Nastanak Zemlje

Koliko je stara Zemlja?

Zemlja je stara oko 4,54 milijarde godina (s greškom od oko 1 %). To je otprilike trećina starosti svemira, koji je star oko 13,8 milijardi godina. Toliki broj teško je zamisliti: kada bi svaka godina bila jedan milimetar, historija Zemlje bila bi duga 4 540 km – kao put od Sarajeva do Kaira i nazad.

Starost Zemlje naučnici su odredili radiometrijskim datiranjem: neki elementi u stijenama (npr. uranijum) raspadaju se tačno poznatom brzinom i pretvaraju u druge (olovo). Mjerenjem odnosa „roditeljskih“ i nastalih elemenata, kao na satu, izračuna se koliko je stijena stara.

Animacija: nastanak Zemlje u devet koraka

Klikni „Sljedeći korak“ ili uključi automatski prikaz i prati kako je od oblaka prašine nastala planeta na kojoj živimo. Na trakici ispod animacije možeš skočiti na bilo koji korak.

Sunčeva maglina i rađanje Sunca

Prema nebularnoj hipotezi, koju su u 18. vijeku postavili filozof Immanuel Kant (1755) i matematičar Pierre-Simon Laplace (1796), a koju danas potvrđuju posmatranja drugih zvijezda, Sunčev sistem je nastao od ogromnog, hladnog oblaka plina i prašine – Sunčeve magline.

• Oblak se pod uticajem gravitacije počeo skupljati, vjerovatno nakon udarnog talasa eksplozije obližnje zvijezde (supernove).
• Što se više skupljao, to se brže okretao – kao klizačica koja privuče ruke tijelu – i spljoštio se u disk.
• U središtu diska pritisak i temperatura postali su toliko veliki da je počela nuklearna fuzija – rodilo se Sunce.
• Od ostatka diska nastale su planete, mjeseci, asteroidi i komete. Zato sve planete kruže u istom smjeru i približno u istoj ravni.

Akrecija: kako su nastale planete

U disku su se sitna zrnca prašine sudarala i lijepila. Nastajale su sve veće grudve – planetezimali, veliki od nekoliko metara do stotina kilometara. Veći planetezimali su gravitacijom privlačili manje i rasli još brže. Taj proces rasta spajanjem zovemo akrecija.

Blizu Sunca bilo je toliko toplo da su se mogli održati samo metali i stijene – zato su unutrašnje planete (Merkur, Venera, Zemlja, Mars) male i stjenovite. Dalje od Sunca bilo je dovoljno hladno da se održi i led, pa su nastale ogromne planete od plina i leda – Jupiter, Saturn, Uran i Neptun. Zemlja je dostigla svoju današnju veličinu za nekoliko desetina miliona godina.

Hadej – Zemlja kao užarena kugla

Prvi period historije Zemlje zove se hadej (po Hadu, grčkom podzemnom svijetu) i trajao je od nastanka do prije oko 4 milijarde godina. Mlada Zemlja bila je užarena iz tri razloga:

1. neprekidni udari planetezimala i meteorita pretvarali su kretanje u toplotu;
2. sažimanje (kompresija) materijala pod sopstvenom težinom zagrijavalo je unutrašnjost;
3. raspadanje radioaktivnih elemenata, kojih je tada bilo mnogo više nego danas, oslobađalo je toplotu.

Zbog toga je površinu prekrivao okean magme dubok stotinama kilometara. Na takvoj Zemlji nije bilo ni čvrstog kopna, ni vode, ni zraka koji bismo mogli udisati.

Diferencijacija – kako je Zemlja dobila slojeve

Dok je unutrašnjost bila rastopljena, materijali su se raslojavali prema gustini, kao ulje i voda u čaši. Teški metali – željezo i nikl – tonuli su prema središtu i formirali jezgro, a lakše stijene bogate silicijem i kisikom ostale su bliže površini i formirale plašt i koru. Taj proces zove se diferencijacija.

