Historia Ziemi ma swój początek bardzo późno, bo prawie 10 mld lat po Wielkim Wybuchu (około 4,6 mld lat temu), po utworzeniu się naszego Słońca, podczas formowania się słonecznego układu planetarnego z materii po wybuchu supernowej (starej masywnej gwiazdy). Materiał, który umożliwił powstanie naszego Słońca i całego słonecznego układu planetarnego, w tym Ziemi, pochodził z wcześniejszych kosmicznych eksplozji i rozpadu najstarszych gwiazd na etapie supernowych.
Z zapadającej się pod działaniem sił grawitacyjnych chmury gazu i pyłu (drobin skalistego materiału), zawierającej pierwiastki (wszystkie, jakie znamy) powstało Słońce. Grawitacyjne zagęszczenie się materii doprowadziło do jej rozgrzania się do temperatury inicjującej reakcje termojądrowe. Reakcje te oraz wystarczająco duża masa materii sprawiły, że Słońce zapaliło się.
Był to niezwykle burzliwy okres dla rodzącego się układu planetarnego. W wirującym dysku mgławicy resztek materiału kosmicznego dochodziło do ciągłych kolizji i łączenia się mniejszych obiektów w większe, które w miarę powiększania swojej masy ulegały zagęszczaniu na skutek grawitacji dając początek protoplanetom. Pole grawitacyjne Słońca było mechanizmem warunkującym ich ruch po orbitach w przestrzeni wokółsłonecznego dysku materii. Natomiast pole grawitacyjne protoplanet ściągało do siebie kolejne porcje kosmicznego gruzu. Ostatecznie uformowały się planety.
Blisko Słońca mniejsze i bardziej gęste; najbliżej słońca najmniejszy Merkury, i kolejno Wenus, Ziemia, Mars. W dalszej odległości powstawały planety większe, ale też coraz mniej gęste: gazowe olbrzymy – Jowisz i Saturn, a jeszcze dalej planety lodowe – Uran i Neptun. Skład pierwiastków chemicznych planet wskazuje, że materiał do budowy układu słonecznego pochodził z dwóch niezależnych wybuchów masywnych supernowych. Jedna dostarczyła pierwiastki lekkie, z których powstały gazowe olbrzymy, a druga pierwiastki ciężkie, z których zbudowane są planety skaliste.
Pozostające w centrum tworzącego się układu planetarnego Słońce stało się podstawowym źródłem energii dla planet krążących po bliższych orbitach. Planety bliskie Słońca pod zagęszczającym je działaniem siły grawitacji uległy stopieniu się, ale miały za małą masę, żeby osiągnąć temperaturę zapłonu i przez około pół miliarda lat jedynie gotowały się w wyniku reakcji termojądrowych. Nadal doświadczamy tego w erupcjach wulkanicznych i trzęsieniach ziemi na naszej planecie.
We wnętrzu Ziemi pozostawała para wodna uwięziona w płynnej lawie, bo grawitacja nie pozwoliła na jej wyparowanie. Była uwalniana dopiero, kiedy skorupa ziemska zaczęła być rozrywana wulkanicznymi wylewami lawy. W ten sposób para wodna jest nadal uwalniana razem z innymi gazami (głównie CO2 i SO2, N2) przez współczesne wulkany i gejzery. Istnieje podejrzenie, że wnętrze Ziemi może nadal zawierć więcej wody (w postaci gazowej) niż jest jej w oceanach i morzach. Jakże trudno w to uwierzyć.
Pas planetoid krążący między Marsem a Jowiszem, jakieś 340 mln km od Słońca jest olbrzymim rezerwuarem kosmicznego gruzu skalnego. Są to fragmenty skaliste, lodowe, pył i atomy wielu pierwiastków. Duże skalne planetoidy (asteroidy, planetki) mają wielkość od kilkunastu metrów nawet do kilkuset kilometrów. Te największe określane są mianem planet karłowatych. Największą w pasie planetoid jest prawie kulista Ceres o średnicy około 939 km.
Planetoidy i komety nie krążą po w miarę regularnych orbitach; krążą dość chaotycznie i mogą ulegać kolizjom wyrzucając „okruchy” o wielkości do kilku metrów, określane jako meteroidy. Wytrącone z macierzystych orbit metoroidy są rozpraszane w całej przestrzeni naszego układu. Wyrzucone w kierunku Ziemi, widoczne są jako „spadające gwiazdy”; są to palące się meteory ciągnące za sobą smugę ognia. Jeżeli nie spalą się w atmosferze całkowicie, spadają na Ziemię jako meteoryty. Po ustaniu wielkiego bombardowania Ziemia wielokrotnie nadal była i jest narażona na uderzenia mniejszych lub większych skalnych okruchów kosmicznych.
Po wstępnym uformowaniu się Ziemi jej oś obrotu była prostopadła do płaszczyzny orbity, po której wirowała. Jednak co najmniej jedno z wczesnych uderzeń planetoidy lub raczej planety spowodowało istotną zmianę w położeniu osi obrotu. Jest ona zmienna w cyklu trwającym około 41 tys. lat. i odchylona o 22,1o do 24,5o. Ma to duże implikacje klimatyczne. Po pierwsze, sam fakt odchylenia osi wirującej „po stożku” sprawia, że mamy klimatyczną zmienność pór roku. Po drugie, przy odchyleniu malejącym pory roku staja się łagodniejsze, natomiast kiedy odchylenie wzrasta lata stają się bardziej gorące, a zimy bardziej mroźne.
