Текст книги "Как развивалась жизнь на Земле"
Автор книги: Владимир Уткин
Соавторы: Игорь Люрин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 7 страниц)
Игорь Борисович Люрин
Владимир Сергеевич Уткин
Как развивалась жизнь на Земле
Предисловие
Нашу планету населяют тысячи видов растений и животных. Они различаются по форме, величине, образу жизни и являются компонентами различных экологических систем – биоценозов.
А каким был растительный и животный мир в минувшие геологические эпохи Земли? Как он развивался на протяжении веков, пока не принял современного вида?
Еще древние люди пытались выяснить, что собой представляют удивительные окаменевшие ракушки, отпечатки растений и животных, части скелетов, которые встречались на склонах оврагов, в долинах рек, в горных скалах, в пустынях. Их отличие от существовавших в то время организмов возбуждало воображение людей. В мифах, легендах, сказках они рассказывали о драконах и других чудовищах, якобы живших в незапамятные времена.
Человечество продолжительное время находилось под влиянием религии, утверждавшей, что все на Земле создано богом и что вся истина заключается в книгах «священного писания». В одной из них повествуется о том, что бог сотворил Землю и все на ней существующее в течение семи дней, а в другой, – что он за некие прегрешения людей решил наслать всемирный потоп и уничтожить все им созданное. Среди людей бог выбрал одного праведника – Ноя, велел ему построить корабль (ковчег) и взять на него «каждой твари по паре» с тем, чтобы после потопа было чем заселить Землю. Животные, не попавшие в ковчег, погибли и были занесены песком и илом. О растениях в «писании» не говорилось.
Долгое время подобное объяснение происходивших на Земле изменений являлось господствующим. Но по мере развития человеческого общества развивалась и наука. Ученые установили, что на Земле обитает такое огромное количество различных видов животных, что если взять по паре каждого вида, то они не поместились бы ни в один ковчег. А в слоях земной коры были найдены остатки древних вымерших животных и растений. И чем глубже залегают слои, тем больше отличаются ископаемые от современных организмов.
Изучая древний органический мир по ископаемым остаткам, ученые пришли к выводу, что на протяжении многих миллионов лет истории Земли неоднократно менялись климат, атмосфера, очертания материков и океанов. В некоторых местах суша покрывалась ледниками. Тропические леса превращались в пустыни, а их, в свою очередь, заливало море. На равнинах возникали горы, которые постепенно разрушались и превращались в плоскогорья. Морское дно поднималось, появлялись участки суши. Эти изменения оказывали влияние на органический мир.
Историю развития жизни ученые разделили на сравнительно продолжительные отрезки времени – эры и периоды, каждый из которых характеризуется свойственным только ему растительным и животным миром. По костям, раковинам, отпечаткам воссоздавались внешний вид и строение древних животных. Возникла наука палеонтология. Наряду с ней развивалась палеоботаника – наука о древних растениях.
Постепенно ученые установили историю растительного и животного мира с древнейших времен до наших дней. Научные исследования показали: развитие жизни шло от простейших форм к более сложным, по разным направлениям, в зависимости от приспособления живых существ к окружающей среде; в развитии органического мира решающее значение имеют такие свойства живого, как наследственность, изменчивость, приспособляемость к условиям существования.
С появлением человека изменения в природе стали происходить быстрее по сравнению с другими периодами истории Земли. Используя для своих потребностей окружающую среду, человек, сам того не желая, порой наносил ей невосполнимый урон. За многие годы его деятельности навсегда исчезли сотни видов растений и животных. Вырублены тысячи гектаров леса. Загрязнялись водоемы, атмосфера.
Современное человеческое общество видит, к каким нежелательным последствиям приводит бесконтрольное вмешательство в окружающую среду. Лишь в социалистическом обществе, в котором средства производства являются общественной собственностью, возможно бережное отношение к природе в общегосударственном масштабе.
В нашей стране приняты законы об охране природы. Охрана, рациональное использование и восстановление окружающей среды предусматривается Конституцией СССР.
В соответствии с требованиями Конституции СССР мероприятия по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов предусматриваются в планах развития народного хозяйства нашей страны. Охрана, воспроизводство и рациональное использование растительного и животного мира включены в «Основные направления экономического и социального развития СССР на 1986–1990 годы и на период до 2000 года».
