Этап отделения вещества от излучения: оставшееся после аннигиляции вещество стало прозрачным для излучения, контакт между веществом и излучением пропал. Отделившееся от вещества излучение и составляет современный реликтовый фон, теоретически предсказанный Г. А. Гамовым и экспериментально обнаруженный в 1965 г.
В дальнейшем развитие Вселенной шло в направлении от максимально простого однородного состояния к созданию все более сложных структур — атомов (первоначально атомов водорода), галактик, звезд, планет, синтезу тяжелых элементов в недрах звезд, в том числе и необходимых для создания жизни, возникновению жизни и как венца творения — человека.
Различие между этапами эволюции Вселенной в инфляционной модели и модели Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка 10-30 с, далее между этими моделями принципиальных расхождений в понимании этапов космической эволюции нет.
Вселенной на самых разных уровнях, от условно элементарных частиц и до гигантских сверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная структура Вселенной является результатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактик образовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планеты.
Метагалактика – представляет собой совокупность звездных систем – галактик, а ее структура определяется их распределение в пространстве, заполненном чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами. Согласно современным представлениям, для метагалактики характерно ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной, поскольку образование структуры приходиться на период, следующий за разъединением вещества и излучение. По современным данным, возраст Метагалактики оценивается в 15 млрд. лет.
Галактика – гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.
По форме галактики условно распределяются на три типа: эллиптические, спиральные, неправильные.
Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97% вещества в нашей Галактике сосредоточено в звездах, представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения. У многих других галактик, если не у большинства, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9% их массы. Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд. лет, соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч — самых молодых. Есть звезды, которые образуются в настоящее время и находятся в протозвездной стадии, т.е. они еще не стали настоящими звездами. На завершающем этапе эволюции звезды превращаются в инертные («мертвые») звезды. Звезды не существуют изолированно, а образуют системы.
Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела — Солнца. Солнечная система является упорядоченной системой, имеющей свои закономерности строения. Единый характер Солнечной системы проявляется в том, что все планеты вращаются вокруг Солнца в одном и том же направлении и почти в одной и той же плоскости. Солнце, планеты, спутники планет вращаются вокруг своих осей в том же направлении, в котором они совершают движение по своим траекториям. Закономерно и строение Солнечной системы: каждая следующая планета удалена от Солнца примерно в два раза дальше, чем предыдущая.
Первые теории происхождения Солнечной системы были выдвинуты немецким философом И. Кантом и французским математиком П. С. Лапласом. Согласно этой гипотезе система планет вокруг Солнца образовалась в результате действия сил притяжения и отталкивания между частицами рассеянной материи (туманности), находящейся во вращательном движении вокруг Солнца.
Издавна люди пытались найти объяснение многообразию и причудливости мира. Изучение материи и её структурных уровней является необходимым условием формирования мировоззрения, независимо от того, окажется ли оно, в конечном счете, материалистическим или идеалистическим.
Достаточно очевидно, что очень важна роль определения понятия материи, понимания последней как неисчерпаемой для построения научной картины мира, решения проблемы реальности и познаваемости объектов и явлений микро, макро и мега миров.
Обычно сейчас автоматически сочетают теорию Большого взрыва и модель горячей Вселенной, но эти концепции независимы и исторически существовало также представление о холодной начальной Вселенной вблизи Большого взрыва. Именно сочетание теории Большого взрыва с теорией горячей Вселенной, подкрепляемое существованием реликтового излучения, и рассматривается далее.
По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,73 ± 0,12 млрд лет назад[1] из некоторого начального «сингулярного» состояния и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. Согласно известным ограничениям по применимости современных физических теорий, наиболее ранним моментом, допускающим описание, считается момент Планковской эпохи с температурой примерно 1032 K (Планковская температура) и плотностью около 1093 г/см³ (Планковская плотность). Ранняя Вселенная представляла собой высокооднородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы, аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам.
