Согласно современным научным предположениям около пяти миллиардов лет назад в газопылевом облаке, пронизанном магнитными силовыми линиями, образовалось сгущение - протосолнце, которое медленно сжималось. Другая часть облака с массой примерно в десять раз меньшей медленно вращалась вокруг него. В результате столкновений атомов, молекул и частиц пыли туманность постепенно сплющивалась и разогревалась. Так вокруг протосолнца образовался протяженный вращающийся диск, пронизанный магнитными силовыми линиями. В значительной его части происходило интенсивное конвективно-турбулентное перемешивание вещества. Это благоприятствовало быстрому перераспределению энергии, освобождающейся при гравитационном сжатии облака. В результате этого газопылевой диск существенно охлаждался.
Под действием светового давления легкие химические элементы водород и гелий "выметались" из близких окрестностей Солнца. И, наоборот, попадая на пылинки, световые лучи тормозили их движение вокруг Солнца. При этом пылевые частицы теряли свой орбитальный момент количества движения и приближались к Солнцу. Такой механизм торможения срабатывает даже в случае, если размеры частицы достигают нескольких метров. В конечном итоге это и привело к существенному различию в химическом составе планет, их разделению на две группы.
После достижения "критической" плотности пылевой диск распался на отдельные сгущения.
Далее в результате взаимных столкновений происходило слипание отдельных пылинок и образование твердых тел, для которых американский геолог Т. Чемберлин еще в 1901 году ввел название "планетезимали". По оценкам некоторых учёных превращение системы сгущений пыли в рой твердых тел продолжалось всего 10 000 лет на расстоянии Земли от Солнца и около 1 000 000 лет на расстоянии Юпитера. При этом масса планетезималей в области планет земной группы была значительно меньше, чем в области планет-гигантов. Все это время протосолнце проявляло очень высокую активность. При мощных вспышках оно выбрасывало потоки заряженных частиц, которые, при движении вдоль магнитных силовых линий, переносили момент количества движения от Солнца к протопланетному облаку. Кроме того, благодаря столкновениям высокоэнергичных легких частиц (протонов и нейтронов) с веществом протопланетного облака, происходили определенные ядерные реакции. Именно таким путем и образовался большой избыток легких химических элементов - лития, бериллия и бора, которых в земной коре и метеоритах значительно больше, чем в атмосфере Солнца.
В результате взаимных столкновений планетезималий происходил рост одних и дробление других. Со временем орбиты крупнейших из них приближались к круговым, а сами они превращались в зародыши планет, объединяя все окружающее вещество. Расчеты показывают, что рост Земли до современных размеров продолжался всего 100 миллионов лет.
Выпадение отдельных сгущений на Землю и ее сжатие привели к постепенному разогреву ее недр. На момент сформирования Земли температура в ее центре не превышала 800oК, на поверхности 300oК, а на глубине 300-500 км около 1500oК. Со временем все большую роль здесь играли процессы радиоактивного распада, при которых выделялось значительное количество энергии. В результате этого отдельные области земных недр разогрелись до температуры плавления превышающей 4000oС.
В дальнейшем после остывания примерно до 3000oС тяжелые элементы сконденсировались, перейдя в жидкое состояние; при этом образовалось земное ядро из железа с примесью никеля. Более легкие металлы "всплыли наверх", т. е. в наружные слои, и образовали более холодную и большую по размерам "мантию". Этот начальный этап формирования земной коры продолжался около 1 миллиарда лет.
Затем, когда температуры упали приблизительно до 1000oС, стала формироваться тонкая твердая, но подвижная земная кора. Благодаря слагающим ее древнейшим "горным породам" на Земле сохранилась "летопись" последующих событий, происходивших в течение ее долгой эволюции. В период между 3,7 и 2,2 миллиарда лет назад земная кора охладилась до температуры кипения воды. Теперь уже водяной пар мог конденсироваться из первоначальной атмосферы, которая содержала также аммиак, метан и двуокись углерода. В то время как на экваторе вода кипела, на полюсах мог идти дождь. "Вторичная" атмосфера, богатая кислородом, смогла установиться только по прошествии еще 0,5 - 2 миллиарда лет.
