CHƯƠNG 1 TRÁI ĐẤT VÀ THÀNH PHẦN VẬT CHẤT CỦA VỎ TRÁI ĐẤT 1. Khái quát về trái đất 1. Nguồn gốc của trái đất Nguồn gốc trái đất và sự tiến hóa của nó từ xưa đến nay đã được con người và nhiều ngành khoa học như thiên văn, địa lý, địa chất, vật lý, triết học quan tâm nghiên cứu giải thích. Nhận thức phát triển trải qua nhiều giai đoạn.
Trước thế kỷ XVIII trở đi việc giải thích gắn với các giả thuyết khoa học. Ngày nay có thể thấy rằng sự hình thành và phát triển của Trái đất có liên quan với thành phần vật chất, các diễn biến tiến hóa của các trường địa vật lý, các trạng thái địa nhiệt, với nguồn gốc của các vòng quyển bao quanh Trái đất. Mặt khác nhiều tư liệu cho thấy, sự hình thành Trái đất chịu ảnh hưởng rất lớn của các hệ thống thiên thể gần và xa trong vũ trụ, trước mắt quan trọng hơn cả là hệ mặt trời. Những biến đổi lớn về mặt địa chất, khí hậu,… trên Trái đất phản ánh các sự kiện đổi thay của Mặt trời, hệ Mặt trời, phản ánh sự tiến hóa của các thiên thể trong hệ Mặt trời.
Từ lâu con người đã quan tâm giải thích nguồn gốc của Mặt trời và trái đất. Trong quá trình nhận thức đó, có hai trường phái luôn đấu tranh với nhau là trường phái duy tâm và trường phái duy vật. Thiên chúa giáo giải thích theo quan điểm duy tâm thần bí, các nhà khoa học giải thích theo quan điểm duy vật. Từ thế kỷ XVIII khoa học phát triển, các nhà khoa học đã xây dựng nhiều giả thuyết khác nhau để giải thích nguồn gốc của Mặt trời và trái đất.
Đó là các giả thuyết tinh vân, giả thuyết cho rằng mặt trời và hành tinh đều do từ một tinh vân tạo thành, giả thuyết tai biến thì cho rằng Mặt trời xuất hiện từ trước sau đó bị một hành tinh hút lại hoặc va chạm vào làm cho một số vật chất bị kéo ra tạo thành hành tinh và giả thuyết thu hút cho rằng Mặt trời hình thành trước sau đó thu hút những vật chất trong hệ Ngân hà để tạo ra hành tinh và vệ tinh. Dưới đây là giả thuyết của một số tác giả. - Giả thuyết của I.Kant cho rằng, trong vũ trụ có nhiều bụi, hơi tạo thành tinh vân. Do lực hấp dẫn chúng liên kết lại thành những khối nhỏ.
Do lực đẩy và hút lẫn nhau, các khối nhỏ tập trung thành khối lớn. Và cũng do lực đẩy và hút gây ra sự va chạm tạo thành sự quay tròn. Sự tập trung vật chất trong vũ trụ lớn dần thành Mặt trời nguyên thủy. Mặt trời tự quay làm cho vật chất tập trung dần vào xích đạo, dần dần thành dạng bẹt tròn và vật chất tập trung vào trung tâm.
Cũng do quay mà Mặt trời đã văng ra các hành tinh và vệ tinh quay quanh Mặt trời. - Giả thuyết Laplaxơ (1796): P.Laplaxơ độc lập nêu ra giả thuyết về nguồn gốc của hệ Mặt trời. Ông cho rằng hệ Mặt trời lúc đầu rất rộng lớn, gồm những khối 5 tinh vân hình cầu nóng và vật chất thưa mỏng. Tinh vân này lúc đầu chuyển động chậm chạp sau đó cũng tăng.
Tinh vân biến dần thành dạng đĩa dẹt. Khi lực ly tâm lớn hơn lực hút thì tách ra một vòng và dần dần tách ra các vòng tương ứng với số hành tinh sau này và quỹ đạo của các hành tinh là khoảng cách của vòng tới tâm của tinh vân nguyên thủy. Các vòng tạo hành tinh nóng cũng với phương thức như trên tạo ra các vệ tinh. Vòng của sao Thổ được xem như là vòng mà chúng chưa đông nén lại để thành vệ tinh.