Istnie teoria, że w Ziemię uderzyła pod kątem planeta wielkości Marsa (hipotetyczna Thea). Thea uległa zniszczeniu wyrzucając w przestrzeń wokółziemską swój materiał, jak i część masy płaszcza ziemi. Da ogromne fragmenty Thei mają się jednak znajdować nadal pod płaszczem Ziemi. Odchylenie osi obrotu Ziemi jest uznawane jako efekt uderzenia właśnie Thei.
Ziemia obraca się wokół własnej osi z zawrotną prędkością obwodową na równiku 1670 km/h (jakże trudno w to uwierzyć). Określają one dobowe warunki życia na naszej planecie. Zmiany eliptycznej orbity Ziemi i odległości Ziemi od Słońca oraz szybkości jej obiegu wokół Słońca (około 30 km/s albo ok. 107 tys. km/h) po orbicie (zmiennej w geologicznej skali czasu) mają swój udział w długości ziemskiej doby i ziemskiego roku. Przed setkami milionów lat Ziemia obracała się dużo szybciej i ziemska doba była o kilka godzin krótsza. Z drugiej strony, ponieważ Ziemia okrążała Słońce dużo wolniej, rok miał ponad 400 dni.
Po uderzeniu Thei z wyrzuconego i krążącego wokół Ziemi materiału uformował się Księżyc. Jego wpływ na dalszy los Ziemi, a w szczególności na ziemskie życie jest ogromny. Niepodważalny jest jego udział w spowolnieniu obrotów Ziemi. Nasz odwieczny satelita, obracając się wokół Ziemi, ciągnie za sobą siłą grawitacji olbrzymie masy wody, które z kolei pociągają siłami tarcia znajdującą się pod oceanami skorupę ziemską w kierunku zachodnim. W ten sposób, powierzchnia Ziemi „podąża coraz szybciej za Słońcem” przez co doba (do zaobserwowania w skali czasu geologicznego) wydłuża się. Mamy zatem pozorny paradoks; dzięki księżycowi Ziemia kręci się coraz szybciej, a ziemska doba wydłuża się. W ludzkiej skali czasowej nie jesteśmy w stanie tego odczuć.
Żeby ustaliła się stabilizacja czasu trwania ziemskiej doby, kątowa szybkość obrotów Ziemi musi zrównać się z kątową prędkością okrążania naszego globu przez księżyc. Po uzyskaniu takiej zgodności pływy oceaniczne ustaną, a doba wydłuży się wielokrotnie. Jaki to będzie miało wpływ na ziemskie życie biologiczne? Tu warto sobie uświadomić, że odksiężycowe pływy oceaniczne były ważnym czynnikiem sprzyjającym zasiedlaniu lądów przez organizmy wodne.
Intensywne bombardowanie Ziemi przez planetoidy i mniejsze ciała niebieskie przez 200-300 mln lat skutkowało utrzymywaniem się bardzo wysokiej temperatury i jej płynnej struktury; Ziemia była wtedy kulą gotującej się lawy. Procesy grawitacyjne powodowały zapadanie się cięższych pierwiastków chemicznych do środka planety. Doprowadziło to do powstania metalicznego jądra Ziemi o wzrastającej gęstości, z dominującym udziałem niklu i żelaza (Ni+Fe). Jądro ma dwie strefy – zestaloną centralną (tzw. jądro wewnętrzne) oraz płynną zewnętrzną (tzw. jądro zewnętrzne). Przy ciśnieniu dochodzącym do 360 GPa (3,7 mln atmosfer) i temperaturze około 5-6 tys. oC, w jądrze nadal zachodzą wydajne procesy termojądrowe generujące wewnętrzną energię naszego globu.
Zanim zaistniała skorupa ziemska, a na niej ciekła woda, skaliste zręby przyszłych lądów przemieszczały się po płynnym wnętrzu Ziemi. Powstawały i rozpadały się pierwsze kontynenty. Nacierające na siebie płyty kontynentalne wpychały w procesie subdukcji powierzchniowe fragmenty do strefy magmy, Tam stosunkowo miękkie skały bazaltowe ulegały transformacji (przetopieniu). Podczas kolejnych ruchów tektonicznych były wynoszone na powierzchnię jako utwardzony granit. Po zaistnieniu całej zewnętrznej skorupy ziemskiej utworzył się wielowarstwowy przekrój planety z gotującym się (do dzisiaj) wnętrzem.
Wnętrze Ziemi – zestalone jądro wewnętrzne, ciekłe zewnętrzne i otaczający je skalisty ale plastyczny płaszcz ziemski oraz strefy przejściowe są w ciągłym ruchu. Dla zewnętrznej skorupy ziemskiej najbardziej odczuwalne jest powolne przemieszczanie rozgrzanej plastycznej masy skalnej w obrębie płaszcza. Jest ono odpowiedzialne za powierzchniowe procesy tektoniczne w tym przemieszczanie się płyt kontynentalnych i oceanicznych, trzęsienia ziemi i erupcje wulkaniczne.
