Наши развилки. Развилки эволюции природы на пути к человечеству

В слоях-кольцах, удаленных от Солнца, было очень холодно, что привело к намерзанию газа на пылинках. Этот газ, наряду с большим объемом выдавленного водорода и гелия из окружения Солнца, создали условия для формирования здесь планет иного типа – газовых гигантов (Юпитер, Сатурн).

Тепло от Солнца прогрело вещество протопланетного диска. Для каждого кольца были характерны свои температуры, зависящие от удаления их от звезды. Вещество колец, прогретых свыше 2 000°C, испарилось и переместилось на более удаленные орбиты. На удалении более 8 млн. км от Солнца пониженные температуры позволили металлам и минералам затвердеть, но вода и ряд других веществ находились в жидком или газообразном состоянии. Эта внутренняя часть Солнечной системы простирается до «линии снега», границы, за которой вода, метан и аммиак существуют в твердой фазе – форме льда. Эти соединения водорода являются самыми распространенными веществами Солнечной системы, особенно вода.

Молекулы газа, пылинки, кристаллы льда в кольцах вокруг Солнца постепенно притягивались друг к другу, образуя каменные обломки и куски льда. По мере вращения по своим орбитам вокруг Солнца более крупные тела притягивали мелкие, превращаясь в каменные или ледяные глыбы размером приблизительно от 1 до 1,5 км – планетеземали. Через несколько миллионов лет из планетеземалей сформировались протопланеты – основа будущих планет. Довольно хаотичное движение протопланет приводило их к частому столкновению, в процессе которого одни разрушались, а другие наращивали массу.

Первой планетой Солнечной системы стал газовый гигант Юпитер приблизительно 4,55 млрд. лет назад. Юпитер по химическому составу очень сходен с Солнцем. Этой огромной планете не хватило совсем немного массы для того, чтобы зажечь термоядерную реакцию в ядре и превратиться в звезду подобную Солнцу. Если бы в распоряжении Юпитера оказалось чуть больше исходного газопылевого материала, то на месте этой планеты вспыхнула бы вторая звезда в нашей Солнечной системе. Впрочем, в таком случае эта двойная звездная система не была бы нашей, так как высокая температура на Земле испарила бы всю воду, и не было бы человека на ней. Вокруг Юпитера подобно звездной системе вращается 79 спутников, среди которых – такая интересная минипланета, как Европа, под ледяной оболочкой которой расположен океан жидкой воды. Юпитер образовался на достаточно удаленном расстоянии от Солнца. Сначала скомпоновалась суперземля – каменная планета массой превышающей нескольких масс Земли. Огромная масса твердой протопланеты притянула к себе все ближайшие протопланеты и весь газ, окружающий её орбиту в пределах своего слоя-кольца. В конечном счете, Юпитер расчистил от протопланетного вещества широченное кольцо в диске Солнечной системы. Возникла замерзшая гигантская газовая планета, внешние оболочки которой представлены в основном молекулярным и металлическим водородом, а ядро сложено тяжелыми элементами, вероятно, в плазменном состоянии.

Немного позже шло формирование соседней планеты Сатурн, которая собрала все вещество с обширного пространства, прилегающего к её орбите. Получился второй по величине замерзший газовый, преимущественно водородный гигант в Солнечной системе. Эти два планетных монстра вобрали в себя 92 % вещества, оставшегося после образования Солнца. В периферийной области диска Солнечной системы образовались две другие холодные планеты меньшего размера – Уран и Нептун, состоящие преимущественно из водорода, гелия и метана. Внешние планеты – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун состоят из водорода, гелия, метана, аммиака и других газов. Кроме того, в их атмосферах содержатся сложные молекулы. Предполагается существование твердого ядра у этих планет.