Образование Солнечной системы
С давних пор люди пытались постичь строение Вселенной, объяснить, как образовалась Солнечная система, откуда взялись растения и животные. Слагались сказки и мифы, выдвигались гипотезы и теории. Вначале преобладали «божественные» гипотезы, в которых Солнце, Земля, другие планеты и звезды выступали в роли богов, сказочных существ или представлялись результатом деятельности богов, мифических героев.
Впоследствии появились более или менее научные гипотезы. Долгое время в науке господствовала геоцентрическая система мира Птолемея, согласно которой в центре Вселенной находится Земля, а вокруг нее обращаются Солнце, планеты и звезды.
Только в XVI в. польский астроном Николай Коперник заложил основы гелиоцентрической системы. Эту систему развили итальянские ученые Джордано Бруно и Галилео Галилей. Они доказали, что Земля наравне с другими планетами движется в пространстве вокруг Солнца и, кроме того, вращается вокруг своей оси.
Научное обоснование гелиоцентрической системы дали английские ученые – физик И. Ньютон и астроном В. Гершель, а также русский ученый М. В. Ломоносов.
В 1755 г. немецкий ученый и философ Иммануил Кант выдвинул гипотезу о возникновении Солнечной системы из рассеянных масс космического вещества.
В 1790 г. французский математик П. С. Лаплас, не будучи знаком с гипотезой Канта, выдвинул свою гипотезу происхождения Солнечной системы. Он считал, что на месте Солнечной системы в прошлом находилась огромная раскаленная туманность, вращавшаяся вокруг своей оси. В результате действия сил притяжения туманность начала сгущаться, в ее центре образовалось первичное Солнце, окруженное газообразной массой. Поскольку газообразная масса вращалась равномерно, частицы, находившиеся у ее центра, двигались медленнее крайних. На периферии центробежная сила начинала превосходить силу притяжения, и от массы туманности отделялись кольца, которые уже никогда не приближались к центру.
Чем больше охлаждалась раскаленная туманность, тем меньшей она становилась. Возрастала скорость ее вращения, а вместе с ней – и центробежная сила. Возникали все новые кольца, из которых в дальнейшем образовались планеты Солнечной системы и их спутники.
Фридрих Энгельс, развивая идеи И. Канта и П. С. Лапласа, объяснял образование твердых планет и их спутников постепенным охлаждением газообразной массы и различными химическими реакциями, в результате которых газообразное вещество перешло в жидкое, а затем в твердое состояние.
Благодаря исследованиям советских ученых – Б. А. Воронцова-Вельяминова и В. А. Амбарцумяна был раскрыт механизм образования газовых туманностей. Время от времени во Вселенной появляются так называемые новые звезды. Давно известные звезды, светящиеся, как правило, очень слабо, внезапно взрываются, увеличиваются в миллионы раз, и с их поверхности извергается во Вселенную огромное количество газообразного вещества. Из этого вещества в дальнейшем и формируются газообразные туманности, а из них – звездные системы, подобные Солнечной.
Согласно гипотезе советского ученого О. Ю. Шмидта, все звезды нашей Галактики обращаются вокруг единого центра. На своем пути они захватывают облака космической пыли, которая становится материалом для формирования планет.
По мнению английских ученых – геолога Чемберлена и астронома Мультона, при сближении двух звезд сила притяжения разрывает их, и на месте звезд образуется спиральная туманность, взрывающаяся во Вселенную газообразными струями. Из этих струй затем формируются новые звезды и их планеты.
Английский ученый Дж. Джинс полагал, что вблизи Солнца на расстоянии в несколько его диаметров, прошла звезда, масса которой в два раза больше массы Солнца. В результате действия силы притяжения на Солнце возникла громадная приливная волна газообразного раскаленного вещества. Звезда прошла мимо Солнца относительно быстро и не успела притянуть к себе газообразное вещество. Однако сила притяжения звезды увлекла его на такое расстояние от Солнца, что вернуться назад оно уже не могло. Из этого вещества и образовались все планеты Солнечной системы.
Извержения раскаленного вещества, так называемые протуберанцы, наблюдаются на Солнце и в настоящее время. Высота некоторых из них больше диаметра Солнца. И все же массы вещества, из которого состоят протуберанцы, для образования новых планет недостаточно.