Najbardziej intensywne, chociaż najmniej odczuwalne na powierzchni Ziemi, są jednak ruchy w ciekłym jądrze zewnętrznym. Na skutek różnicy temperatury i gęstości masy występują w nim prądy konwekcyjne powodujące przemieszczanie się masy. Jest to ziemskie geodynamo, którego efektem jest wytwarzanie pola magnetycznego wokół naszej planety. Jest ono niezwykle ważne, ponieważ chroni ziemskie życie przed zabójczym promieniowaniem kosmicznym.
Bieguny tego pola nie pokrywają się z ziemskimi biegunami geograficznymi. Tu rodzi się jednak pytanie, dlaczego te bieguny nie tylko nie pokrywają się, ale bieguny magnetyczne nieustannie także przemieszczają się; mogą nawet przyjmować przeciwstawne pozycje. Co kilkaset tysięcy lat, w procesie trwającym kilka tysięcy lat, zachodzi przebiegunowanie magnetyczne Ziemi. W tym czasie pole magnetyczne powoli zanika, a następnie również powoli odbudowuje się, ale z odwrotną polaryzacją.
Dlaczego tak się dzieje? Wszystkie warstwy Ziemi wirują zgodnie z obrotami planety, ale z różną prędkością. Czy tu, np. w interakcji między płaszczem i jądrem zewnętrznym, można doszukiwać się źródeł magnetycznej niestabilności? Czy jest to też związane z niejednorodnym rozłożeniem masy żelazowo-niklowej w wirującym jądrze wewnętrznym?
Ale wróćmy do prehistorii planety. Po ustąpieniu Wielkiego Bombardowania zaczęła powstawać atmosfera chroniąca Ziemię przed nadmiernym promieniowaniem słonecznym. Powstały też chmury i opady deszczu. Skutkowało to powierzchniowym schładzaniem się gorącej kuli i wytworzeniem się skalistych fragmentów skorupy Ziemi. Współcześnie ma ona grubość od 5-8 km w oceanach do 35-40 km na lądach (pod Himalajami nawet do 80 km).
W dzisiejszych płytach kontynentalnych stanowią one warstwę granitową z dużą zawartością krzemu i glinu (Si+Al) w postaci krzemianów i glinokrzemianów. Głównym składnikiem bazaltowych płyt oceanicznych są, natomiast, krzem i magnez (Si+Mg). W skałach granitowych Australii Zachodniej, Grenlandii i Kanady wykryto cyrkony – najstarsze krystaliczne minerały, których wiek określono na 3,8-4,3mld lat.
Pod skorupą Ziemi znajduje się górny (zewnętrzny) płaszcz ziemski, składający się z chromu, żelaza, krzemu i magnezu (Cr+Fe+Si+Mg). Sięga on na prawie 3 tys. km w głąb Ziemi. Pod nim jest, otaczający jądro Ziemi, dolny (wewnętrzny) płaszcz ziemski z dominacją niklu, żelaza i magnezu (Ni+Fe+Mg). Wszystkie te warstwy oddzielone są nieciągłościami. Wykryta ostatnio między skorupą Ziemi a jej płaszczem górnym tzw. warstwa miękka, ułatwia prawdopodobnie przemieszczanie się ziemskich płyt tektonicznych.
Udział poszczególnych pierwiastków w całości kuli ziemskiej jest bardzo zróżnicowany; dominuje żelazo; w dalszej kolejności należy wymienić tlen, krzem, magnez, nikiel, siarkę, wapń, glin i pozostałe. W skorupie Ziemi ilościowo są kolejno: tlen, krzem, glin, żelazo, wapń, sód, potas i magnez i inne.
W oparciu o dotychczasowe istotne zmiany geologiczne zachodzące na Ziemi, jej historię podzielono umownie na eony, ery, okresy i epoki. Pierwsze trzy eony, Hadeik, Archaik i Proterozoik, trwały około 4 mld lat (niemal 90% ziemskiego czasu), ale śladów geologicznych pozostawiły niewiele. Trwający przez pierwsze pół miliarda lat Hadeik pozostawił kryształy cyrkonu znalezione w Australii i Kanadzie oraz rudy żelaziste na Grenlandii. W tych drugich wykryto ślady organicznego węgla. Geolodzy zastanawiają się, czy może to wskazywać na początki biologicznego życia. Nie sądzę, bo Ziemia była w tym czasie ognistą kulą. Ale była nadzieja, bo ta kula powoli stygła; przynajmniej na powierzchni, i pojawiła się ciekła woda. Pod wszechobecnym oceanem nadal jednak była wrząca lawa i zaczęła się częsta erupcja wulkaniczna, a bazaltowe stożki wulkaniczne tworzyły rozproszone po oceanie wyspy
Dno oceaniczne cały czas było poddawane wstrząsom, pęknięciom i przemieszczaniu się jego fragmentów. Po blisko 2 mld lat pierwotne, dobrze utwardzone już granitowe części skorupy ziemskiej zaczęły się łączyć w krotony tworząc zręby istniejących obecnie kontynentów. Przyjmuje się, że istotne w tym procesie było uderzenie w Ziemię asteroidy lub meteoroidu przed 3,2 mld lat, które wywołało naruszenie struktury skorupy ziemskiej. Dowodem na takie zdarzenie są datowane na ten czas małe szkliste sferule, które powstają w wyniku stopienia się cząstek ciała niebieskiego z cząstkami ziemskiej skały na skutek bardzo wysokiej temperatury.