Внутренняя часть протопланетного диска оказалась значительно беднее газом, чем внешняя зона. Поэтому здесь образовались каменно-металлические планеты: Меркурий, Венера, Земля, Тея и Марс. Поверхностные слои планет земного типа (включая Луну) образованы твердыми силикатными, алюмосиликатными, карбонатными и другими минералами. Внутри этих планет находится ядро из более тяжелых пород, содержащих элементы с большой атомной массой. Меркурий содержит ферромагнитное ядро и обладает сильным магнитным полем. Общее количество металлического железа, по некоторым данным, в Меркурии составляет около 58 %. Венера и Марс, как и Земля, имеют железные ядра. На Венере много карбонатов, термическое разложение которых привело к накоплению диоксида углерода в атмосфере этой планеты. Размеры этих планет получились довольно скромными по сравнению с газовыми гигантами внешней части системы, поскольку для их формирования в ближних к Солнцу протопланетных кольцах осталось совсем немного вещества. Для завершения формирования внутренних планет потребовалось в десять раз больше времени, чем для образования внешних планет. Только приблизительно через 75 миллионов лет после образования Солнца завершилось строительство Солнечной системы. Однако эволюция системы почти сразу приняла революционный характер. Планета Тея, мчащаяся вокруг Солнца по орбите очень близкой к Земному пути, в конечном счете, столкнулась с более массивной Землей. Из обломков Теи и вырванной части Земли около 4,48 миллиарда л.н. образовался спутник Земли – Луна. После появления Луны Земля приобрела самую надежную стабильность среди всех внутренних планет (земного типа).

Осталось не собранным в планету множество астероидов на орбите между Марсом и Юпитером. Произошло это по той причине, что сильная гравитация Юпитера перемешивает, сталкивает астероиды, не позволяя им собраться в одно космическое тело. За орбитой Нептуна расположено еще одно кольцо астероидов – пояс Койпера. В этом поясе огромное количество каменных обломков и ледяных глыб расположены на большом расстоянии друг от друга, что исключает их аккрецию (соединение) в планету.

На внешней, гравитационной границе Солнечной системы расположена гипотетическая сферическая область – облако Оорта – остаток исходного протопланетного диска, который сформировался вокруг Солнца около 4,6 миллиарда л.н. Объекты облака Оорта состоят преимущественно из водяных, аммиачных и метановых льдов. Они вращаются вокруг Солнца по очень вытянутым эллиптическим или параболическим орбитам и служат источником долгопериодических комет.

Через 50 миллионов лет после образования Солнечной системы Юпитер вошел в резонанс с Сатурном, что привело к мощному гравитационному катастрофическому событию – смене орбит многих планет. Тяжелее всего пришлось Нептуну и Урану, которым пришлось поменять орбиты. В результате этого гравитационного воздействия основная масса космических тел из пояса астероидов и пояса Койпера вылетели из своих орбит за пределы Солнечной системы, но часть их устремилась во внутренние части системы. Земля, Луна, Меркурий, Венера и Марс в период от 4,1 до 3,8 миллиарда л.н. практически непрерывно подвергались мощным атакам метеоритов и астероидов различной величины^[13]. Этот катастрофический период эволюции Солнечной системы назвали поздней тяжелой бомбардировкой, максимум которой случился приблизительно 3,9 млрд. л.н. В результате на Землю дополнительно поступило много минерального материала и воды. Поздняя бомбардировка значительно перепахала поверхность Земли, испарила миллионы тонн воды, способствовала повышению влажности атмосферы и скорости перемещения воздушных и водных масс.

Солнечная система несётся сквозь Млечный путь по круговой орбите на расстоянии 26 тысяч световых лет от центра со скоростью приблизительно 230 км/с. Путь Солнечной системы, а значит и Земли, вокруг центра Галактики составляет около 230 миллиона лет. Таким образом, наша планетная система за время своего существования совершила около 20 оборотов вокруг Стрельца А – высокоплотного объекта, сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного пути. Под влиянием гравитации центрального галактического балджа движение Солнца по орбите имеет волнообразный характер, благодаря которому Солнце периодически оказывается то с одно, то с другой стороны галактической плоскости. Каждые приблизительно 29–30 миллионов лет Солнечная система пересекает галактическую плоскость. Наша планетная системы в каждом положении орбиты испытывает определенное воздействие окружающих космических тел, которое вызывает какие-то реакции Солнца, планет и других объектов. Например, предполагают, что в определенном, повторяющемся положении системы в Галактике, облако Оорта повышает частоту «обстрела» кометами Земли. Встречи комет с Землей могли стать спусковыми моментами череды глобальных планетарных событий, обусловливающих массовые вымирания живых организмов. Немало научных трудов свидетельствуют о высокой вероятности влияния галактических факторов на ход эволюции земных живых организмов. Понятно, что в ином галактическом положении наша планета была бы иной. Земля движется по орбите вокруг Солнца со скоростью 30 км в секунду. Чем дальше от Солнца располагается планета, тем медленнее она вращается вокруг центра Солнечной системы.