В настоящее время наиболее разработанной является гипотеза, основанная на космогонической теории советского академика О. Ю. Шмидта. По гипотезе О. Ю. Шмидта планеты возникли из огромного холодного газопылевого облака, вращавшегося вокруг Солнца.
В наше время вокруг Солнца вращаются девять планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Благодаря достижениям современной науки, особенно космическим исследованиям, нам многое известно о величине, массе, химическом составе и строении планет Солнечной системы и их спутников.
Метеориты
На своем пути вокруг Солнца Земля время от времени попадает в зоны скопления космической пыли, крупных и мелких обломков небесных тел – метеоритов. В земной атмосфере метеориты движутся с очень большой скоростью (до 50 000 м/с). Разогреваясь при трении о более плотные слои атмосферы, большинство метеоритов сгорает, те же из них, которые не успевают сгореть, достигают поверхности Земли со скоростью 10 000 м/с. Падение на Землю сопровождается взрывом, в результате чего выделяется значительное количество тепловой энергии. На месте падения метеоритов образуются углубления: метеоритные ямы (диаметром в несколько сантиметров), воронки (диаметром более метра), кратеры (диаметром свыше десяти метров).
По массе различают: метеоритную пыль (масса отдельных частей несколько миллиграммов), метеориты (масса – 50–100 кг) и болиды (их масса иногда достигает нескольких сотен тонн).
С помощью химических анализов в метеоритах были выявлены 63 элемента, а также ряд минералов, не известных на Земле.
В последнее время в метеоритах найдены также споры и бактерии неземного, по мнению некоторых ученых, происхождения. Это послужило основанием для выдвижения гипотезы о том, что жизнь на Землю была занесена из космоса. Однако большинство ученых считает, что жизнь на Земле чисто земного происхождения.
Планета Земля
Около 8 миллиардов лет тому назад Земля представляла собой раскаленный шар. Постепенно, выделяя тепло в космос, она охлаждалась, и на ее поверхности образовалась твердая кора, которую беспрерывно расплавляли миллионы действовавших вулканов. Кора утолщалась, и вода, входившая в состав раскаленных веществ и атмосферы, заполнила впадины. Согласно гипотезе советского ученого А. И. Опарина о происхождении жизни на Земле, в воде было растворено огромное количество химических веществ, которые, вступая между собой в различные реакции на протяжении миллиардов лет, привели к образованию органического вещества.
Энергия Солнца, воздействие космоса, силы притяжения, сложные физико-химические реакции, постоянно протекающие в недрах Земли, – это факторы, изменяющие ее поверхность, климат, состав атмосферы, а вместе с тем и органический мир, который в свою очередь оказывает активное влияние на Землю.
Все воздействующие на планету Земля процессы подразделяются на экзогенные (протекающие на поверхности Земли и в приповерхностных слоях земной коры) и эндогенные (протекающие в недрах Земли). К экзогенным процессам относятся: выветривание, действие наземных и подземных вод, деятельность живых организмов, в том числе человека. К эндогенным – тектонические движения в земной коре, магматические процессы (образование магмы и магматических горных пород), метаморфические процессы (преобразование горных пород).
Процессы, протекающие на протяжении многих миллиардов лет развития Земли, формируют ее рельеф, климат, атмосферу.
Шесть оболочек Земли
Земля имеет 6 оболочек: атмосферу, гидросферу, биосферу, литосферу, пиросферу и центросферу.
Атмосфера – внешняя газовая оболочка Земли. Ее нижняя граница проходит по литосфере и гидросфере, а верхняя – на высоте 1000 км. В атмосфере различают тропосферу (двигающийся слой), стратосферу (слой над тропосферой) и ионосферу (верхний слой).
Средняя высота тропосферы – 10 км. Ее масса составляет 75 % всей массы атмосферы. Воздух тропосферы перемещается как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.
Над тропосферой на 80 км поднимается стратосфера. Ее воздух, перемещающийся лишь в горизонтальном направлении, образует слои.
Еще выше простирается ионосфера, получившая свое название в связи с тем, что ее воздух постоянно ионизируется под воздействием ультрафиолетовых и космических лучей.
Гидросфера занимает 71 % поверхности Земли. Ее средняя соленость составляет 35 г/л. Температура океанической поверхности – от 3 до 32 °C, плотность – около 1. Солнечный свет проникает на глубину 200 м, а ультрафиолетовые лучи – на глубину до 800 м.