Długie głębokie pęknięcia (ryfty) skorupy ziemskiej (a szerzej, uwzględniając również płaszcz górny – litosfery) podzieliły ją na większe i mniejsze płyty tektoniczne unoszące się na górnym płaszczu Ziemi. Takie pęknięcia zachodziły również w późniejszym okresie na skutek powtarzających się wewnętrznych naprężeń pod płaszczem Ziemi.
Siły tektoniczne wynikające z procesów zachodzących wewnątrz Ziemi nadal powodują ciągłe (w geologicznej skali czasowej) przemieszczanie się płyt tektonicznych. Wyróżnia się kilka dużych płyt tektonicznych, kilka mniejszych oraz dużo oddzielnych małych oderwanych fragmentów. Współcześnie największe z nich tworzą fundamenty kontynentów – afrykańskiego, antarktycznego, australijskiego, euroazjatyckiego, południowoamerykańskiego, północnoamerykańskiego.
Na płytę euroazjatycką napierają dwie mniejsze płyty – arabska i indyjska. Ta druga wypiętrzyła (i nadal wypiętrza) Himalaje oraz leżące dalej na północ góry Ałtaj. Od milionów lat trwał również proces subdukcji płyty afrykańskiej pod część europejską. Obecnie obserwuje się proces odwrotny; w obszarze Morza Śródziemnego fragment europejski wsuwa się pod pękającą płytę afrykańską z prędkością kilku centymetrów rocznie. Jaki to będzie miało niezbyt odległy skutek w odniesieniu do wysp położonych na Morzu Śródziemnym oraz na kontynent afrykański? Można się spodziewać trzęsienia ziemi i erupcji wulkanicznych.
Do głównych płyt tektonicznych należy także wielka podwodna płyta pacyficzna. Jest to pozbawiona kontynentu największa skalista płyta Ziemi otoczona tzw. pacyficznym pierścieniem ognia, na który składają się wielkie trzęsienia ziemi i liczne erupcje wulkaniczne, zwłaszcza u wybrzeży Azji Wschodniej i obszaru wysp Azji Południowo-wschodniej. Mniej groźne zjawiska tektoniczne odczuwają zachodnie krańce płyt Północno- i Południowo-amerykańskiej.
W obszarach oceanicznych, gdzie skorupa Ziemi jest cieńsza, występuje oddalanie się płyt od siebie (spreading), co powoduje wypływ magmy i rozrastanie się dna połączone z wypiętrzaniem się grzbietów oceanicznych oraz nowych wysp, takich jak archipelag Galapagos na Pacyfiku czy Islandia na Atlantyku. Islandia powstała na tzw. Grzbiecie Środkowo-atlantyckim, utworzonym przez wypływ magmy spod pękniętej skorupy Ziemskiej około 20 mln lat temu. Siły tektoniczne, działające w głębi szczeliny ryftowej, wytworzyły na powierzchni Islandii głęboki rów tektoniczny, który powiększa się około 2,5 cm rocznie, odsuwając od siebie dwie płyty – północnoamerykańską i euroazjatycką.
Islandia zasługuje na szczególną uwagę, ponieważ jest miejscem o największym zagęszczeniu wulkanów na Ziemi. Występują tam częste erupcje około 130 czynnych wulkanów (na ogólną liczbę około 1,2 tys. na całej Ziemi). Towarzyszą im częste trzęsienia ziemi. Niektóre z wulkanów drzemią pod lodowcami, które ograniczają rozprzestrzenianie się gorącej lawy, ale po ich wybuchu występują lodowcowe powodzie. Wyspa rozrasta się, ponieważ znajduje się pod nią olbrzymia plama gorąca sięgającą 600 km w głąb Ziemi; co jakiś czas wytwarza ona pióropusz magmy. Występują wtedy jej szczelinowe wielokilometrowe wylewy.
Erupcja szczelinowa w roku 1783 wyrzuciła nie tylko magmę, ale również ogromne ilości dwutlenku siarki; jej ilość szacuje się na 100 mln ton. Nastały zimne lata; Morze Północne i Bałtyckie zamarzły. Nad Europą, a później również dalej na wschód i południe przemieszczała się czerwona mgła niosąc załamanie się rolnictwa na skutek braku słonecznego światła dla roślin uprawnych. Głód na półkuli północnej dotknął nawet Indie, gdzie zmarło około 1,5 mln ludzi.
Drugim obszarem zagrażającym potężnymi wylewami wulkanicznymi jest Indonezja. W roku 1815 supererupcja wulkanu Tambora na wyspie Sumbawa wysłała do atmosfery chmurę dymu i pyłów pozostawiając krater o średnicy około 7 km. Chmura na wiele miesiecy ograniczyła słoneczne światło i ciepło (rok 1816 był „rokiem bez lata”) w takim stopniu, że spadek temperatury na Ziemi spowodował kolejny olbrzymi spadek rolniczych plonów, głód, choroby, i w efekcie dużą śmiertelność ludzi.