По мере увеличения знаний о строении и истории Солнечной системы нарастает уверенность специалистов в уникальной предрасположенности нашей звездной системы к появлению и развитию жизни. Прежде всего, следует отметить, что орбита Солнечной системы удачно проходит в средней части «зоны обитаемости» нашей Галактики. Для Млечного Пути эта зона удалена от галактического центра на расстояние приблизительно двух третей радиуса Галактики. На большем расстоянии от центра Галактики звезды и планеты бедны тяжелыми химическими элементами, что не приемлемо для жизни. Космические тела, расположенные ближе к ядру галактики, подвергаются сильнейшему неблагоприятному воздействию черных дыр, которые там находятся.

Солнечная система сформировалась в одном из самых безопасных мест Млечного пути – во внешних регионах, в которых приблизительно 6 миллиардов л.н. происходило меньше всего вспышек сверхновых звезд и гамма-всплесков. В то же время, в отличие от других подобных мест район образования нашей системы, к нашему счастью, оказался не совсем спокойным. Земля подвергалась достаточно регулярным воздействиям вещества и энергии от взрыва сверхновых звезд, что вызывало многочисленные глобальные вымирания земных организмов и стимулировало рост многообразия живой природы. Эволюция жизни в таких условиях привела к появлению современного человека. Так что, Солнечная система с нашей планетой появилась в нужном месте и в благоприятное время для зарождения и эволюции жизни.

Удачной предрасположенностью Солнечной системы к ее обитаемости было также то обстоятельство, что её планеты вращаются вокруг достаточно молодой звезды (возрастом около 4,6 млрд. лет), с относительно небольшой массой. Малая масса Солнца позволяет ей существовать продолжительное время, около 20 млрд. лет. Если бы наша звезда имела массу больше, то она, спустя несколько десятков или сотен миллионов лет после своего возникновения (в зависимости от массы) успела бы реализовать термоядерные реакции и взорвалась бы, превратившись в нейтронную звезду или черную дыру. Этого времени просто не хватило бы для появления жизни и её эволюции до разумных существ. Человечеству повезло также в том отношении, что начальная светимость Солнца была благоприятной для появления на Земле жизни вскоре после образования планеты (около 70 % от современной светимости). Так, если бы начальная светимость была выше реальной, то парниковые газы в атмосфере планеты привели бы к перегреву земной поверхности и исчезновению воды. Эволюция Земли пошла бы по пути Венеры. В случае если бы начальная светимость Солнца была меньше существовавшей, то с большой вероятностью реализовались бы все рассматриваемые развилки эволюции нашей планеты, однако они происходили бы с задержкой на 1,5–2 млрд. лет. При таком варианте эволюции человечество появилось бы еще не скоро. Солнце является стационарной звездой, которая мало меняет свою светимость в течение миллиардов лет. Поэтому эволюция земной жизни имела возможность на протяжении последних 4 млрд. лет пройти маршрут от первых живых клеток до человека разумного.

Следующим необходимым фактором обитаемости звездной системы выступает наличие планеты на таком расстоянии от звезды, которое обеспечивает присутствие на ней жидкой воды на протяжении нескольких миллиардов лет. Кроме того, эта планета должна иметь размеры, позволяющие ей генерировать в недрах и выдавать на поверхность тепло на протяжении не менее 5–6 млрд. лет. В Солнечной системе звезда и планета Земля подходят под перечисленные критерии. Ученые оценили, что земное ядро будет излучать тепло еще около одного миллиарда лет. Спустя этот срок произойдет сильнейшее охлаждение Земли, что приведет к исчезновению её магнитного поля. На этом рубеже уж точно прекратится жизнь на нашей планете.