Биосфера, или сфера жизни, сливается с атмосферой, гидросферой и литосферой. Ее верхняя граница достигает верхних слоев тропосферы, нижняя – проходит по дну океанских впадин. Биосфера подразделяется на сферу растений (свыше 500 000 видов) и сферу животных (свыше 1 000 000 видов).
Литосфера – каменная оболочка Земли – толщиной от 40 до 100 км. Она включает материки, острова и дно океанов. Средняя высота материков над уровнем океана: Антарктиды – 2200 м, Азии – 960 м, Африки – 750 м, Северной Америки – 720 м, Южной Америки – 590 м, Европы – 340 м, Австралии – 340 м.
Под литосферой расположена пиросфера – огненная оболочка Земли. Ее температура повышается примерно на 1 °C на каждые 33 м глубины. Породы на значительных глубинах вследствие высоких температур и большого давления, вероятно, находятся в расплавленном состоянии.
Центросфера, или ядро Земли, расположена на глубине 1800 км. По мнению большинства ученых, она состоит из железа и никеля. Давление здесь достигает 3 · 1011 Па (3 · 106 ат), температура – нескольких тысяч градусов. В каком состоянии находится ядро, пока неизвестно.
Огненная сфера Земли продолжает охлаждаться. Твердая оболочка утолщается, огненная – сгущается. В свое время это привело к формированию твердых каменных глыб – материков. Однако влияние огненной сферы на жизнь планеты Земля все еще очень велико. Неоднократно менялись очертания материков и океанов, климат, состав атмосферы.
Экзогенные и эндогенные процессы беспрерывно изменяют твердую поверхность нашей планеты, что, в свою очередь, активно влияет на биосферу Земли.
Экзогенные процессы
На формирование поверхности Земли большое влияние оказывает выветривание. Оно обусловлено многими причинами. Выветривание представляет собой дробление пород под воздействием колебания температур. Каждая порода состоит из одного, двух или нескольких минералов. От нагревания разные минералы по-разному расширяются, от охлаждения – по-разному сжимаются. В твердой породе впоследствии появляются трещины, и постепенно она рассыпается на обломки. Физическому выветриванию способствует и корневая система растений. Попадая в трещины, вода замерзает, расширяется и давит на стенки трещины с силой, достигающей иногда десятков тысяч ньютонов на 1 см2 поверхности. Все это приводит к возникновению россыпей и каменных потоков, которые скатываются с вершин скал вниз, заполняя впадины, выравнивая рельеф.
Породы разрушаются лишайниками, поглощающими из них различные соли. Из выделяемого растениями углекислого газа и воды образуется угольная кислота, также способствующая разрушению пород. В почве и атмосфере присутствует множество химических веществ, превращающих минералы в легко растворимые в воде соду, поташ, кислоты, соли. От породы остаются лишь нерастворимые остатки: песок, глина. Все эти процессы приводят к химическому выветриванию пород. Микроорганизмы, увеличивая скорости химических реакций, в отдельных случаях в несколько десятков раз способствуют химическому выветриванию. Растения поглощают из почвы различные химические вещества, а вместе с отмершими растениями многие вещества попадают в почву.
Способствует выветриванию и деятельность водных потоков, которые, разрушают породы, переносят и откладывают их. В верховье река течет быстрее, вода легко дробит горные породы и переносит крупные обломки, порою даже глыбы. Ниже скорость течения меньше, вода переносит небольшие обломки. В устье скорость течения совсем незначительна, следовательно, река может переносить только ил. Таким образом сортируются обломки от верховья к устью. За тысячи лет реки перенесли огромное количество каменного материала, изрезали горы глубокими каньонами, намыли острова, образовали озера.
В связи с вращением земного шара во всех реках один берег подмывается водой сильнее. Постепенно река меняет свое русло в направлении этого берега. Противоположный берег остается плоским и широким. Если на пути реки встречаются месторождения каких-либо полезных ископаемых, она их размывает, а содержащиеся в них руды переносит и откладывает ниже по течению. Так образовалось большинство рассыпных месторождений на Земле.