Tonjenje ogromnih količina željeza oslobodilo je još toplote. Toplota iz tog vremena dijelom se i danas čuva u unutrašnjosti Zemlje i pokreće litosferne ploče, vulkane i zemljotrese. Više o slojevima pročitaj u lekciji Unutrašnjost Zemlje.

Nastanak Mjeseca

Najprihvaćenija je teorija velikog sudara: prije oko 4,5 milijardi godina u mladu Zemlju udarilo je tijelo veličine Marsa, koje su naučnici nazvali Teja. Udar je istopio veliki dio obje planete, a ogromna količina užarenog materijala izbačena je u orbitu. Od tog prstena krhotina vrlo brzo se formirao Mjesec.

Mjesec je bio mnogo bliži Zemlji nego danas i od tada se polako udaljava – oko 3,8 cm godišnje. Njegova gravitacija usporava Zemljinu rotaciju: prije oko 600 miliona godina dan je trajao samo oko 22 sata.

Hlađenje, prva kora i prva atmosfera

Kada su udari postali rjeđi, površina se počela hladiti i očvrsla je u prvu, tanku koru, koju su vulkani i udari često ponovo topili. Najstariji poznati kristali – cirkoni iz Australije stari 4,4 milijarde godina – pokazuju da je čvrsta kora, pa vjerovatno i tečna voda, postojala vrlo rano.

Prva atmosfera od vodonika i helija brzo se izgubila u svemir. Druga atmosfera nastala je od plinova koje su izbacivali vulkani: vodene pare, ugljik-dioksida, dušika i sumpornih plinova. U njoj nije bilo slobodnog kisika – mi bismo se u njoj ugušili.

Kiše i nastanak okeana

Kada se temperatura spustila ispod 100 °C, vodena para iz atmosfere počela se kondenzovati. Milionima godina na Zemlju su padale kiše i postepeno ispunile udubljenja – nastali su prvi okeani. Dio vode donijeli su i ledeni asteroidi i komete koji su udarali u Zemlju.

U okeane su se rastvarali minerali iz stijena, pa je morska voda postala slana. Iz okeana su postepeno izranjali prvi mali dijelovi kopna – vulkanska ostrva i zadebljanja kore, začeci današnjih kontinenata (o tome u lekciji Nastanak kontinenata).

Prvi život i kisik

Najstariji tragovi života stari su oko 3,7 milijardi godina. Bili su to sitni jednoćelijski organizmi bez jezgra, slični današnjim bakterijama, koji su živjeli u vodi, zaštićeni od jakog ultraljubičastog zračenja.

• Prije oko 3,5 milijardi godina cijanobakterije su gradile slojevite tvorevine – stromatolite – i fotosintezom proizvodile kisik. Stromatoliti i danas rastu u zaljevu Shark Bay u Australiji.
• Kisik se prvo trošio na „rđanje“ željeza u okeanima, pa su nastale debele naslage trakastih željeznih ruda – danas najvažnije ležište željeza na svijetu.
• Prije oko 2,4 milijarde godina kisik se počeo nakupljati u atmosferi – to je Veliki događaj oksidacije.
• Iz kisika je u visinama nastao ozonski omotač, koji je zaštitio površinu od ultraljubičastog zračenja, pa je život kasnije mogao izaći na kopno.

Vježba

1. Koliko je stara Zemlja i kako su naučnici to izračunali?
2. Objasni nebularnu hipotezu svojim riječima.
3. Zašto su unutrašnje planete stjenovite, a vanjske plinovite?
4. Navedi tri razloga zbog kojih je mlada Zemlja bila užarena.
5. Šta je diferencijacija i kako je zbog nje nastalo jezgro?
6. Kako je, prema teoriji velikog sudara, nastao Mjesec? Navedi dva dokaza.
7. Po čemu se rana atmosfera razlikovala od današnje?
8. Kakvu su ulogu cijanobakterije imale u historiji Zemlje?