1.3 The Origin of the Planet

1.3 The Origin of the Planet

เมื่อ protosun เข้าสู่ระยะสุดท้ายกลุ่มของก๊าซ ของแข็งและของเหลวที่เคลื่อนที่ล้อมรอบ protosun ที่เป็นลักษณะ flat disc จะทำให้เกิดการสร้างดาวเคราะห์ขึ้น ขั้นตอนในการก่อตัวเป็นดาวเคราะห์นั้นยังไม่เป็นที่พิสูจน์ได้อย่างแน่นอน แต่จะอาศัยหลักฐานที่มีอยู่ในการสันนิษฐานถึงการก่อตัวของมันเท่านั้น โดยเชื่อกันว่าดาวเคราะห์ทั้งหลายเกิดจากการรวมตัวของอนุภาคของฝุ่นโมเลกุล และอะตอมต่าง ๆ ร่วมกับแรงที่เกิดจากการชนกันของอนุภาคและแรงโน้มถ่วง ทำให้มีการพัฒนาขนาดของมันให้ใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งเป็นดาวเคราะห์ในที่สุด บริเวณที่ใกล้ protosun ซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณที่ไกลออกไป ประกอบกับการชนกันของอนุภาคต่าง ๆ ร่วมกับความเร่งอันเนื่องมาจากแรงโน้มถ่วงทำให้ดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้กับ protosun ประกอบด้วยแร่ธาตุต่าง ๆ บางครั้งจะเรียกว่า rocky planet ในส่วนของดาวเคราะห์ที่กำลังก่อตัวในที่ไกลออกไปซึ่งอุณหภูมิจะต่ำกว่า จะทำให้ก๊าซและโมเลกุลของสารที่มีความเสถียรน้อยรวมตัวกันเป็นของแข็งทำให้ดาวเคราะห์ที่อยู่ไกลออกไปมีขนาดใหญ่ ดาวพุธและดาวศุกร์ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากที่สุดจะมีก๊าซไฮโดรเจนและฮีเลียมเพียงเล็กน้อย ในขณะที่ดาวพฤหัสและดาวเนปจูนจะประกอบไปด้วยก๊าซทั้งสองชนิดเป็นส่วนใหญ่

1.4 The Origin of the Earth and the Ocean

การเกิดของโลกก็เกิดจากการรวมตัวของอนุภาคต่างๆเช่นเดียวกับดาวเคราะห์ดวงอื่นๆ ต่อมาโลกจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น เนื่องจากมีสะเก็ดดาวจำนวนมากพุ่งเข้าชน ทำให้มีการถ่ายทอดพลังงานและจากการสลายตัวของสารกัมมันตภาพรังสีภายใน ถึงแม้ว่าอุณหภูมิที่สูงขึ้นอันเนื่องมาจากการสลายตัวนี้ไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกริยานิวเคลียร์ แต่จะทำให้ภายในโลกหลอมเหลว ธาตุหนักเช่นเหล็กและนิกเกิลจะก่อตัวเป็นแกนกลางของโลกในขณะที่ธาตุเบาเช่น คาร์บอน และแร่ที่มีน้ำหนักเบาเช่นควอทซ์จะก่อตัวเป็น mentle และ crust ขบวนการดังกล่าวเรียกว่า density stratification ซึ่งใช้เวลาประมาณ 100 ล้านปี

เมื่อโลกเริ่มเย็นตัวลงทำให้พื้นผิวภายนอกแข็งตัวซึ่งเริ่มขึ้นเมื่อ 4.6 พันล้านปีก่อน แสงจากอาทิตย์ที่เพิ่งก่อตัวขึ้นก็เริ่มสาดส่องมายังโลก ซึ่งในขณะนั้นถูกห่อหุ้มด้วยกลุ่มก๊าซ ทำให้เริ่มเกิดชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ก็จะเกิดการระเบิดของภูเขาไฟ ก๊าซที่เกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟจะประกอบด้วยไอน้ำ, ก๊าซไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์เรียกว่า outgassing ไอร้อนของก๊าซเหล่านี้จะก่อตัวเป็นเมฆปกคลุมชั้นบรรยากาศ เมื่อไม่นานมานี้นักดาราศาสตร์ยังพบอีกว่า ในช่วงเวลาดังกล่าวมีดาวหางน้ำแข็งเล็ก ๆ อีกนับล้านลูกพุ่งเข้ามาชนโลกซึ่งเป็นการเพิ่มปริมาณไอน้ำในชั้นบรรยากาศให้มากขึ้นอีกทางหนึ่ง

ในช่วงเวลาดังกล่าวพื้นผิวของโลกถึงแม้จะเย็นตัวลงเป็นผิวโลก แต่อุณหภูมิก็ยังสูงกว่าจุดเดือดของน้ำมากทำให้ไม่มีน้ำอยู่บนผิวโลก แสงอาทิตย์ไม่สามารถส่องผ่านชั้นของไอน้ำที่หนาทึบเข้ามาสู่ผิวโลกได้ โลกอยู่ในสภาวะดังกล่าวประมาณ 1 ล้านปีจนไอน้ำที่ปกคลุมโลกกลั่นตัวเป็นฝนที่มีอุณหภูมิสูง (hot rain) จัดเป็นฝนที่ตกหนักครั้งใหญ่ที่สุดโดยกินเวลาประมาณ 10ล้านปี พื้นผิวของโลกเย็นลงและน้ำฝนเริ่มมีการขังตัวและละลายแร่ธาตุจากหินบนพื้นผิวโลก น้ำบางส่วนระเหยขึ้นไปเย็นตัวลงแล้วตกลงมาเป็นฝนอีกครั้งและเกิดการสะสมของน้ำนี่คือจุดเริ่มของมหาสมุทร เมื่อน้ำสะสมกันมีปริมาณมากน้ำในมหาสมุทรก็มีความลึกเพิ่มขึ้น และส่วนที่เป็น crust ของเปลือกโลกก็จะหนาขึ้นเรื่อย ๆ และบางส่วนมีการทำปฏิกิริยาทางเคมีสารต่าง ๆ ในมหาสมุทร

จากการศึกษาเมื่อไม่นานมานี้พบว่าพื้นที่ทั้งหมดของโลกถูกปกคลุมด้วยน้ำประมาณ 200 ล้านปีก่อนที่จะเกิดพื้นทวีปขึ้น ถึงแม้ว่ามหาสมุทรจะเริ่มเกิดขึ้นเมื่อ 4 พันล้านปีที่แล้วแต่ก็ยังมีการขยายตัวอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจจุบันอันเนื่องมาจากการระเบิดของภูเขาไฟ ทำให้ปริมาณของน้ำในมหาสมุทรเพิ่มมากขึ้นประมาณ 0.1 ลูกบาศก์เมตรต่อปี

องค์ประกอบของชั้นบรรยากาศในระยะเริ่มแรก (early atmosphere) เมื่อ 3.5 พันล้านปีที่แล้ว จะประกอบไปด้วยมีเทน แอมโมเนีย คาร์บอนไดออกไซด์  ไอน้ำและก๊าซอื่น ๆ การเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบของก๊าซจนมีไนโตรเจนและออกซิเจนเป็นองค์ประกอบหลักในปัจจุบัน เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและการผลิตออกซิเจนจากขบวนการสังเคราะห์แสงของพืช