Просачивающаяся через растворимые породы (известняк, гипс), вода растворяет их. Поверхность пород покрывается выбоинами, которые постепенно углубляются рытвинами. По трещинам вода проникает в глубь массивов пород, продолжая их растворять. Вода становится особенно хорошим растворителем, если содержит кислоты. В результате растворяющего действия воды в Земле образуются пустоты. Если они находятся вблизи поверхности Земли, то породы, залегающие сверху, могут сползти в эти пустоты, а на поверхности появляются трещины, воронки, пропасти. По ним вода проникает на значительную глубину и образует пещеры, подземные озера, подземные реки.
Геологическая деятельность моря связана прежде всего с прибоем, приливами и отливами, морскими течениями. Насколько быстро море может размыть берега, свидетельствует тот факт, что остров Гельголанд за 900 лет был почти полностью размыт: из 900 км2 его площади осталось лишь 1,5 км2.
С удалением от берега сила морских волн убывает. Поэтому у самого берега откладывается крупнообломковый материал, дальше в глубь моря – песок и ил. Изучение морских отложений позволяет судить о том, наступало ли море на сушу или отступало. Если на крупнообломковом материале залегает более мелкий, значит, глубина моря возрастала, и оно наступало на сушу. Если же на иле залегает песок, а на нем галька, значит, глубина моря уменьшалась, и оно отступало от суши.
В море живет огромное количество растений и животных. Диатомовые водоросли и радиолярии имеют кремнеземный наружный скелет. Отмирая, они падают на дно. Из их скелетов за миллионы лет образовались довольно значительные залежи трепела, мела, кремнистого сланца.
Зеленые водоросли были первыми на Земле растениями, выделяющими в ее атмосферу свободный кислород. По мнению многих ученых, из остатков различных водорослей образовалась нефть. Коралловые полипы дали мощные залежи известняков. В образовании известняков принимали участие также брахиоподы, моллюски, иглокожие, мшанки и другие группы животных.
С деятельностью железобактерий связаны залежи железных руд.
Море слой за слоем откладывает на больших площадях разнообразные обломки, ил. Остатки же обитавших в море животных и растений сохраняются в слоях в виде окаменелостей, отпечатков скелетов. Из этих остатков образовались породы, называемые осадочными, так как они отложились в виде каменных осадков.
Значительную геологическую деятельность проявляли ледники. Около 25 тыс. лет тому назад ледник покрывал почти всю северную и среднюю части Европы и большую часть Северной Америки. Его толщина достигала одного километра. Несколько раз Европа и Северная Америка покрывались льдом и несколько раз наступало потепление, ледник таял, а затем вновь надвигался с севера, достигая линии Днепропетровск – Дрезден. Этот гигантский ледник перенес миллионы тонн обломочного материала – глыбы массой свыше тысячи тонн и мелкий песок, вырыл русла многих современных рек и впадины озер, заполнившиеся затем ледниковыми водами. Теплолюбивые растения и животные отступили далеко на юг. На месте степей выросли леса из холодостойких пород, а леса уступили место тундрам.
Чем же были обусловлены большие оледенения? Возможно, тем, что на Землю попадало меньше солнечного тепла. А может быть, тем, что уменьшилось количество углекислого газа в атмосфере Земли.
По мнению некоторых ученых, оледенения не было вообще, а приписываемые ему отложения были сформированы потоками, перенесены льдами и айсбергами или навеяны ветром.
Даже небольшой ветерок может поднять и перенести мелкую пыль. Ураганы же, скорость которых достигает 100 м/с, способны поднять в воздух глыбы массой в десятки килограммов. Сдувая с поверхности Земли обломки пород, ветер более мелкие из них поднимает на большую высоту и переносит далеко, крупные же обломки остаются ближе или просто перекатываются на другое место. Обломками ветер шлифует встречающиеся на его пути породы.
Велика работа ветра в пустынях. Равнинная поверхность и отсутствие растений делают возможным перенос обломков на значительные расстояния.
Ветер, перенося семена и споры, способствует распространению растений на новые участки Земли. Иногда он переносит также мелких животных, например насекомых.
Человечество проводит значительную геологическую работу. Ежегодно во всем мире из земной коры добывается свыше 100 миллиардов тонн различных пород и минералов. Ведутся обширные работы по мелиорации земель. Создаются искусственные водохранилища. Влияние человека на биосферу огромно.
