Bildandet av Planet Earth

Planetens jordbildning och utveckling är en vetenskaplig detektivhistoria som har tagit astronomer och planetforskare en hel del forskning att ta reda på. Att förstå vår världs bildningsprocess ger inte bara ny inblick i dess struktur och bildning, utan öppnar också nya fönster med insikt om skapandet av planeter runt andra stjärnor.

Jorden fanns inte i början av universum. I själva verket var mycket lite av det vi ser i kosmos idag när universum bildades för cirka 13,8 miljarder år sedan. Men för att komma till Jorden är det viktigt att börja i början, när universum var ung.

Det hela började med bara två element: väte och helium och ett litet spår av litium. De första stjärnorna bildades av väte som fanns. När processen inleddes föddes generationer av stjärnor i gasmoln. När de åldrades skapade dessa stjärnor tyngre element i sina kärnor, element som syre, kisel, järn och andra. När de första generationerna av stjärnor dog, spridde de dessa element till rymden, vilket såg ut nästa generation av stjärnor. Runt några av dessa stjärnor bildade de tyngre elementen planeter.

För cirka fem miljarder år sedan, på en helt vanlig plats i galaxen, hände något. Det kan ha varit en supernovaexplosion som pressade mycket av dess tunga elementvrak in i ett närliggande moln av vätgas och interstellärt damm. Eller, det kunde ha varit handlingen av en förbipasserande stjärna som rör upp molnet till en virvlande blandning. Oavsett vilken kick-start det var, drev det molnet till handling som så småningom resulterade i solsystemets födelse. Blandningen blev varm och komprimerad under sin egen tyngdkraft. I mitten bildades ett protostellärt objekt. Det var ungt, hett och glödande, men ännu inte en full stjärna. Runt omkring virvlade en skiva av samma material, som blev varmare och varmare när gravitation och rörelse komprimerade molnens damm och stenar.

Den heta unga protostaren "började så småningom" och började smälta väte till helium i sin kärna. Solen föddes. Den virvlande heta skivan var vaggan där jorden och dess systerplaneter bildades. Det var inte första gången ett sådant planetsystem bildades. I själva verket kan astronomer se bara den här typen händer någon annanstans i universum.

Medan solen växte i storlek och energi och började antända sina kärnbränder kyldes hotdisken långsamt. Detta tog miljoner år. Under den tiden började diskens komponenter frysa ut i små dammstora korn. Järnmetall och föreningar av kisel, magnesium, aluminium och syre kom ut först i den eldiga miljön. Bitar av dessa bevaras i kondritmeteoriter, som är forntida material från solnebulan. Långsamt bosatte sig dessa korn ihop och samlades i klumpar, sedan bitar, sedan stenblock och slutligen kroppar kallade planetesimaler tillräckligt stora för att utöva sin egen tyngdkraft.

När tiden gick kolliderade planetesimaler med andra kroppar och blev större. Som de gjorde var energin i varje kollision enorm. När de nådde hundra kilometer eller så i storlek var planetesimala kollisioner energiska nog att smälta och förångas mycket av det involverade materialet. Stenarna, järnet och andra metaller i dessa kolliderande världar sorterade sig i lager. Det täta järnet satte sig i mitten och det ljusare berget separerade sig i en mantel runt järnet, i en miniatyr av Jorden och de andra inre planeterna idag. Planetforskare kallar denna avvecklingsprocess differentiering. Det hände inte bara med planeter, utan inträffade också inom större månar ochde största asteroiderna. Järnmeteoriterna som då och då kastar sig ned på jorden kommer från kollisioner mellan dessa asteroider i det avlägsna förflutet.

Vid någon tidpunkt under denna tid antände solen. Även om solen bara var cirka två tredjedelar så ljus som den är i dag, är tändningsprocessen ( den så kallade T-Tauri-fasen) var tillräckligt energisk för att blåsa bort större delen av den gasformiga delen av protoplanetär disk. Bitarna, stenblocken och planetesimalerna som lämnades kvar fortsatte att samlas in i en handfull stora, stabila kroppar i väl avgränsade banor. Jorden var den tredje av dessa och räknade utåt från solen. Processen med ansamling och kollision var våldsam och spektakulär eftersom de mindre bitarna lämnade stora kratrar på de större. Studier av de andra planeterna visar dessa effekter och bevisen är stark att de bidrog till katastrofala förhållanden på spädbarnsjorden.

Vid en tidpunkt tidigt i denna process slog en mycket stor planetesimal jorden ett off-center slag och sprayade mycket av den unga jordens steniga mantel ut i rymden. Planeten fick tillbaka det mesta efter en tid, men en del av den samlades in i en andra planetesimal cirklande jorden. Dessa rester tros ha varit en del av Månens formationshistoria.

De äldsta överlevande klipporna på jorden lades ner cirka fem hundra miljoner år efter att planeten först bildades. Det och andra planeter led av det som kallas "sent tungt bombardemang" av de sista förvirrade planetesimalerna för cirka fyra miljarder år sedan). De gamla klipporna har daterats av uran-bly-metod och verkar vara cirka 4,03 miljarder år gammal. Deras mineralinnehåll och inbäddade gaser visar att det fanns vulkaner, kontinenter, bergskedjor, hav och jordskorpor på jorden under dessa dagar.

Några lite yngre stenar (cirka 3,8 miljarder år gamla) visar frestande bevis på livet på den unga planeten. Medan eoner som följde var fulla av konstiga berättelser och långtgående förändringar, när det första livet dök upp, Jordens struktur var välformad och endast dess ursprungliga atmosfär förändrades från början av livet. Scenen var inställd för bildandet och spridningen av små mikrober över hela planeten. Deras utveckling resulterade i slutändan i den moderna livsbärande världen fortfarande fylld med berg, hav och vulkaner som vi känner idag. Det är en värld som ständigt förändras, med regioner där kontinenter dras isär och andra platser där nytt land bildas. Dessa åtgärder påverkar inte bara planeten utan livet på den.

Beviset för historien om jordens bildning och utveckling är resultatet av patientbevisinsamling från meteoriter och studier av de andra planeternas geologi. Det kommer också från analyser av mycket stora kroppar av geokemiska data, astronomiska studier av planetbildande regioner runt omkring andra stjärnor och decennier av seriös diskussion bland astronomer, geologer, planetforskare, kemister och biologer. Historien om jorden är en av de mest fascinerande och komplexa vetenskapliga berättelserna runt, med massor av bevis och förståelse för att säkerhetskopiera den.

Uppdaterad och omskrivet av Carolyn Collins Petersen.