W XIX wieku tektoniczne kataklizmy nadal nie oszczędzały Ziemi. Kolejna niezwykle groźna wielomiesięczna erupcja wulkanu na wyspie Krakatau, również w Indonezji, miała miejsce w roku 1883. Dziewięćdziesięciometrowa chmura pyłu i gazu odcięła słoneczne światło, a niosąca materiał skalny fala piroklastyczna wywołała wielkie niszczące tsunami. Fala sejsmiczna obiegła Ziemię 7 razy. Cała przyroda Krakatau została unicestwiona.
Mimo, że ta wulkaniczna wyspa nie była zamieszkana, w wyniku erupcji zginęło około 36 tys. ludzi, głownie w wyniku tsunami, które uderzyło na dużym obszarze w przybrzeżne miasta. Wulkan Krakatau nie śpi, a tylko drzemie wykazując co jakiś czas mniejsze erupcje. Wybuch w roku 1883 prawdopodobnie nie był największym na tej wyspie. Był powtórzeniem erupcji w miejscu wielkiej kaldery powstałej w wyniku zapadnięcia się pierwotnego wulkanu w roku 416 lub 535 n.e. (dane z różnych źródeł). Kataklizm spowodował wówczas rozdzielenie się dwóch wysp – Jawy i Sumatry.
Szacuje się, że na Ziemi drzemie co najmniej kilkanaście groźnych superwulkanów. Znajdują się one głównie w USA i Japonii, ale również Europa ma dwa z nich – jeden w Niemczech w okolicach Bonn, drugi we Włoszech w pobliżu Neapolu. Największe globalne zagrożenie stanowi jednak prawdopodobnie ogromna kaldera wulkaniczna Yellowstone o wymiarach 55×80 km. Jest to zapadlisko po powtarzających się erupcjach lawy przed 2,1 mln, 1,3 mln i 640 tys. lat. Zagrożenie stwarza olbrzymia tzw. plama gorąca (komora magmowa) znajdująca się pod nią na głębokości 5-10 km.
Musimy sobie zdawać sprawę, że erupcje wulkaniczne wpływają na losy Ziemi od miliardów lat. Są to procesy globalne, od ruchu płyt kontynentalnych poczynając, przez zmiany składu atmosfery i drastyczne zmiany klimatu, po życie organizmów zamieszkujących lądy i oceany. Dowody tego możemy dobrze prześledzić w utworach skalnych ostatniego miliarda lat.
Wypływająca lawa nie tylko formuje powierzchnię skorupy ziemskiej, ale także zasila powierzchnię Ziemi w życiodajne składniki gleby; ich źródłem jest również opadający na nią popiół. Emisja dwutlenku węgla skutkuje efektem cieplarnianym. Masywna emisja dwutlenku siarki wywołuje natomiast efekt przeciwny. Gaz ten, po przedostaniu się przez troposferę do stratosfery, ponad 11 km od powierzchni Ziemi, tworzy aerozol rozpraszający i odbijający promienie słoneczne, skutkując kilkuletnim ochłodzeniem.
Kolejne zagrożenia dla Ziemi i życia biologicznego na niej wynikają z napierających na siebie płyt tektonicznych w procesie subdukcji. Towarzyszą temu procesy sejsmiczne, w tym groźne trzęsienia ziemi oraz przemieszczania się olbrzymich warstw skorupy ziemskiej. W odległej przeszłości doprowadziło to do wypiętrzania się pasm górskich na lądach. Największy jest łańcuch górski Andów o szerokości na 200-800 km ciągnący się przez 9000 km wzdłuż zachodniego wybrzeża całej Ameryki Południowej.
Płyta pacyficzna napierając na płytę południowoamerykańską (proces trwa nadal) wypiętrzyła górskie szczyty na ponad 6000 m oraz najwyższe na Ziemi wulkany na wysokość ponad 5000 m. Andy zbudowane są z pierwotnych skał magmowych i wtórnych osadowych oraz ze skał metamorficznych, które powstały z przekształcenia dwóch pierwszych typów pod wpływem wysokiej temperatury wydobywającej się z wnętrza Ziemi magmy lub wysokiego ciśnienia podczas przemieszczania się warstw skalnych.
Na marginesie, nieco informacji o niezwykle ważnym pierwiastku – licie:
W Andach (Chile) znajdują się największe ziemskie zasoby soli litu. Jego duże zasoby występują również w Chinach i w Australii. Spore zasoby litu mają też Stany Zjednoczone. Ten najlżejszy pierwiastek metaliczny, o liczbie atomowej 3 (liczba protonów w jądrze), powstawał w wyniku fuzji jądrowej z helu i protonu wodoru od początku istnienia Wszechświata jako trzeci po wodorze i helu. Jest wytwarzany nadal w procesach termojądrowych zachodzących we Wszechświecie.
Lit jest bardzo dobrym przewodnikiem i ma różne zastosowania, ale jego największe znaczenie ma zastosowanie w przemyśle akumulatorowym do produkcji ładowalnych akumulatorów litowo-jonowych instalowanych w telefonach komórkowych, laptopach czy samochodów elektrycznych. Lit pozyskiwany jest z podziemnych solanek, stawów solankowych lub płytkich solnisk z dużymi pokładami soli (największym jest Sopoplar de Uyuni w Boliwii). W Australii lit wydobywany jest w dużych ilościach z pegmatytów – magmowych skał granitowych.
