Тақырып 3: Тірінің мәні және тіршіліктің пайда болуының мәселесі

Қарастырылатын сұрақтар:

1.Жер планетасының пайда болу эволюциясы және ерекешеліктері.

2. Жер бетінде тіршілік пайда болуы туралы жолдары

3.Өмірге деген тіршіліктің бір мезгілде (гендер) өздігінен көшіру және эволюцияға (көбею қабілетгілігі бар мутацияларға) қабілеттілігі туралы көзқарас.

4.Тірі заттың спецификалық ерекшеліктері және қасиеттері.

1.Жер планетасының пайда болу эволюциясы және ерекешеліктері.

Жерді Күн жүйесінің планетасы және аспан денесі ретінде қарастырсақ, ол диск тәрізді айналып тұрған газды - шаңды бұлттан 4,7 млрд жыл бұрын пайда болған. Қазіргі кезде осы бұлттың температурасына деген көзқарас бойынша зерттеушілердің бірнеше тобын көрсетуге болады. Олардың бір тобының ойы бойынша (В. Гольдшмидт, Г. Джеффрис, В.Г.Фесенков және т.б.) протопланеталық бұлт ыстық болған десе, ал зерттеушілердің екінші тобы (В.И.Вернадский, О.Ю.Шмидт, Р.Руби, А.П.Виноградов және т.б.) бұл бұлт суық болған деп есептейді.

Планеталардың газ – шаңды бұлттан пайда болуы

Жер Күнді 30 шақ/сек жылдамдықпен айналады. Протопланеталық газ-шаңды бұлттарда да заттардың осы айналу жылдамдығы сақталған. Центрге тартқыш күштердің әсерінен, бұлттағы қатты бөлшектер бір - бірімен соқтығысып, бір – біріне жабысып, қар түйіршіктері секілді жинақталып ірі ірі денелер түзген. Планетамыздың массасының “жинақталып” түзілу үрдісі басында аса үлкен жылдамдықпен жүреді. Сағат сайын Жерге орта есеппен алғанда 10-15 млрд тонна метеорит заттары түсіп отырды. Жер орбитасынан шаңның көтерілуі жер массасының өсуін бәсеңдетті. Көрсетілген үрдіс әлі күнге дейін өте баяу болса да орын алуда.

Қазіргі кезде Жер массасының космостық шаң мен метеориттердің есебінен “өсуі” жылына 100 млн тоннаға жуық болып отыр.Жердің суық заттарының аз уақытта жинақталып, сығылуы және химиялық элементтердің радиактивті ыдырап кетуі бастапқы геосфераның еруіне әкеліп соқты. “Аймақтық еру” деген атқа ие болған бұл үрдістің нәтижесінде геосфераның орталығына ауыр элементтер шоғырланып, олар диаметрі 7000 км болатын ауыр ядроны түзді. Ядродағы температура мен қысымның жоғарылығы соншалық, ондағы кез келген зат металлдық күйге айналады.

Жердің ішкі құрылысы

Атомдардың электрон қабаттары бұзылған кезде, экваторға параллель электрондардың алып сақиналары пайда болады. Электрондардың бұл шар тәрізді сақиналары ось бойымен айналуға перпендикулярлы болатын тұрақты магниттік өріс тудырады. Сол себепті Жер дегеніміз аса ірі магнитті диполь, яғни – екі полюсті магнит. Бұл магниттік өріс Жердегі органикалық тіршілікті жойып жібере алатын космостық сәулелерді зарядталған бөлшектерінің ағынынан қорғайды. Бірақ Күн белсенділігінің күшеюі кезінде зарядталған бөлшектер ағыны осы магнит өрісі арқылы кейде өтіп те кетеді, бұл кезде Жерде магнитті дауылдар көтеріліп, радиобайланыс бұзылып, полярлық жарқылдар пайда болады.

Жер затының тығыздығы бойынша бөлінуі бұл аса күрделі үрдіс және ол қазіргі кезде де орын алып отыр. Бұл үрдіс ядро мен жер мантиясының шекарасында, яғни 3 мың шақырым тереңдікте жүріп жатуы мүмкін деген жорамал бар. Бұл жерде радиактивті ыдырау реакцияларының нәтижесінде бөлініп шыққан энергия әсерінен төменгі мантияның қатты заттары ядроға қарай батып қосылады, ал жеңіл заттары мантияның жоғарғы қабаттарына көтеріледі. Мантияның өзінің заты өте тығыз, жабысқақ, басым көпшілігінде метал емес, тастан құралған, себебі көбінесе силикатты материалдардан түзілген.