В период формирования Солнечной системы произошли значительные изменения в судьбах наших химических гидов. Они в течение приблизительно одного миллиарда лет, от 5,6 млрд. л.н. до 4,6 млрд. л.н., находились в протосолнечном газопылевом облаке, где встретились с другими атомами или молекулами, сформировав с ними те минералы, которые примут участие в строительстве нашей планеты. Так, Гидрожен в результате долгих странствий в облаке с весьма редким «населением» атомов и молекул, наконец, столкнулся с другим атомом водорода. Этот дуэт образовал водородную молекулу (Н2), которая спустя многие миллионы лет наткнулась на космический атом кислорода. Встреча привела к возникновению молекулы воды (Н2О) – Гидроженной воды. Оксижен, мчась в протосолнечном диске, объединился с другим атомом кислорода в молекулярный кислород. Через какое-то время эта молекула кислорода налетела на атом кремния, с которым у них получилось создать молекулу двуокиси кремния – минерал Оксиженный кремнезем (SiO2).

После вспышки нашей звезды в протопланетном диске создались условия для объединения молекулы воды с окисью магния и двуокисью кремния. Такое объединение породило один из гидросиликатных минералов – серпентин (окись магния – MgO – 43,0 %, двуокись кремния – SiO2 – 44,1 %, вода – Н2О – 12,9 %;). Интересным поворотом в судьбе гидов-братьев водородов стало то событие, что волею случая, Оксиженный кремнезем оказался как раз тем веществом, которое вместе с Гидроженной водой образовало молекулу Гидрожен-Оксиженного серпентина. Этот минерал в комплексе с другими соединениями сформировал обломок горной породы – планетеземаль^[14] (пояснения по ссылке можно смотреть в разделе "Ссылки.." в конце книги) которая внесла свой мизерный вклад в формирование земного шара. Дальнейшие перипетии судеб Гидрожена и Оксижена будут определяться эволюцией нашей планеты.

Карбовеж, Карбомал путешествовали в протопланетной солнечной туманности в составе ядер атомов углерода (C). Недалеко от них в газопылевой среде находился Нитрожен (атом азота – N). По мере сжатия газопылевой туманности и превращения ее в более консолидированное облако, а затем и в протосолнечный диск, уменьшались расстояния между химическими элементами, что обеспечило возрастание частоты их столкновения и взаимодействия. Происходило формирование сложных органических молекул с участием атомов углерода и азота. Такие реакции, вероятно, даже многоэтапные, протекали с разной степенью активности по всему протосолнечному облаку, на ранних стадиях его эволюции. Особенно много органических молекул формировалось в обширном слое-кольце протопланетного облака, которое в будущем стало главным поясом астероидов, на границе внутренней и внешней областей, между Марсом и Юпитером. Определённая часть органики генерировалась также во внутренней области протопланетного диска, в том числе в газопылевом слое-кольце будущей Земли. В этом кольцевом скоплении газа и пыли Карбовеж и Нитрожен с другими атомами углерода и азота, а также с водородом и кислородом соединились в органическую молекулу Урацил (C4H4N2O2). Космический Карбовеж-Нитроженный урацил^[15] существовал в форме аморфного вещества или иглоподобных кристаллов белого цвета. Доказательством возможности внеземного происхождения урацила стало его обнаружение в метеорите Мурчисон. Ученые предполагают, что урацил, прибывший на Землю в составе планетеземалей или в виде космической пыли, мог участвовать в образовании рибонуклеиновых кислот (РНК^[16]) – основного ингредиента для жизни. Не исключено, что многочисленные молекулы этого внеземного органического соединения, наряду с другими могли быть основой первых пребиотических или даже биотических химических конструкций на Земле. После возникновения жизни урацил является компонентом рибонуклеиновых кислот.

Карбомал вошел в состав органической молекулы Гликольальдегида (C2H4O2), для образования которой в реакцию вступили атомы углерода, кислорода и водорода. Атомы углерода – строительный материал для всех живых форм. Карбомалный гликольальдегид с представлял собой межзвездную молекулу сахара. Конечно, нет доказательств того, что Карбомал в протосолнечном облаке входил в состав именно такой молекулы. Однако о большой вероятности этого события свидетельствует обнаружение в 2000 году Джесом Йоргенсеном и Яном Холлисом гликольальдегида в звездной системе, расположенной недалеко от центра Галактики. Гликольальдегид может быть предшественником многих биологически активных соединений, например аминокислоты глицина, а также является необходимым компонентом одной из главных молекул для жизни – РНК. Попадание органических молекул на Землю могло служить важным фактором для зарождения жизни.

