеты, где температура воздуха была выше 100° С, превращались в пар, который снова поднимался вверх. Над раскаленной поверхностью Земли функционировал своеобразный круговорот воды: пар - дождевые осадки - пар, т. е. мощный парниковый эффект, аналогично наблюдаемый ныне на Венере. Круговорот воды в природе, локализованный в первичной атмосфере Земли вблизи температурного уровня 100° С, практически не оказывал влияния на общий ход эволюции планеты и на развитие ее поверхности. Но это были предпосылки могучего круговорота воды на Земле, который сформировался позже и имел огромное влияние на развитие природной среды и планеты в целом. После охлаждения земной поверхности до температуры ниже 100° С произошел переход атмосферного водяного пара в жидкую воду. На сухой и очень горячей тогда земной поверхности образовался сток, речная сеть и возникли водоемы. Земная поверхность стала сильно обводненной и начала подвергаться интенсивному воздействию водных потоков. Этот этап и явился началом геологической истории.

[4]

Первичная атмосфера Земли состояла в значительной мере из водорода Н2, входившего ранее в состав протопланетной туманности и выделявшегося при дегазации земных недр. Атмосфера была гораздо плотнее современной и мощный парниковый эффект усиливал разогрев поверхности планеты.

Высокая температура атмосферы и, вероятно, интенсивные ударные бомбардировки привела к изменению ее состава. На рубеже 4,0-3,9 млрд. лет назад большая часть водорода улетучилась в космос или вошла в состав земных горных пород. Уход водорода снизил давление в атмосфере, на поверхности и в недрах планеты, уменьшил действие парникового эффекта. Атмосфера Земли стала состоять из смеси газов СО2, СО, N2, NН3, СН4, Н2О и других; кислород в ней практически отсутствовал. На изменение состава атмосферы влиял приток газов, выделявшихся из мантии. К этому времени закончился период интенсивной ударной бомбардировки Земли: количество выпадавшего на ее поверхность космического вещества снизилось до 108 кг/год. Луна постепенно удалялась от Земли, слабело действие приливных сил, разогревавших недра Земли и тормозивших ее вращение. Земля остывала. При снижении температуры поверхности Земли ниже 1500С в результате конденсации водяных паров возникали первые открытые водные бассейны.

[6]

Гидросфера:

Как только температура опустилась ниже 100° С, состояние воды, которая находилась в атмосфере в виде горячего пара, изменилось. Водяные пары атмосферы, а в них была сосредоточена практически вся гидросфера Земли, почти целиком превратились в жидкость, наиболее активное состояние воды по сравнению с ее газовой и твердой фазами. Сухая до того времени Земля стала необычайно обводненной. Сформировались поверхностный и грунтовый стоки, возникли водоемы, и, наконец, океаны. Начался круговорот воды в природе.

На заре геологической истории существовали обширные водоемы - моря и, вероятно, какие-то первоначальные океаны.

[3]

К началу архея, 3,75 млрд. лет назад, на поверхности Земли образовались протоокеанские впадины и объединенные в "архипелаг" Археогеи протоматерики. За счет конденсации водяных паров из атмосферы и выделения воды из пород мантии (в объеме 0,3 км³ в год) сформировалась гидросфера Земли. В ее водах были в большом количестве растворены продукты вулканической деятельности: пары серной, соляной и фтористой кислот, углекислый газ и кремнезем.

В середине архейской эры Археогея "расползлась" на отдельные материки. В результате химических реакций воды океанов нейтрализовались и представляли собой хлоридный раствор с примесью сульфатов (соленость 1 %); к концу эры океаны стали карбонатно-хлоридными, в них накапливались карбонатные породы (известняки), связавшие в себе огромное количество атмосферного углекислого газа, соединений марганца и железа.

[6]

Литосфера:

"Катархейский" этап эволюции Земли связан с образованием первичной континентальной литосферы и ядра будущих материков; в крупных прогибах - протогеосинклиналях накапливались осадочные и вулканические породы.

В результате образования внутреннего ядра Земли около 3 млрд. лет назад резко возросла мощность тепловых потоков из недр и, как следствие, активность тектонических и вулканических процессов. 80 % пород архея имеют вулканическое происхождение. По системам разломов между расползавшимися в разные стороны континентами возникли первые рифтовые структуры, в которых формировались метаморфизированные горные породы - гнейсы и кристаллические сланцы. В ходе переплавки и замещения одних химических соединений другими кора материков приобрела близкий к современному химический состав. Размеры и толщина континентов заметно увеличились. Тысячи действовавших вулканов выбрасывали в атмосферу огромное количество различных газов (СО₂, СО, NH₃, H₂S, SO₂), водяного пара, пыли и легких химических соединений. Давление воздуха у поверхности Земли составляло не менее 2-3 атмосфер при температуре от 700С до 1000С.

В конце архейской эры образовался новый суперматерик Прогея, просуществовавший несколько сотен миллионов лет.

[6]