Поскольку тогда еще не существовало защитного озонного слоя, интенсивное ультрафиолетовое излучение Солнца стимулировало протекание химических реакций. Происходили сильные извержения вулканов. Формировались океаны и континенты. В течение последнего миллиарда лет континенты стали "дрейфовать", а магнитные полюса - "блуждать". Было время, когда в Гренландии росли магнолии, кораллы встречались в арктических морях, а ледники покрывали пространства Бразилии и Конго.
В последние 500 миллионов лет Северный магнитный полюс, никогда не удалявшийся от географического полюса (оси вращения Земли), двигаясь по какой-то неправильной траектории, сместился из своего прежнего положения в Тихом океане приблизительно в его современное местоположение, мало изменившееся за последние 60 миллионов лет. Временами происходили также непонятные изменения магнитной полярности (северная - на южную). Возможно, они были как-то связаны с изменениями в характере течения вещества в жидком железном ядре Земли.
Приблизительно 500 миллионов лет назад три континента, называемые сейчас Северной Америкой, Европой и Азией, располагались вдоль экватора, тогда как четвертый гигантский континент находился в Южном полушарии и позднее превратился в Южную Америку, Африку, Австралию, Индию и Антарктиду. Первую группу материковых масс геологи назвали Лавразией, а вторую - Гондваной. Еще через 400 миллионов лет эти две группы слились в единый "суперконтинент", называемый теперь Пангеей. В то время столкновение Африки и Северной Америки привело к вздыманию Аппалачских гор, имевших 14-километровую высоту; теперь это старые и разрушенные горы. То была "эра земноводных", предшествовавшая появлению рептилий и динозавров. Еще через 200 миллионов лет суперконтинент начал раскалываться, разделяясь на северную и южную части.
В течение последних 130 миллионов лет Африка три раза сталкивалась с Европой и "отскакивала" от нее, что привело к образованию Альпийских гор, вулканов и возникновению сильных землетрясений. Южная Америка начала отделяться от Африки, вероятно, 100 миллионов лет назад и соединилась с Северной Америкой лишь приблизительно 4 миллиона лет назад. Атлантический океан теперь расширяется, а Тихий сужается.
На ранней стадии своего развития протоземля была окружена облаком небольших спутников, радиусы которых достигали 100 км. Со временем из них на расстоянии около 10 земных радиусов (60 000 км) сформировалась Луна. Одновременно началось ее медленное удаление от Земли, которое продолжается и теперь. Оно сопровождается уменьшением скорости вращения Земли вокруг своей оси.
Вообще же современные научные представления о внутреннем строении Земли опираются на четыре считающиеся бесспорными тезиса: внутреннее ядро радиусом около 1300 км, в котором вещество, по всем данным, находится в твердом состоянии; внешнее ядро, радиус которого равен примерно 3400 км; здесь в слое толщиной около 2100 км, окружающем внутреннее ядро, вещество находится в жидком состоянии; оболочка или мантия толщиной около 2900 км и кора, толщина которой равна 4-8 км под океанами и 30-80 км под материками. Кора и мантия разделены поверхностью Мохоровичича, на которой плотность вещества земных недр резко возрастает от 3,3 до 5,2 г/см3.
О прочем же можно говорить с той или иной степенью вероятности. Взять, к примеру, температуру в глубинных недрах Земли. Давно подмечено, что по мере спуска в шахты через каждые 33 метра температура повышается на 1o. Зная радиус Земли, нетрудно подсчитать, что в таком случае температура в самом ее центре должна достигать 60 000oК. У ученых эта цифра вызывает большие сомнения (хотя получена она вполне научными методами), и они снижают ее в 10-20 раз.