Флюор (P) и Ферум (Fe) в условиях протосолнечного облака создали фосфид железа (Fe3P), который затем вступил в реакцию с никелем и кобальтом. В результате это соединение усложнилось до железоникелевого фосфида в виде минерала шрейберзита {(FeNi9Co)3P}. Этому Флюор-Ферумному шрейберзиту предстояло еще несколько сот миллионов лет наблюдать за образованием Земли, находясь среди остатков протопланетного вещества. Только около 4,2–4,1 млрд. л.н., во время бомбардировки эти гиды попали на Землю.

2. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭТАП ЭВОЛЮЦИИ ПРИРОДЫ К ЖИЗНИ

Природа в пределах нашей звездно-планетной системы после Солнечной развилки эволюционировала по нескольким планетарным вариантам. Направления эволюции природы на формирование Марса и Венеры, возможно, привели к образованию простейших живых существ, но дальнейшее развитие этих планет оказалось неблагоприятным для усложнения жизни. Эволюция Меркурия, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна не привели к появлению жизни. На некоторых спутниках этих планет предполагается возможность существования лишь каких-то примитивных форм жизни. Только уникальные характеристики эволюции Земли создали благоприятные условия для зарождения и усложнения живых организмов до современного человека. Ранняя эволюция Земли прошла через череду развилок, ведущих к появлению жизни. Самыми необходимыми для образования биотических объектов были эволюционные развилки: Земная, Лунная, Литосферная, Океаническая и Континентальная. Антропный маршрут развития природы, проходящий через эти развилки, выделим в качестве Геологического этапа эволюции природы в направлении к жизни. Еще этому этапу можно дать название – Добиотический, поскольку он готовил планету к возникновению живых организмов.

2.1. Земная развилка направила эволюцию Солнечной системы к человечеству. 4,567 миллиардов лет назад

Для создания сознательных существ типа человека разумного природа воспользовалась поворотом своей эволюции на Земной развилке. Это важное событие соответствует моменту образования земного шара, 4,56 миллиарда лет назад. Планета Земля попала на антропный эволюционный маршрут потому, что она по многим своим характеристикам оказалась благоприятной для появления, эволюции и современного обитания огромного многообразия живых существ от одноклеточных, относительно простых микроорганизмов до очень сложных макроживотных – людей, способных познавать окружающий мир и создавать комфортные условия для своего обитания. Землю можно характеризовать в качестве Планетной формы эволюции природы на пути к жизни.

2.1.1. Состав и структура Земли

Земля является сложной системой, эволюция которой направлена, как бы специально, на образование живых существ и их развитие до человечества. Для того чтобы понять – почему это удивительное явление природы связано с этой планетой, рассмотрим основные её характеристики. Приблизительно 4,56 млрд. л.н. завершилась первая стадия формирования земного шара. Осуществилась аккреция (слипание) около 99 % нынешней массы Земли. К этому времени наша планета практически полностью очистила свою орбиту от вещества, находившегося в газово-пылевом диске вокруг Солнца. На долю Земли и других планет осталось та, относительно малая часть холодного твердого и газообразного вещества, которая не была использована в процессе образования крупнейших объектов Солнечной системы: Солнца и Юпитера. После этих первых объектов Солнечной системы почти одновременно с Землей на разных орбитах нашей системы образовались другие планеты. Гравитационное поле придало Земле форму шара немного приплюснутого в полюсах – геоида. Сферическая форма присуща всем достаточно крупным космическим объектам: планетам, спутникам, звездам, галактикам, да и самой Вселенной. Средний диаметр планеты составляет 12742 км. Средняя плотность вещества планеты оценивается значением около 5,517 г/м3.