Осының негізінде Жер темір-никельді ядро мен мантиядан тұрады деуге әбден болады. Жылуды нашар өткізетін силикаттардың қалың қабаты Жердің қызып тұрған ішкі бөлігінен бөлінетін жылудың, қазіргі кездегідей, сыртқа шығуына кедергі келтіреді. Мантияның жоғары бөлігінде қысым аз болғандықтан, сол бөлікте тау жыныстары көбірек балқиды. Бұл жерде балқу температурасы төмен жыныстар ғана балқиды, яғни балқу үрдісі жаппай емес аралық. Балқу нәтижесінде астеносфера деп аталатын мантияның ең жоғарғы қабаты түзіледі.

Заттар астеносферада(латынша - әлсіз сфера) балқыған күйде болғандықтан ағуға деген икемділігі өте жоғары болады. Жер қабығында сызат пайда болған сәттен астеносфераның заттары магма түрінде сыртқа шыға бастайды. Мантияның осы бөлігінде вулкандардың тамырлары орналасқан. Сондай - ақ осы жерде заттардың өзгеруі жүреді. Бұл қабатта энергияның бөлінуі мен жинақталуы арқасында вулкандар мен жер сілкінісін, жер қыртысының бөліктерінің тұрақтылығы мен қозғалмалылығын туғызатын үрдістер орын алады.

Магма жыныстардың кейбір ғана минералдарынан түзілетіндіктен, ол құрамы жөнінен де бастапқы жыныстардан бөлек болады. Оның құрамы базальт қабатына ұқсас, ал салмағы мантияның тереңірек жатқан қабаттарынан елеулі түрде аз болады.

Жеңіл базальтты магманың бөліктері Жердің бетіне шығып, суып нәтижесінде қатып қалған. Ауыр силикаттардың мантияның терең қабаттарына төмендеп және Жердің бетіне базальтты магмалар неғұрлым көбірек шыққан сайын, Жерді тұтас жауып тұрған базальтті қыртыс пайда болған.

Сонымен, базальтты қыртыс, мантия және ядроның таңдамалы (аумақтық) балқуы үрдісінің нәтижесі екендігі бізге белгілі болды. Бұл таңдамалы балқу үрдісі, бастапқы магманың дифференциациялану және жер қабығын құрайтын тау жыныстарының түзілу процестерінің ұзақ тізіміндегі алғашқы үрдіс болуы да мүмкін. Химиялық үгілуекінші үрдіс болып есептеледі.

Жердің беті немесе жер қыртысы, яғни литосфераның қалыңдығы континенттерде 40-60 шақырым және мұхиттардың түбінде 7-10 шақырымға дейін жетеді. Ол геосфераның беті суып, құрамында су және еріген газдары бар базальтты магманың Жердің бетіне шығуы нәтижесінде пайда болған, сонымен қатар бұл үрдіс базальтты литосфераның түзілуіне де себеп болған. Базальтты литосфераның түзілуі вулкандардың белсенділігінің күрт артып, жер қойнауынан азот, көмірқышқыл газы, сутегі және су буларының шығуына себеп болды.

Осылай, біздің ойымызша, Жердің атмосферасы мен гидросферасы пайда болған, бастапқы кезде олардың барлығының да қайнар көзі вулкандар болған. Атмосфера мен гидросфера метан, су булары, аммиак, сутегі, азот және көміртегі тотықтарының біршама бөліктерінен түзілді. Осындай элементтер мен заттар біздің заманымыздағы вулкандар шығаратын газдардың құрамында да бар. Бос оттегі болған жоқ. Оттегі түгелдей дерлік химиялық қосылыстардың құрамында болған.

Жер тарихының бастапқы кезеңінде атмосфера мен гидросфера аса жоғары температураның әсерінен, қосарланған күйде, яғни атмогидросфераны құрады, қазіргі кездегідей бөлінген жоқ. Осыдан кейін орын алған геохимиялық, геологиялық үрдістерге және температураның төмендеуі әсерінен таяз Әлемдік мұхит пайда болып, бірте-бірте оның көлемі ұлғайып қазіргі кездегі көлеміне жетті.