Такие же расхождения существуют в представлениях о плотности и давлении в центре Земли, и о распределении химических элементов и т.п. Да и господствующая концепция первоначального огненно-жидкого ядра Земли, хотя и подтверждается наглядно вулканической деятельностью, не дает вразумительного ответа на вопросы, как это огненное ядро в свое время возникло и почему Земля быстро не остыла в соответствии с законами термодинамики.
Приведенная здесь схема развития Земли (аналогично формировались и другие планеты) - лишь одна из возможных гипотез, детально разъясняющих, как именно планеты и Солнце образовались из одного газопылевого облака и что сами планеты сформировались из роя холодных и твердых тел.
Касаясь возникновения жизни на Земле в 1978г М.Харт, анализируя влияние астрономических факторов на возникновение жизни на Земле, ввел понятие зоны обитаемости в зависимости от удаления от центральной звезды. По его оценкам приближение Земли на 5% к Солнцу создаст условия, аналогичные венерианским, а удаление от Солнца на 5% приведет к глобальному оледенению планеты. Через 15 лет Ж.Ласкар (Бюро долгот, Франция) показал, что к этим условиям необходимо добавить требование стабилизации инсоляции — потока солнечного тепла на единицу поверхности. Количество тепла, передаваемого высоким широтам, является важнейшим климатическим фактором, который управляет ростом полярных шапок и наступлением ледниковых периодов.
Тем не менее, природа нашей собственной Солнечной системы по-прежнему остается для нас загадкой. Традиционное объяснение происхождения планет, согласно которому планеты образовались в процессе конденсации облаков космической пыли и газа, имеет под собой довольно шаткий фундамент, так как уравнения, описывающие взаимодействие газа в этих облаках, до сих пор не решены. В этой связи В. Мак-Рей, профессор университета в Суссексе, бывший президент Королевского Астрономического общества, пишет: "Проблема происхождения Солнечной системы продолжает оставаться, пожалуй, самой значительной из всех нерешенных проблем астрономии".
Кроме того, систематизировав факты, были обнаружены некоторые закономерности: почему природные процессы на Земле происходят циклически и каков механизм этой цикличности? Главная идея, отстаиваемая возникшей в 60-е годы 20-го столетия - астрогеологов, заключается в том, что вся структура рельефа земной поверхности и геологического строения земной коры сформирована и обусловлена неравномерностями многообразных движений планеты, происходящих в поле силы тяжести. Главные из этих движений – вращение вокруг оси, движение по орбите вокруг Солнца, а также периодичность приливных волн, охватывающих не только гидросферу, но и твердую Землю, - создают в теле планеты сложное неравномерное поле напряжений, которое и вызывает, по мнению сторонников этой концепции, все многообразие тектонических движений и деформаций, т.е. эволюция Земли подчиняется воздействию внешних по отношению к Земле сил и эти силы воздействуют на неё как на космическое тело, движущееся по определенным законам. В конце XlX в. французский ученый, иностранный член Петербургской АН М.А.Бертран эмпирически впервые выделил ряд геологических циклов: каледонский, герцинский и альпийский. Они охватывают три основные эпохи горообразования за последние 550 млн. лет, приведшие к созданию на Земле трех самостоятельных систем складчатых структур. Продолжительность каждого цикла Бертрана – около 170 млн. лет; впоследствии немецкий геолог Х. Штилле выделил внутри каждого из этих циклов фазы тектономагматической активности.
Не остаются постоянными также напряженность и полярность геомагнитного поля: существуют интервалы длительного сохранения его знака (суперхроны – около 30-40 млн. лет) и быстро изменяющиеся полярности (примерно 1-2 млн. лет – экскурсы). Несмотря на то, что во времени магнитное поле Земли меняется неравномерно, периоды его крупных изменений совпадают с циклами экстатических (вызванных процессами в самом морском бассейне) колебаний уровня океана, а также глобальных вариаций тектономагматической активности земных недр.