Ở giữa sao Hỏa và sao Mộc (vòng thức 5) vật chất càng bị phân chia thành rất nhỏ tạo ra đới các tiểu hành tinh. Giả thiết của I.Kant và Laplaxơ được xây dựng độc lập nhưng vì tính chất và cách giải thích gần giống nhau nên được gọi chung là giả thuyết Kant – Laplaxơ: Giả thuyết này thống trị trong suốt thế kỷ XIX. Về sau bị chứng minh là không hợp lý vì Laplaxơ đã không giải quyết được vấn đề momen động lượng. Ngoài ra, giả thuyết của hai ông còn có các thiếu sót sau: Tại sao vệ tinh các sao Mộc và sao Thổ có chiều quay ngược lại chiều quay của đa số thiên thể trong hệ Mặt trời; Tại sao mặt phẳng xích đạo và mặt phẳng quỹ đạo của cả 5 vệ tinh của Thiên Vương Tinh đều vuông góc với mặt phẳng hoàng đạo; Nếu theo sơ đồ của Laplaxơ thì các vành đai vật chất phải tự quay theo hướng xuôi kim đồng hồ nhưng thực tế chúng lại quay ngược chiều kim đồng hồ; Trong khi tự quay, tại sao không khí ở vành vật chất lại ngưng tụ lại thành hành tinh, trong khi kết quả nghiên cứu phải phân tán vào vũ trụ; Mặt trời tự một vòng quay quanh trục phải mất từ 25 – 27 ngày.
Tốc độ tự quay chậm đó làm sao đủ sức tách một phần vật chất ra thành các hành tinh. Ngay cả độ dẹt do sức ly tâm sinh ra cũng không quan sát thấy. - Giả thuyết Jeans hay giả thuyết “tai biến”: Theo Jeans thì việc tách một phần vật chất vũ trụ từ Mặt trời để hình thành các hành tinh là do tác động của một ngôi sao lạ nào đó, lớn tương tự Mặt trời đã đi vào phạm vi hệ Mặt trời một cách ngẫu nhiên và khoảng cách chúng chỉ còn bằng bán kính Mặt trời. Ở điều kiện đó, hiện tượng triều lực sẽ làm cho vật chất của Mặt trời lồi ra ở hai phía đối diện thành bướu vật chất nóng đỏ.
Bướu hướng về phía Mặt trời của thiên thể lạ dày hơn nhiều so với bướu đối diện. Nó tách ra khỏi Mặt trời, đứt ra từng đoạn sinh ra hành tinh. Giả thuyết giải quyết được vấn đề momen quay của hành tinh không phụ thuộc vào động lượng Mặt trời. Nhưng giả thuyết này mắc một sai lầm khác: Các nhà thiên văn đã tính được rằng khoảng cách giữa các thiên thể là rất lớn, nếu giả sử đường kính Mặt trời bằng 1mm thì khoảng cách từ nó đến ngôi sao gần nhất phải bằng 20 – 25km, vậy trong sự chuyển động hỗn độn đó làm sao một ngôi sao lạ lại có thể may mắn đi đến Mặt 6 trời với khoảng cách 1mm.
- Giả thuyết của E.Hoyle (Anh) và Schatzman (Pháp): Trong những năm 60 của thế kỷ XX, hai nhà thiên văn Anh và Pháp nêu trên tìm cách giải thích theo hướng điện từ trường tác dụng trong quá trình thành tạo Mặt trời và hành tinh. Hai ông cho rằng ban đầu đám tinh vân trong vũ trụ tụ tập dần thành khối quay chuyển với tốc độ không cao nhiệt độ cũng thấp. Dần dần nó co rút thể tích với tốc độ quay tăng nhanh. Đến một mức độ nhất định thì thành hình dẹt, xích đạo phình ra đến nỗi một số vật chất bị văng ra ngoài tạo thành dạng một đĩa tròn quay quanh Mặt trời.