Приблизительно через 10−35 секунд после наступления Планковской эпохи (Планковское время — 10−43 секунд после Большого взрыва, в это время гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий) фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной. Данный период получил название Космической инфляции. После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму. По прошествии времени температура упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки и глюоны объединились в барионы, такие как протоны и нейтроны. При этом одновременно происходило асимметричное образование как материи, которая превалировала, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали, превращаясь в излучение.
Дальнейшее падение температуры привело к следующему фазовому переходу — образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. После чего наступила эпоха нуклеосинтеза, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и ещё нескольких лёгких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода (до этого процессы ионизации и рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии).
После эры рекомбинации материя стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения.
Полного и непротиворечивого описания развития ядра и мантии Земли, океанической и континентальной коры,атмосферы, гидросферы и биосферы, пока что нет.
Сложность возникающих проблем, неоднозначность трактовки уже добытых фактов пока не позволяют совместить в единой картине данные, полученные при различных подходах. Лучше всего исследован и вошел в учебники процесс
эволюции земной поверхности. Он выглядит следующим образом.Основным фактором, определившим начальное состояние Земли,были размеры и химический состав тел, из которых онасформировалась. В начальный период своего существования(от 4,6 до 3,8 млрд. лет) Земля, а равно и другие планеты земной группы, а также Луна подвергались усиленнойбомбардировке мелкими и крупными телами метеоритов.
Наиболее крупные тела, упавшие на Землю, создали в ней
значительные термические и химические неоднородности,простиравшиеся на тысячи километров, несомненно, оказав существенное влияние на характер ранней эволюции.
Разрушение падавших тел приводило к разогреву вещества,
выделению воды и газов, составивших атмосферу и
гидросферу планеты. Недра планеты разогревались за счет
выделения тепла не только известными нам теперь в коре
естественно-радиоактивными элементами, но и более чем
десятком вымерших с тех пор радиоактивных изотопов,
в частности 26Al, 10Be, 36Cl и др. В результате могло
происходить плавление вещества – полное (в ядре) или
частичное (в мантии).
Кратерообразование на земной поверхности могло
провоцировать излияния магмы с образованием базальтовых
полей, подобных покрывающим лунные “моря”.
Так, вероятно, образовалась первичная кора Земли,
которая, однако, не сохранилась на современной ее
поверхности, за возможным исключением относительно
небольших фрагментов в более молодой коре
континентального типа.
Эта кора, содержащая в своем составе уже граниты и гнейсы,
правда с меньшим содержанием кремнезема и калия, чем в
нормальных гранитах, т. е. еще не вполне зрелая,
появилась на рубеже около 3,8 млрд. лет и известна
нам по обнажениям в пределах кристаллических щитов
практически всех континентов. Именно с ее образования
начинается документированная горными породами с
соответствующими радиометрическими датировками история
Земли, весь же предыдущий “догеологический” этап между
датой рождения Земли (4,6 и 3,8 млрд. лет) не
охарактеризован такими документами, и поэтому все
сказанное выше относительно него является предположением.
Более поздние этапы эволюции земной коры удается
проследить по данным накопления осадочных пород,
палеонтологической летописи (окаменелости, остатки
жизнедеятельности древних организмов),
палеомагнитным данным (остаточная намагниченность
лав магнитным полем Земли в момент их затвердевания)
и методами изотопной геохронологии.
Исследуемая этими методами история Земли разделена
на три больших отрезка времени - эона:
архей (4500 - 2600 миллионов лет назад),
протерозой (2600 - 570 млн. лет) и
фанерозой (570 млн. лет - до настоящего времени).
Как бы то ни было, 3,5 млрд. лет назад на площади
современных континентов широкое распространение получила
“серогнейсовая” кора, названная так по преобладающему типу
слагающих ее пород. В России она известна на Кольском
полуострове, в Сибири, в частности, в бассейне р. Алдана,
в Украине – к югу от среднего течения Днепра.