Uskoki tektoniczne miedzy płytami generują bardzo niebezpieczne rozległe trzęsienia Ziem oraz erupcje wulkaniczne, czego doświadczają bardzo często strefy przybrzeżne Azji i obu Ameryk oraz wyspy (m.in. Tonga i Japonia) leżące na Oceanie Spokojnym w tzw. pacyficznym pierścieniu ognia. Występuje tam najwięcej trzęsień Ziemi i znajduje się około 90% czynnych ziemskich wulkanów.
Szczególnie newralgiczne obszary narażone na wielkie trzęsienia Ziemi znajdują się na styku trzech lub nawet czterech płyt, jak to ma miejsce na obszarze Turcji, Syrii i Libanu. Tam stykają się dwie mniejsze płyty – płyta arabska i anatolijska, które mocno na siebie oddziałują oraz dwie bardziej stabilne ogromne płyty – afrykańska i euroazjatycka. Ostatnie (w lutym 2023 r.) wyjątkowo tragiczne w skutkach trzęsienie Ziemi na obszarze Turcji i Syrii było spowodowane napieraniem płyty arabskiej na anatolijską, która wobec stabilności dużych płyt sąsiednich, jest wypychana w kierunku Morza Śródziemnego.
Stabilność dużych płyt w geologicznej skali czasowej też nie jest jednak wieczna. Dopóki jądro Ziemi generuje olbrzymią energię, płyty tektoniczne nie mają stałego położenia (w skali czasu geologicznego). Płyta afrykańska napiera na euroazjatycką, co w odległej przeszłości spowodowało wypiętrzanie się w Europie górskich pasma Alp, Pirenejów i Karpat. Zaczęło się to na skutek przemieszczania się płyt tektonicznych po rozpadzie superkontynentu Pangei w erze mezozoicznej, i trwa nadal.
Czy i kiedy zniknie Morze Śródziemne? A kiedy powstało? Przed około 5 mln lat wody Atlantyku przerwały zaporę gibraltarską. zalewając rozległy basen powstały podczas wypiętrzania się południowo-zachodniej części płyty euroazjatyckiej pod naporem płyty afrykańskiej.
Napór płyty afrykańskiej na Europę oraz wcześniejsze oddzielenie się płyty indyjskiej i pojawienie się Madagaskaru nie kończą jednak tektonicznych zjawisk na tym obszarze. Płyta afrykańska „na naszych oczach” pęka na dwie części wzdłuż Wielkich Rowów Afrykańskich. W Kenii i Etiopii pęknięcia są już widoczne na powierzchni Ziemi.
Spotykam informacje, że Afryka pęka na dwie połowy, a to nie jest prawdą, bo pęka (nie wiem czy na dwie połowy, ale jakoś tak blisko) wielka płyta afrykańska. Większość wschodniej części tej płyty leży jednak pod Oceanem Indyjskim. Za kilka milionów lat lub wcześnie, podczas ostatecznego rozpęknięcia się płyty może oderwać się tylko wąski kawałek lądu wschodniej Afryki. Wąski, ale długi, od Somali na północy po Mozambik lub nawet RPA na południu.
Dzisiaj kontynent afrykański jeszcze dzielnie się trzyma, ale powstawanie tak długiego uskoku tektonicznego stwarza olbrzymie zagrożenia sejsmiczne – trzęsienia ziemi i wypływ lawy znacznie wcześniej niż ostateczne rozerwanie się płyty afrykańskiej. Na skutek powtarzających się ponad 400 niewielkich trzęsień ziemi, na terenie Etiopii w roku 2005 powstała szczelina, która po 20 latach na odcinku prawie 60 km osiągnęła głębokość do 15 m i rozwarcie krawędzi do 20 m. Jest to najbardziej obecnie widoczny dowód dynamizmu płyt tektonicznych i kontynentów. To się dzieje na naszych oczach.
Długie uskoki w porozrywanej masie skalnej skorupy ziemskiej sprzyjają przemieszczaniu się sąsiadujących brzegów płyt skalnych wzdłuż linii uskoku. Do najgroźniejszych należy uskok San Andreas o długości 1200 km biegnący po wybrzeżu kalifornijskim między płytą pacyficzną a północnoamerykańską, sięgający do głębokości 15 km. Płyta pacyficzna przesuwa się zwykle łagodnie (można powiedzieć, że ślizga się) w kierunku północnym, a północnoamerykańska w kierunku południowym z prędkością 3-5 cm rocznie.
Fragmenty uskoku San Andreas co jakiś czas zaczynają się jednak zaczepić o siebie prowadząc do powstawania dużych naprężeń. Po przekroczeniu granicznego naprężenia następuje wielki „zgrzyt”, a po uwolnieniu się zaczepionych fragmentów następuje tragiczne w skutkach trzęsienia Ziemi na południowym Zachodzie USA; powtarza się to co sto kilkadziesiąt lat.
Pęknięcia i lokalne rozerwania prowadzące do wypływu gorącej magmy mogą występować także w obrębie płyt. Na skutek pęknięć płyty mogą też powstawać lokalne powierzchniowe depresje – nieckowate zagłębienia lub długie rowy tektoniczne. Do największych tektonicznych niecek należą morza – Aralskie i Kaspijskie na obszarze euroazjatyckiej płyty tektonicznej. Najciekawszym przykładem pęknięcia w obrębie tej wielkiej płyty jest jezioro Bajkał. Długie i głębokie pęknięcie powstało na Syberii przed około 50 mln lat. Dzisiaj gromadzi ono najwięcej wody słodkiej na Ziemi.