Первично все минеральные вещества и отдельные элементы находились в Земле в перемешанном состоянии. Немалую долю составляли углистые хондриты, которые являлись основным источником воды на Земле. Основной объем вещества был представлен соединениями кремния и железа. В более-менее однородной смеси разнообразных минералов довольно значительную долю составлял гидросиликат магния (Mg2SiO5H2), который содержал более 11 % воды по весу. Этот твердый минерал является одним из эффективных вместилищ воды, молекулы которой занимают второе место по распространенности во Вселенной после водорода. Гидросиликат магния остается стабильным в условиях земного ядра, то есть при давлении более 2 миллионов атмосфер и при температурах около 5000°C. На протяжении 30 млн. лет значительная часть воды в форме гидросиликатов сохранялась в ядерной части планеты. По мере погружения тяжелых железа и никеля к центру планеты и образования ядра происходило вытеснение силикатов выше – в слой, который постепенно превратился в мантию. В условиях меньшего давления гидросиликат магния стал нестабильным и разложился на оксид магния, силикат магния и воду. Вода в виде перегретого пара стала пробиваться к земной поверхности. Другие составляющие этого гидросиликата заложили основу мантии. Сейчас преобладающая масса этого водогенерирующего минерала уже израсходована.

Вода в результате гравитационного сжатия и химического преобразования протопланетного вещества начала проникать на поверхность планеты. Процесс перераспределения по плотности и гравитационного уплотнения первично холодного вещества сопровождался выделением огромного количества тепла, что привело к разогреву и расплавлению всей планеты, кроме внутреннего ядра. Состояние веществ в центре Земли, скорее всего, не соответствует нашим представлениям о расплавах и твердых веществах. Радиоактивный распад тяжелых элементов также послужил мощным источником внутреннего тепла. Радиогенное тепло в начальный период истории Земли значительно превышало современное, поскольку производилось большим количеством радиоактивных короткоживущих изотопов, которые к настоящему времени уже распались. Вносили свой вклад в тепловой баланс, как и сейчас, долгоживущие изотопы урана, тория, калия и некоторые другие.

Около 4,54 млрд. л.н. температура на поверхности Земли достигала 4000°C. Планета представляла собой расплавленный шар кипящего, газонасыщенного вещества. Спустя приблизительно тридцать миллионов лет, т. е. 4,51 млрд. л.н. планета остыла до 1500°C, что создало условия для обособления газовой оболочки в относительно стабильную атмосферу. Первичная газовая оболочка – Ранняя гелиево-водородная горячая атмосфера существовала на протяжении 30 млн. лет (4,51-4,48 млрд. л.н.), состояла из газов протопланетного облака – преимущественно из водорода (~95 %), гелия (~5 %), метана (от 0,83 до 0,75 %). Отсутствие магнитного поля у ранней Земли позволяло солнечному ветру (потоку частиц от Солнца) уносить в космос легкий водород и гелий. На смену этим компонентам первичной атмосферы поступали пары воды и другие газы из дегазируемой мантии и из испаряющихся космических веществ, падавших на Землю. Прежде всего, за счет активной вулканической деятельности поступили из недр огромные объемы водяного пара и других газов. Эти летучие соединения выделились из первичного вещества планеты, в котором они находились в связанном состоянии: вода в основном в гидросиликатах, углекислый газ в карбонатах, азот в нитридах и нитратах и т. д. Поверхность планеты продолжала охлаждаться до 700°C. В результате 4,48 млрд. л.н. произошла смена воздушной геосферы – сформировалась вторая – Палеокатархейская углекисло-водяная атмосфера. Вторая атмосфере состояла сначала из одного водяного пара, а затем с добавлением нарастающей доли углекислого газа (до 44 %), и немного других веществ: водорода (7 %), азота (6 %), аммония (3 %), гелия (2,4 %), метана (0,8 %), аммиака, сероводорода, хлористого водорода и некоторых других газообразных веществ. Вторая атмосфера просуществовала также около 30 млн. лет (до 4,45 млрд. л.н.). Этот этап тепловой истории Земли можно назвать «Расплавленная Земля», к концу, которого средняя температура поверхности уменьшилась до 500°C. Скорость вращения Земли вокруг своей оси значительно превышала нынешнюю, поэтому длина суток равнялась 4 часам 8 минутам.

Начало образования второй атмосферы (около 4,48 млрд. л.н.) коррелируется с завершением первичного распределения твердого вещества земного шара на сферические оболочки. Современная степень изученности Земли позволяет представлять нынешнюю нашу планету в виде сложной динамической системы, заключенной в толстостенный шар радиусом 6371 км. Массивная твердая оболочка шара (представленная корой и мантией) толщиной около 3000 км окружает полость, заполненную относительно жидким (вязким) веществом внешнего ядра. В центре этого жидкого слоя плавает небольшое твердое внутреннее ядро. От поверхности планеты к центру возрастают давление (до 3,61011 Па), плотность (до 12,8–13 г/см3) и температура (до ~6000 °C). Вращение такой сложной системы характеризуется разными скоростями обращения твердой оболочки и ядра.