На следующем этапе, в архее, эта еще довольно тонкая
и пластичная кора под влиянием растяжения испытала
многочисленные разрывы сплошности. Через эти разрывы
к поверхности устремилась базальтовая магма,
заполнившая прогибы длиной в сотни и шириной на многие
десятки километров, известные под названием
зеленокаменных поясов.
Дальнейшее развитие зеленокаменных поясов заключалось
в накоплении обломочных осадков, свидетельствующих об
образовании гористого рельефа.
После смены нескольких поколений зеленокаменных поясов
архейский этап эволюции земной коры завершился в эпоху
3,0–2,5 млрд. лет назад массовым проявлением
гранитообразования. Теперь это были уже нормальные
граниты с преобладанием K2O над Na2O.
Так сформировалась зрелая континентальная кора на
большей части площади современных материков.
Однако и эта кора оказалась недостаточно устойчивой:
в начале протерозойской эры она испытала дробление.
Возникла планетарная сеть разломов и трещин,
заполнявшихся дайками магматических пород
(одна из них – Великая дайка Зимбабве – имеет в длину
более 500 км и в ширину до 10 км). Их эволюция привела
к созданию 2,0–1,7 млрд. лет назад складчатых систем,
вновь спаявших обломки архейской континентальной коры.
В итоге к концу раннего протерозоя, к рубежу 1,7 млрд.
лет назад, зрелая континентальная кора существовала уже
на 60–80% (по разным оценкам) площади ее современного
распространения. Более того, существует представление,
подтверждаемое палеомагнитными данными, о том, что на
этом рубеже вся континентальная кора составляла единый
массив – суперконтинент Мегагею (“большую землю”).
На другой стороне земного шара континенту должен был
противостоять океан – предшественник современного
Тихого океана – Мегаталасса (“большое море”).
В катархее и начале архея появились первые следы
жизни – бактерии и водоросли, а в позднем архее
получили распространение водорослевые известковые
постройки – строматолиты. В позднем архее началось,
а в раннем протерозое завершилось коренное изменение
состава атмосферы: под влиянием жизнедеятельности
растений в ней появился свободный кислород,
в то время как катархейская и раннеархейская
атмосфера состояла из водяного пара, CO2, CO, CH4,
N2, NH3 и H2S с примесью HCl, HF и инертных газов.
На следующем этапе развития Земли, в позднем
протерозое (1,7–0,6 млрд. лет назад), Мегагея
стала постепенно подвергаться раскалыванию,
которое резко усилилось в конце протерозоя.
Следами этого процесса являются протяженные
континентальные рифтовые системы, погребенные
в основании осадочного чехла древних платформ,
но важнейшим его результатом было образование
обширных межконтинентальных геосинклинальных
поясов – Северо-Атлантического, Средиземноморского,
Урало-Охотского, разделивших континенты Северной
Америки, Восточной Европы, Восточной Азии,
и наиболее крупный обломок Мегагеи – южный
суперконтинент Гондвану.
Фанерозой разделен на три эры: палеозойскую,
мезозойскую и кайнозойскую.
Периоды палеозойской эры:
(начала периодов указаны в миллионах лет)
кембрийский (570), ордовикский (480), силурийский (435),
девонский (405), каменноугольный (350), пермский (285).
Периоды мезозойской эры:
триасовый (230), юрский (190), меловой (135).
Периоды кайнозойской эры:
палеогеновый (65), неогеновый (23), четвертичный (1,7).
Даты границ периодов постоянно уточняются, а в 2004 году
международная комиссия по стратиграфии (ICS) впервые за
120 лет добавила в геохронологическую шкалу Земли новый
геологический период - Эдиакарский. Он будет являться
частью неопротерозойской эры и охватывать временной
отрезок истории нашей планеты от 600 до 542 миллионов
лет назад.
Название нового периода происходит от холмов Эдиакара в
южной Австралии, горные породы которых будут являться
стратотипом для этого геологического отрезка времени.
Эдикарский период начинается в конце последнего
ледникового периода так называемой "Замороженной
Земли" (лапландский век позднего протерозоя в российской
терминологии), когда примерно 600-700 миллионов лет назад
планета пережила серию глобальных оледенений.