Су буы конденсацияланып, жаңбыр болып жауып отырды, нәтижесінде ол базальтты жыныстарды шайып, тұздарын ерітіп, жыныстардың бөлшектерін үгітіп, оларды төмен аймақтарға шығарып көлдерді түзді. Бұл көлдер көбейіп, бір-біріне қосылып, бастапқы мұхитты құрды.

Әлсіз гравитациялық күштер мен жоғары температураның әсері, планета пайда болған кездегі ұшқыш заттардың көпшілігінің планета аралық кеңістікке шашырап кетуіне себеп болды. Бұл кезде ұшпайтын минералдар – силикаттардың құрамындағы оттегінің мөлшері салыстырмалы түрде жоғарылады. Азоттың басым бөлігі ұшып кетті, себебі нитридтер тұрақсыз және оңай ұшып кетуге бейім. Сол себепті қазіргі кезде планетамыздағы көміртегінің мөлшері 0,034 %.

Жалпы қарағанда Жер сыртқы қабығы жоқ ортасынан бөлінген жұмыртқа секілді: бұнда жердегі жер қабығы - жұқа қабықша болса, мантия дегеніміз - сұйық ақуыз, ал ядро - жұмыртқаның сарысы.

Осылайша алғашқы геосфераның алдымен қатты қызып, кейіннен суып кетуі Жердің материясының әртүрлі агрегаттық күйлеріне: қатты қызған ауыр металлдық ядро, балқыған жабысқақ мантия, қатты литосфера, сұйық гидросфера және газды атмосфераға дифференциациялануына әкеліп соқты.

Жер эволюциясындағы негізгі үрдісі заттардың әртүрлі салмақтарына байланысты гравитациялық дифференциациялануының нәтижесіндегі салмағы ауыр заттардың төмен, Жердің орталығына түсіп, ал салмақтары жеңілдеулері жоғары көтерілуі. Осының нәтижесінде Жер қабаттарға – неғұрлым терең қабаттардың массасы ауыр заттардан құралатындай бөлінді.

Қазіргі кезде Жердің қабаттары жоғарыдан тереңге қарастырсақ төмендегідей:

1) атмосфера (5.3 х10²¹ г ауа – Жердің массасының 1/0000001);

2) гидросфера (1.46 х10²⁴ г су - Жердің массасының 1/4000);

3) жер қабығы (4.7 х10²⁵ г, орташа қалыңдығы 33 км - Жердің массасының 0.8 %);

4) мантия (Жердің көлемінің 83% және массасының 65%);

5) ядро (Жердің массасының 34%).

Жердің қозғалмалы қабаттары - атмосфера мен гидросфераның түзілуі оның қатты қабатын құрайтын тау жыныстарының бұзылу үрдістеріне әкеліп соқты. Мысалға, атмосферасы мен гидросферасы жоқ Ай мен Меркурийдің бетінде тау жыныстары осындай деңгейде бұзылмайды, сондай – ақ аталған планеталарда аспан денелерінің құлауынан қалған кратерлер көп уақытқа дейін сақталады.

Біздің планетамыздың формасы онда материктер мен мұхиттар орналасқандықтан аса күрделі. Оның күрделілігі соншалық, жердің бір нақты геометриялық фигурамен теңестіру мүмкін де емес. Сондықтан Жердің бетін сипаттап, оның моделін жасау үшін “геоид” деген түсінік енгізілген. Бұл ойдан шығарылып отырған түсінік, яғни бейнелі түрдегі дүниежүзілік мұхит суларының кезкелген нүктесінен алғанда Жер «орталығына» перпендикуляр шама. Осындай геоидтің бетінен Жердің центрі 6370 км тереңдікте орналасқан.

Соңғы жылдардағы Жердің бетін жасанды серіктер арқылы зерттеудің нәтижесінде оның жүрекке ұқсас екендігі анықталды. Осыған сәйкес Жерді – кардиоид деп атау ұсынылды. Оңтүстік полюсте планета сыртқа қарай шығыңқы болса, солтүстік полюсте ішке қарай сығылған. Жердің осындай нысанының себебі ғылымда әлі күнге дейін қанағаттандырарлық түсіндірме тапқан жоқ.

Жер планетасы бұдан 4,7 млрд жыл бұрын қалыптасып, оның эволюциясының алғашқы кезеңі атмосфера, гидросфера, литосфераның абиогенді физико-химиялық қалыптасуы мен олардың арасындағы қатынастардың қарқындауы арқылы болды. Вулкандар әсерінен жүретін геологиялық және геохимиялық үрідстер нәтижесінде азот пен көміртегі оксидтері бөлініп шығып, сутегі, метан, аммиак және су буларынан тұратын атмосфераны қалыптастырды.