Концентрация вещества планеты по плотности началась с обособления земного ядра радиусом ~3,4 тыс. км. Тяжелые металлы (преимущественно железо и его минералы, а также никель) погрузились в центр, формируя внутреннее суперплотное ядро радиусом ~1,2 тыс. км и внешний жидкий слой железо-никелевого ядра толщиной ~ 2,2 тыс. км. Внутреннее, центральное ядро в форме шара расположено на глубинах от 5150 до 6371 км. Элементный состав этой части земного шара представлен в основном железом (около 90 %) и никелем, кроме того, присутствуют минералы серы, кислорода и ряда других элементов. Внутреннее ядро проявляет себя в геофизических полях как неоднородное тело: наружная оболочка включает огромные, протяженные кристаллы (длиной около 10 км.), ориентированные с юга на север, а центральная часть ядра заполнена кристаллами, вытянутыми с запада на восток. Однако прежде вещество как внешнего, так и внутреннего ядра было жидким. Постепенное охлаждение недр Земли со скоростью около 100 °C за миллиард лет привело к затвердению внутреннего ядра. По одним оценкам твердое ядро сформировалось к рубежу около 1,24 млрд. л.н. (к концу эктазия), по другим – около 550 миллионов л.н. (к концу венда).

Сохранение к настоящему времени довольно высокой температуры во внутреннем ядре может быть объяснено, в какой-то степени радиоактивным распадом изотопов урана, тория и возможно некоторых других элементов. Хотя этот источник тепла не может быть основным по причине ничтожно малого содержания радиоактивных элементов в ядре по сравнению с земной корой. В земной коре эти, очень тяжелые долгоживущие радиоактивные элементы оказались потому, что их соединения с легкими элементами имеют малую плотность. Благодаря весьма высокому давлению вещество в ядре не кипит, несмотря на огромную температуру. Считается, что внутреннее ядро постепенно увеличивается в размерах за счет охлаждения и затвердевания переходной зоны от жидкого ядра.

Внешний слой железо-никелевого ядра (слой E), или, иначе говоря, внешнее ядро, представляет собой жидкую оболочку, которая обволакивает внутреннее твердое ядро. Состав внешнего ядра представлен в основном железом, его оксидами, никелем, в небольшой пропорции – кремнием, серой и другими примесями. Жидкое его состояние объясняется тем, что меньшее давление при высокой температуре в этом слое не обеспечивает затвердение раскаленного металла. Сохранение до настоящего времени на нашей планете жидкого состояния вещества во внешнем ядре является важным её отличием от других планет земного типа Солнечной системы. Наличие твердого ядра (слоя G) в жидкой оболочке представляется одной из тех важных особенностей планетного направления эволюции природы, которое связано с Земной развилкой. Конвекция вещества во внешнем ядре, которая подобна бушующему морю жидкого металла, порождает земной магнетизм. Появление и эволюция жизни на нашей планете во многом обязаны наличию геомагнитного поля, генерация которого связана с присутствием именно пары – внутреннее твердое ядро в жидком слое внешнего ядра, что является своеобразной динамо-машиной. Магнитосфера вокруг Земли защищает все живое от губительного воздействия заряженных частиц космоса и солнечного ветра, о чем описано выше, в разделах: Ранняя магнитная развилка и Поздняя магнитная развилка эволюции Земли.

Исследования показали, что внутреннее ядро и внешний слой вращаются в разные стороны. Внешнее жидкое ядро вращается вокруг своей оси с востока на запад, а внутреннее – с запада на восток. Интересно, что скорость вращения внутреннего ядра немного превышает скорость обращения в целом планеты. Центр Земли является мотором, который обеспечивает активность всех систем планеты, включая биосферу. Например, на Марсе всё ядро уже отвердело и там прекращена глобальная тектоника, отсутствует магнитное поле, способное защитить живые организмы. Эта планета лишилась внутренней энергии, она стала «мертвой», не способной к рождению и эволюции жизни.