Вместе с тем в истории планеты специалисты установили смену холодных климатических периодов более теплыми и отметили корреляцию климатических циклов с геологическими – вулканизмом, горообразованиями др.
Периодичность природных процессов – объективный факт. Что же ею управляет, является первопричиной? Существует несколько концепций, среди которых:
1) Модель «тепловой машины». Из неё следует, что тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов внутри Земли, разогревая недра, создает там тепловую и гравитационную конвекцию перераспределения масс. Последняя проявляется в геологических процессах на поверхности, а они, в свою очередь, влияют на климат и условия обитания органического мира, но совершенно не описывает орбитальное движение планеты, тектонику литосферных плит. Открытым остается вопрос и о механизме генерации геомагнитного поля, и причинах цикличности различных его параметров. А происходит это потому, что совершенно игнорируются влияния на них системы Земля-Луна.
2) Модель приливной эволюции Земля-Луна-Солнце соответствует общим закономерностям движений тел Солнечной системы а также объясняет цикличность поверхностных и глубинных земных процессов. Следовательно, размер орбиты Земля-Луна изменяется циклически, значит, в определенные интервалы времени спутник находился от нашей планеты дальше или ближе. Если ближе – угол наклона экватора к эклиптике меньше современного – наступает похолодание; если дальше – угол наклона больше – потепление.
Периоды, разделяющие последовательные оледенения, составляют 200-250 млн. лет. Приняв эту величину за продолжительность цикла и зная скорость вращения Земли и орбитальную скорость Луны, а также величину изменения кинетической энергии вращения, можно оценить диапазоны следующих изменений: расстояние Земля-Луна; угол наклона экватора к эклиптике, продолжительность суток. Внутренняя структура земных недр также связана с циклическими изменениями скорости вращения Земли и угла наклона к экватору.
Численное моделирование поведения системы Земля–Луна на интервале 20 млн. лет в прошлое и 10 млн. лет в будущее показало, что наклон оси вращения Земли колеблется около среднего значения 23.3° с амплитудой 1.3° . Это вызывает колебания инсоляции на 20% на широте 65° . Такие изменения потока солнечного тепла могут вызывать существенные климатические изменения, например, оледенения. Перераспределение воздушных и водных масс, рост или уменьшение ледникового покрова в высоких широтах ведут к изменению динамического сжатия Земли. А это ведет к изменению скорости прецессии оси вращения Земли. Напомним, что прецессия вызывается притяжением экваториального избытка массы Земли Луной и Солнцем и возмущениями гелиоцентрического движения Земли со стороны планет. В современную эпоху скорость прецессии составляет 50.4712'' в год.
3) Модель "галактических нырков". В научном журнале Nature в 2005 году, говорилось, что число разновидностей земных организмов заметно снижается каждые 62 миллиона лет, и эта закономерность прослеживается на протяжении по крайней мере последних 542 миллионов лет. Было замечено, что эта временная шкала практически совпадает с 64 миллионами лет, которые Солнечной системе требуются на преодоление вертикального отрезка - то есть диска Галактики - туда и обратно. Выясняется, что большинство глобальных биологических катастроф приходится на те периоды, когда Солнечная система находилась в крайней северной точке цикла, а эта точка расположена приблизительно на 230 световых лет выше галактической плоскости. По видимому в подобных обстоятельствах в атмосферу Земли проникает больше галактических космических лучей, которые и приводят к массовым вымираниям живых организмов. "Когда Солнце проходит сквозь галактическую плоскость, поток космических лучей растет, а когда оно оказывается ниже этой плоскости, он уменьшается", - поясняет Михаил Медведев из Канзасского университета в Лоренсе (США). Периоды высоких "приливов" внегалактических космических лучей и наблюдаемые провалы в биологической вариативности настолько хорошо накладываются друг на друга, что шанс на простое совпадение оказывается исчезающе мал - один на 10 миллионов.