Биота 4,7 млрд жыл бұрын қалыптаса бастады және Жердің географиялық қабықшасының эволюциясында үлкен роль атқарды. Биота қоршаған ортаға бейімделіп қана қоймай, сонымен бірге орта жағдайларын өзіне қолайлы бағытта өзгертті де. Жер эволюциясының алғашқы 4 млрд жылында биота литосфера, гидросфера мен атмосфераға айтарлықтай өзгеріс енгізетін фактор бола қойған жоқ. Жер эволюциясының екінші кезеңі прокариоттардың — бір клеткалы ядросыз организмдердің, 3,3 млрд жыл бұрын қарапайым көкжасыл балдырлардың пайда болуымен сипатталады. Алайда, биотикалық фактор әлі де Жердің құрылымдық-структуралық белсенді компоненті болған жоқ еді.

Үшінші кезең 1,9-2,0 млрд жыл бұрын, эукариоттар – бір клетаклы ядролы организмдер пайда болған кезден басталады. Нәтижесінде 1,2-1,0 млрд жыл бұрын мұхитта қарапайым көп клетаклы өсімдіктер мен жануарлар пайда бола бастады. Төртінші кезеңде биотаның қарқындап дамуы Жердің географиялық қабықшасы эволюциясының аса маңызды факторларының біріне айналды. Бұл соңғы 600 млн жылда өтті. Осы кезеңде биота фотосинтез арқылы Жердің көмірқышқыл газды атмосферасын азотты-оттекті атмосфеарға айналдырып, атмосфераға миллиондаған тонна молекулалық оттегі бөліп, озон қабатын қалыптастырып, омыртқалы жануарлардың құрылыққа шығуына алғы шарттар жасады. Органикалық әлемнің эволюциясының осы кезеңінде атмосфера фотосинтездің негізгі компоненті – көмірқышқыл газына байытылып, ал оттегі мөлшері біршама азайды. Палеозойдың көп бөлігінің барысында СО₂атмосферадағы концентрациясы 0,1-0,4% болды. СО₂ бұндай концентрациясында авторофты өсімдіктердің көпшілігінің өнімділігі ең жоғарғы шегіне жетіп, түзілген орасан зор биомасса түрлі өзгерістерге ұшырап, нәтижесінде жанғыш органикалық пайдалы қазбалардың мол қоры түзілді. Бұнымен қатар автотрофты өсімдіктердің массасы, онымен бірге Жер бетіндегі тірі организмдердің массасы азайды. Бесінші кезең — Жерге бұдан 65 млн жыл бұрын диаметрі 9 км алып аспан денесінің құлауы және экологиялық жағдайдың кенет өзгеруі нәтижесінде жануарлардың көпшілігі, оның ішінде динозаврлар да қырылып, бұл сүт қоректілердің дамуына себеп болды.

4,5-5 млн жыл бұрын адам тәрізді маймылдардан гоминидтер тұқымдастығының ажырауы бесінші кезеңнің соңы болды. Адамның алғашқы қауымдық ата-тегі табиғи құралдарды қолдан жасауды үйренді. Олар австралопитектерге жақын, 2,5 млн жыл бұрынғы ертедегі гоминидтер (Homo habіlіs — қабілетті адам) тас дәуір –олдувай дәуірінің бізге белгілі мәдениетін жасаушылар болды. Алғашқы палеолитте (шамамен 900-300 мың жыл бұрын) австралопитек- гоминидтер біршама жетілген құралдар жасай бастап, архантроптардың (Homo erectus – тік жүретін адм) ертедегі ашелл және шелл мәдениетін сақтаушылардың қалыптасуына жағдай жасады.

Бесінші кезеңде 40-100 мың жыл бұрын антропогенез процесі қазіргі заманғы адамның (Homo sapіens – саналы адам) физикалық типінің қалыптасуымен аяқталды, ал бұдан соң 12-7 мың жыл бұрын алғашқы қауымдық қауымлық құрылым аяқталып, құл иеленушілік қоғам қалыптасып, Жер дамуының антропогендік кезеңі басталды: орман ағаштары кесіліп, өртеліп, мал және егін шаруашылығы дами бастады.