После этого в морях стали активно развиваться мягкотелые
формы жизни - медузы, предки морских червей и современных
иглокожих, которые стали предшественниками форм жизни,
имеющих внешний скелет в виде панциря.
Палеозойский период в эволюции земной коры явился
этапом интенсивного развития геосинклинальных поясов
– межконтинентальных и окраинно-континентальных.
Эти пояса подвергались расчленению на окраинные моря
и островные дуги, в них формировались складчатые
горные системы.
К концу палеозоя межконтинентальные геосинклинальные
пояса полностью замкнулись и заполнились складчатыми
системами. В результате отмирания Северо-Атлантического
пояса континент Северной Америки сомкнулся с
Восточно-Европейским, а последний, после завершения
развития Урало-Охотского пояса, – с Сибирским,
Сибирский – с Китайско-Корейским.
В итоге образовался суперконтинент Лавразия;
отмирание западной части Средиземноморского пояса
привело к его объединению с южным суперконтинентом –
Гондваной – в одну континентальную глыбу, названную
Пангеей. Восточная часть Средиземноморского пояса в
конце палеозоя – начале мезозоя превратилась в
огромный залив Тихого океана, по периферии которого
также поднялись горные сооружения.
На фоне этих изменений структуры и рельефа Земли
продолжалось развитие жизни. Первые животные появились
в позднем протерозое, а на самой заре фанерозоя, в
венде, уже существовали почти все типы беспозвоночных,
но они еще были лишены раковин или панцирей, которые
известны начиная с кембрия.
В силуре (или уже в ордовике) начался выход
растительности на сушу, а в конце девона уже
существовали леса, получившие наибольшее
распространение в каменноугольном периоде.
Рыбы появились в силуре,
земноводные животные – в карбоне.
Последний крупный этап развития структуры земной
коры охватывает мезозойскую и кайнозойскую эры.
Это был этап становления современных океанов и
обособления современных континентов.
В начале этапа, в триасе, еще существовала Пангея,
но уже в ранней юре она снова раскололась на Лавразию
и Гондвану вследствие возникновения широтного океана
Тетис, протянувшегося от Центральной Америки до
Индокитая и Индонезии; на западе и на востоке он
смыкался с Тихим океаном. Этот океан включал и
Центральную Атлантику.
Отсюда в конце юры процесс раздвига распространился к
северу, создав в течение мела и раннего палеогена
Северную Атлантику и, начиная с палеогена, Евразийский
бассейн Северного Ледовитого океана. В итоге Северная
Америка отделилась от Евразии. В поздней юре началось
формирование Индийского океана, и с начала мела стала
раскалываться с юга Южная Атлантика; это означало начало
распада Гондваны, существовавшей как единое целое
в течение всего палеозоя.
В конце мела Северная Атлантика соединилась с Южной,
отделив Африку от Южной Америки.
Таким образом, к концу палеогена оформились все
современные океаны, обособились все современные
континенты, и лик Земли приобрел вид, в основном
близкий к нынешнему. Однако еще не существовало
современных горных систем – поздний мел и ранний
палеоген, до 40 млн. лет до н. э., характеризовались
выровненным рельефом почти на всей площади суши.
С олигоцена началось горообразование, достигшее своей
кульминации в конце миоцена – плиоцене – антропогене,
т. е. в последние 5 млн. лет.
На этом же этапе завершилось становление современной
фауны и флоры. Мезозойская эра была еще эрой
пресмыкающихся; млекопитающие получили преобладание
в кайнозое, а в четвертичный период появился человек.
В конце раннего мела появились покрытосемянные растения,
и суша приобрела травяной покров.
В конце неогена и в антропогене высокие широты обоих
полушарий были охвачены мощным материковым оледенением,
реликтами которого являются ледниковые шапки Антарктиды
и Гренландии. Это было третье крупное оледенение в
фанерозое: первое имело место в позднем ордовике,
второе в конце карбона – начале перми;
оба они были приурочены к Гондване.