Образование земной коры и атмосферы

Образование земной коры и атмосферы
Земная кора, гидросфера и атмосфера образовались в основном в результате высвобождения веществ из верхней мантии молодой Земли. За счет этих процессов сформировалась оболочка из породы толщиной менее 0,0001% объема всей планеты. Состав этой оболочки, образующей континентальную и океаническую кору, эволюционировал во времени прежде всего за счет возгонки элементов из мантии в результате частичного плавления на глубине примерно 100 км. Средний химический состав современной коры (рис. 1) показывает, что кислород содержится в ней в наибольшем количестве, сочетаясь в разных видах с кремнием, алюминием и другими элементами с образованием силикатов.
Возникновение и развитие жизни на Земле.
Схематический разрез земли
разрез земли.
Можно предположить, что летучие элементы выделились (дегазировались) из мантии в результате извержений вулканов, сопровождавших образование коры. Некоторые из этих газов удержались и образовали атмосферу, когда поверхностные температуры стали достаточно низкими, гравитационное притяжение достаточно сильным.
 Процентный состав основных элементов коры Земли Эволюция атмосферы и происхождение жизни.
Аккреция вещества Земли привела к временному его разогреву и легких молекул первичной атмосферы, прежде всего водорода и гелия, рассеянных в космическом пространстве. Последующее понижение температуры в результате сильного излучения тепла привело к образованию твердой коры. Активный вулканизм мешал этому процессу, но в то же время поставлял большие количества газов, из которых образовалась вторичная атмосфера. В ней, кроме Нг, было много других газов, таких, как СН4, NH3 и Н20 (рис. 3).
 Схема образования простейших органических соединений из газов первичной атмосферы под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца

Наряду с водяными парами уже существовал и древний океан, состоящий из жидкой воды. Углекислоты Н2СО3 было мало, так как ее восстанавливали соединения Fe3+, содержавшиеся в земной коре. Примерно 1 млрд. лет атмосфера была восстановительной, имелись возможности для процессов абиогенного образования и накопления многих соединений.
На восстановительную вторичную атмосферу воздействовали большие потоки энергии: коротковолновое ультрафиолетовое излучение, ионизирующее излучение Солнца (сейчас экранируется озоновым слоем), электрические разряды (грозы, коронные разряды), местные источники тепла вулканического происхождения. В этих условиях мог идти активный химический синтез, при котором из газов вторичной атмосферы через такие промежуточные продукты, как синильная кислота, этилен, этан, формальдегид и мочевина, образовались сначала мономеры, а затем и полимеры. Ввиду того, что окисления не происходило, водоемы обогащались аминокислотами, пу-риновыми и пиримидиновыми основаниями, сахарами, карбоновыми кислотами, липидами. Образовался «первичный бульон». Происходили процессы осаждения, разделения и адсорбции, а на поверхностях минералов (глина, горячая лава)  дальнейшие синтетические процессы (рис. 4). Это подтверждается результатами анализа древних земных химических ископаемых и их сравнением с внеземным органическим веществом (метеориты), а также многочисленными модельными экспериментами, показавшими, что в смеси газов, воспроизводящей атмосферу, при достаточном притоке энергии действительно происходят процессы синтеза органических веществ. Среди продуктов этого синтеза найдены основные биологически важные соединения, в том числе 14 аминокислот, пурины и пнрнмидины, сахара, АМФ, АДФ, АТФ, жирные кислоты и порфирины.
По мере возрастающей потери Н2 в космическое -пространство создавалась третичная атмосфера, содержащая большие количества Ni (из NH3), С®2 (из вулканических газов и из СН4) и паров воды.
 Возможности химической эволюции на Земле
вколо 3,5 млрд. лет назад появились хлорофиллоноеные организмы, способные осуществлять фотосинтез, т. е. использовать экзо-
генный источник энергий (солнечную радиацию) для синтеза из углекислого газа, воды и минеральных элементов всех органических веществ, необходимых для жизни. Эти организмы преобразовывали солнечную энергию в биохимическую.
С02(г) + Н20(Ж) -> СН20(тв) + 02(г). (1)
«Изобретение» фотосинтеза способствовало повышению содержания кисло
рода в атмосфере и формированию современной, четвертичной атмосферы.
В атмосфере Земли кислород первоначально накапливался путем разложения воды и водяного пара под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. Сначала кислород (О2) быстро потреблялся в процессе окисления восстановленных веществ и минералов. Однако наступил момент, когда скорость его поступления (уже преимущественно в процессе фотосинтеза) превысила потребление и 02 начал постепенно накапливаться в атмосфере. Около 500 млн лет назад количество кислорода в атмосфере было много больше, чем сейчас, но впоследствии в результате интенсивной вулканической деятельности снизилось до современного. Биосфера под смертельной угрозой своего собственного отравляющего побочного продукта была вынуждена приспосабливаться к таким изменениям. Она осуществляла это посредством развития новых типов биогеохимического метаболизма, которые поддерживают разнообразие жизни и на современной Земле.
Предполагают, что жизнь на Земле началась в океанах около 4,2—3,8 млрд. лет назад. Древнейшие из известных ископаемых — бактерии из пород с возрастом около 3,5 млрд. лет. В породах этого возраста имеются свидетельства достаточно развитого обмена веществ, при котором использовалась солнечная энергия для синтеза органического вещества. Самые ранние из этих реакций, вероятно, были основаны на сере (S), поступающей из вулканических выходов:
С02(г) +2H2S-> СН20(тв) + 2S(TB) + Н20{ж). ^ (2)
(органическое вещество)
Содержание углекислого газа (С02) в четвертичной атмосфере на порядок превышало современный уровень, затем уменьшилось в такой степени, что 500 млн лет назад оно стало заметно ниже современного уровня и достигло его лишь значительно позже.
Постепенно возникла атмосфера современного состава. К тому же кислород в стратосфере претерпел фотохимические реакции,
‘ 8
приведшие к образованию озона (Оэ), защищающего Землю от ультрафиолетового излучения. Этот экран позволил высшим организмам выйти на сушу.
Итак, происхождение атмосферы неразрывно связано с образованием Земли. Эволюция атмосферы происходила (и происходит) под влиянием следующих факторов:
• аккреции вещества межпланетного пространстве,
• выделения газов при вулканической деятельности;
• химического взаимодействия газов атмосферы с компонентами гидросферы и литосферы;
• диссоциации молекул газов, составляющих воздух, под влиянием солнечного ультрафиолетового и космического излучения;
• биогенных процессов в живом веществе биосферы;
• антропогенной деятельности.