Słynne z „potwora” Nessi jezioro rynnowe Loch Ness, mimo prostoliniowego kształtu, nie jest takim przypadkiem pęknięcia płyty kontynentalnej. Jego słodka woda gromadziła się w rynnie polodowcowej zamkniętej na końcu rumoszem skalnym spychanym przez lodowiec pod koniec ostatniej epoki lodowej około 10 tys. lat temu.
W pobliżu Loch Ness występują dowody subdukcji dwóch płyt tektonicznych, północnoamerykańskiej i euroazjatyckiej. Znaleziono tam jedne z najstarszych znanych skał, liczących około 2,5 mld lat. Podczas zwarcia się nachodzących na siebie dwóch płyt tektonicznych skały skorupy ziemskiej zagłębiły się do płaszcza Ziemi, gdzie zagotowały się, po czym zostały wypchnięte z powrotem na powierzchnię. Obserwować tam można wynik powstania uskoku odwróconego, gdzie najstarsze skały bazaltowe znajdują się nad skałami młodszymi. Niezbity dowód wielkiego poziomego parcia jednej płyty na drugą.Szkocja jest wyjątkowym miejscem, gdzie leżą aż cztery uskoki, ale najciekawsze jest to, że Szkocja jest fragmentem pradawnej płyty północnoamerykańskiej, „przyklejonym” do dzisiejszej Anglii, leżącej na fragmencie płyty euroazjatyckiej.
Obecnie dwie wymienione tu płyty stykają się daleko na zachód, na środku Atlantyku; m.in. na wulkanicznie zrodzonej Islandii, która jest teraz rozdzierana na dwie części przez erupcje lawy i trzęsienia ziemi w pasie szerokiego wulkanicznego grzbietu śródatlantyckiego (było o nim wyżej), który ciągnie się od Islandii aż po Ocean Antarktyczny. W jego środku biegnie głęboka rynna ryftowa, w której zachodzą wylewy magmy odpychającej dwie płyty amerykańskie po jej wschodniej stronie od dwóch płyt – euroazjatyckiej i afrykańskiej znajdujących się po stronie zachodniej. Początek dryfu wymienionych tu płyt tektonicznych określa się na czas rozrywania się superkontynentu Pangei w okres triasu, miedzy 252 a 201 mln lat temu.
Tektonika ziemskich płyt, aktywność wulkaniczna (zwłaszcza wzdłuż pęknięć skorupy ziemskiej) i występowanie kominów hydrotermalnych w głębinach oceanicznych oraz otaczająca Ziemię atmosfera stanowią naturalny układ decydujący o klimacie Ziemi i w pewnym sensie stabilizujący go w niezbyt długich (w skali geologicznej) przedziałach czasu.
Zamiast posumowania
Ziemia przeżywała wielkie kataklizmy, a jednak biologiczne życie na niej rozkwitło, wielokrotnie było niszczone i odradzało się coraz obficiej w nowych formach. Nie wiemy, czy istnieje życie w innych częściach Wszechświata. Chociaż wydaje się to wielce prawdopodobne, należy jednak uznać, że Ziemia jest pod tym względem planetą niezwykle szczęśliwą. Znajduje się w najlepszym miejscu układu słonecznego i wyróżnia się korzystną dla życia średnią temperaturą na powierzchni +15oC.
Nie można tego powiedzieć o Marsie, który ma obecnie śladową atmosferę. Średnia temperatura latem wynosi tam -50 (najwyższa zaledwie +20oC), a zimą poniżej -120oC. A wizjonerom marzy się kolonizacja Marsa. Dalej jest również bardzo zimno – na Jowiszu średnia temperatura wynosi około -120oC (podczas gdy w zagęszczonym przez grawitację jądrze ponad 20 tys. oC), na Saturnie około -140oC, na Uranie i Neptunie i około -200oC. Wartości dla olbrzymów gazowych i lodowo-gazowych, pozbawionych zestalonej powierzchni, mają charakter umowny, zostały bowiem oszacowane dla warstw gazowych o ciśnieniu 1 bara, odpowiadającemu ciśnieniu ziemskiemu na poziomie morza.
Wniosek: pozostańmy na Ziemi
Inne planety na marginesie historii ziemi
Najbliższy Słońca Merkury ma stosunkowo gładką powierzchnię, a jego skorupa pozbawiona jest pęknięć. W początkowym okresie istnienia występowała na nim aktywność wulkaniczna, ale dominują tam kratery uderzeniowe mniejszych ciał niebieskich.
Między Merkurym a Ziemią orbituje Wenus – najbardziej wulkaniczna planeta układu słonecznego. Jej skorupa nie ma podziału na płyty tektoniczne, ale jest na tyle cienka, że wylewy lawy wulkanicznej na jej powierzchnię mogą występować w dowolnym miejscu.