Trọng khối của đĩa tròn cũng chỉ bằng 1/100 của Mặt trời. Vật chất của đĩa tròn dần dần hình thành các mầm hành tinh và sau đó thành hành tinh. Mặt trời bức xạ nhiệt hạch tạo ra một điện từ trường trong không gian của hệ Mặt trời. Khi đĩa tròn vật chất rời khỏi Mặt trời thì ở chỗ ranh giới của chúng phát sinh hiện tượng cơ học từ lưu đưa đến chỗ từ dẫn đến momen và Mặt trời chuyển momen động lượng sang cho đĩa tròn.
Nhờ momen động lượng tăng lên mà đĩa tròn mở rộng ra ngoài. Mặt trời thu nhỏ lại, nhưng vì mất đi momen động lượng nên tốc độ quay chậm lại. Mặt trời bức xạ gió Mặt trời thổi bay xa các vật chất nhẹ hình thành các hành tinh thuộc nhóm Trái đất. - Giả thuyết Otto Smith: Giả thuyết được nêu ra năm 1946.
Otto Smith cho rằng Mặt trời đi qua đám tinh vân. Tinh vân này vốn đã có riêng momen động lượng. Mặt trời thu hút chúng lại và làm cho chúng quay xung quanh Mặt trời. Trong quá trình quay các điểm vật chất, các khí thể va đập lẫn nhau, hút lẫn nhau làm cho chúng tập trung dần dần thành các hành tinh.
Những tập hợp gần Mặt trời bị đốt nóng bức xạ làm cho trong thành phần nhiều thể khí nhẹ bay đi. Những tập hợp ở xa thì nguội lạnh hơn, các khí ngưng kết lại. Chính vì thế đã tạo ra hai nhóm hành tinh. Trong quá trình hình thành các hành tinh, do tác dụng của bức xạ nhiệt và ánh sáng Mặt trời, những vành vật chất ở gần trung tâm bị hun nóng nhiều nhất.
Thành phần khí và một số chất rắn vành này bị bốc hơi và bị áp lực ánh sáng đẩy ra phía ngoài. Rút cuộc ở những vành này chỉ còn khối lượng nhỏ vật chất nhưng nặng và có độ bốc hơi kém là Fe và Ni. Điều này giải thích được tại sao các hành tinh thuộc nhóm Trái đất có kích thước nhỏ nhưng tỷ trọng lớn. Sao thủy có khối lượng và tốc độ tự quay nhỏ nhất vì nó gần Mặt trời nhất: Bức xạ mạnh của Mặt trời làm giảm khối lượng và sự ma sát lớn của triều lực làm giảm tốc độ tự quay của nó.
Tính chất đặc biệt của sao Hỏa về mặt khối lượng cũng là do tác động của 7 sao Mộc. Sao này cướp đi một phần vật chất của sao Hỏa, một phần còn lại tạo nên vành đai tiểu hành tinh. Bộ phận vật chất giữa các vành vật chất bên trong có khối lượng lớn làm xuất hiện hành tinh đôi – Trái đất + Mặt trăng. Vì momen quay lớn nên vật chất ở đây không thể tập trung vào một tâm mà phải có tâm thứ hai là Mặt trăng.
Vào cuối thời kỳ ngưng tụ, Trái đất đã có khối lượng lớn gần như hiện nay thì nội bộ diễn ra quá trình tăng nhiệt. Lúc đầu là nhiệt của quá trình di chuyển vật chất do phốt pho sau đó là quá trình phóng xạ của vật chất. Sự tăng nhiệt dẫn đến sự nóng chảy của vật chất bên trong sắp xếp thành nhân, bao manti và vỏ như hiện nay. Trái đất lúc đầu nguội lạnh sau đó nóng dần lên.
Trái đất hình thành cách đây khoảng 4,5 – 4,6 tỷ năm, còn lớp vỏ thì cách đây khoảng 3 tỷ năm. Vị trí, hình dạng, kích thước và hình thái bề mặt Trái đất 1. Vị trí Trái đất trong vũ trụ Trái đất là một thiên thể trong vũ trụ. Vũ trụ là một thế giới vật chất bao quanh.