Po orbicie dalszej niż ziemska krąży mały Mars, którego gruba do 120 km skorupa również nie ma pęknięć na płyty tektoniczne. Aktywność wulkaniczna była zróżnicowana – niewielka na północy i duża na południu. Mars wyróżnia się największymi stożkami wulkanicznymi. Stożek wulkaniczny góry Olimp o średnicy 550 km, jest wypiętrzony na 27 km. Mars jest centralnym punktem zainteresowania w badaniach najbliższego kosmosu, od poszukiwań śladów dawnego życia, przez eksploatację jego zasobów, po możliwość stworzenia tam warunków do zamieszkania przez ludzi.
Na Marsie jednak wszystko temu nie sprzyja: temperatura od -140oC do chwilowo +20oC, Woda jedynie na biegunach w postaci zamrożonej, atmosfera o ciśnieniu stukrotnie mniejszym niż na Ziemi zawiera ponad 95% CO2, globalne burze piaskowe, brak pola magnetycznego chroniącego przed promieniowaniem kosmicznym. Dlaczego Mars tak bardzo różni się od Ziemi? Powstawał wprawdzie kilkadziesiąt milionów lat wcześniej od naszej planety, ale podobnie jak Ziemia, na początku był ognistą kulą. Podobnie ja Ziemia stopniowo schładzał się i wytworzył grubą skalistą skorupę.
Znaleziono dowody, że przez jakiś czas na jego powierzchni była ciekła woda i płynęły nawet rzeki. Klimat mógł być podobny do ziemskiego. Jak długo? Orbitując dalej od Słońca niż Ziemia ostatecznie powierzchnia Marsa całkowicie zamarzła. Astrobiolodzy jednak nadal zadają sobie pytanie, czy w odległej przeszłości na Marsie mogło być biologiczne życie? Materiał skalny zbadany przez marsjański łazik Curiosity dostarczył dowody na zawartość w nim organicznych związków węgla. To nie wystarczy jako dowód na życie, a jedynie udowadnia, że na Marsie istniały kiedyś warunki umożliwiające powstawanie cząsteczek chemicznych mogących być budulcem do powstania żywych komórek.
Dalej, za pasem krążących planetoid i drobniejszego skalistego gruzu pozostałego po uformowaniu się układu słonecznego, orbitują największe planety zewnętrzne – Jowisz i Saturn, określane jako olbrzymy gazowe. Jeszcze dalej od Słońca orbitują dwie mniejsze (ale znacznie większe od Ziemi) planety – Uran i Neptun, określane jako olbrzymy gazowo-lodowe. Nie mają zestalonej powiększonej skorupy i charakteryzują się małą gęstością, mają jednak stosunkowo niewielkie skaliste lub skalisto-lodowe jądro zawierające żelazo, nikiel, krzem i tlen. Otoczone Jest ono kolejnymi warstwami metalicznego wodoru, ciekłego wodoru i helu oraz fazy gazowej tych pierwiastków z domieszką amoniaku i metanu.
Jowisz to gazowy gigant wyróżniający się wielką ilością księżyców. Na uwagę zasługuje jeden z nich – Io. Jego wewnętrzny ocean magmy jest źródłem najczęstszych w układzie słonecznym wylewów wulkanicznych. Nieco mniejszy od Jowisza, kolejny gazowy olbrzym Saturn, otoczony szerokimi pierścieniami lodowych i skalistych odłamków oraz pyłu kosmicznego, ma kilkaset księżycowych satelitów (włączając tu także te najmniejsze). Największym jest Tytan, wyróżniający się nie tylko wielkością, ale również powierzchniowymi jeziorami ciekłego metanu. Na ostatniej orbicie poza pierścieniami krąży Enceladus. Wyróżnia się największymi w układzie słonecznym pióropuszami erupcji wulkanicznych, zawierającymi wodę i lód, wyrzucanymi spod lodowej skorupy. Sprzyjają temu cienka skorupa zewnętrzna porysowana pęknięciami tektonicznymi.
W najbliższej przestrzeni kosmicznej, poza strefą zajmowaną przez wirujące i orbitujące planety oraz towarzyszące in mniejsze ciała niebieskie, istnieją jeszcze dwie strefy krążącego wokół Słońca gruzu skalnego. Te „kosmiczne śmieci”, pozostałe po uformowaniu się układu słonecznego zajmują dwie przestrzenie – duży i stosunkowo płaski obszar poza orbitą Neptuna określany jako Pas Kuipera oraz jeszcze odleglejszy, na pograniczu układu słonecznego sferyczny Obłok Oorta. Oba pozostają w przestrzeni grawitacyjnej naszej gwiazdy.
Interesujący jest układ temperatur na planetach układu słonecznego. Na pozbawionej atmosfery powierzchni Merkurego średnia temperatura wynosi 350°C, ale nocą na powierzchni pozbawionej słonecznego promieniowania spada do -200°C. Mimo że Wenus jest dużo dalej od Słońca, jest to planeta najgorętsza w układzie słonecznym. Przez całą dobę na całej powierzchni temperatura osiąga nawet do +500 oC. Pytanie, co generuje tyle ciepła, jeżeli w atmosferze Wenus są ogromne chmury dwutlenku siarki i kwasu siarkowego, które odbijają promieniowanie słoneczne. Do powierzchni planety dociera zaledwie jego 1%. Utrzymująca się niezwykle wysoka temperatura jest wynikiem efektu cieplarnianego spowodowanego wcześniejszą wulkaniczną emisją dwutlenku węgla, który nadal występuje (ponad 90%) w bardzo gęstej atmosferze Wenus.