Ten artykuł dotyczy historii Ziemi. Zapoznaj się również z: Historia gatunku ludzkiego.

Fotografia Ziemi z roku 1972

Historia Ziemi obejmuje okres około 4,6 miliarda lat (4 567 000 000 lat), od uformowania się planety z mgławicy słonecznej do czasów współczesnych. Niniejszy artykuł przedstawia zarys jej historii i podsumowuje wiodące teorie naukowe. Aby ułatwić czytelnikowi umiejscowienie opisywanych zdarzeń na osi czasu, w artykule posłużono się analogią, odwzorowując dzieje naszej planety na 24-godzinną dobę. Godzinie 00:00 w tym modelu odpowiada moment powstania Ziemi 4,567 miliarda lat temu, natomiast godzinie 24:00 odpowiadają czasy nam współczesne. Oznacza to, że każdej sekundzie umownego "życia" Ziemi w naszym modelu odpowiada 53 000 lat czasu rzeczywistego. Wielki Wybuch, podczas którego powstał Wszechświat, nastąpił około 13,7 miliarda lat temu, co oznacza, że nastąpił około trzech "dni" temu czyli dwa "dni" przed rozpoczęciem historii Ziemi.

Powstanie Ziemi

Artystyczne wyobrażenie dysku protoplanetarnego, formującego się naokoło gwiazdy

 Osobny artykuł: Powstanie i ewolucja Układu Słonecznego.

Ziemia powstała jako część tworzącego się Układu Słonecznego, który uformował się z wielkiej wirującej chmury gazu, pyłu i skał. Zawarty w mgławicy wodór i hel pochodziły głównie z Wielkiego Wybuchu. Cięższe pierwiastki aż do węgla mogły powstać w wyniku syntezy termojądrowej w gwiazdach, a pierwiastki o większych liczbach atomowych powstały podczas wybuchów supernowych. Oznacza to, że przynajmniej część materii obecnego Układu Słonecznego pochodzi z wcześniejszych gwiazd, w tym i z supernowych.

Około 4,6 miliarda lat temu, prawdopodobnie nieodległa gwiazda zapadła się w supernową wyrzucając z siebie z dużą prędkością zewnętrzne fragmenty. Powstała w ten sposób fala uderzeniowa (strumień materii) przechodząc przez mgławicę słoneczną zainicjowała zagęszczanie się materii, wprawiając (lub zwiększając) jednocześnie jej ruch obrotowy. W wyniku przyciągania grawitacyjnego zagęszczenie zapadało się coraz szybciej. Zmniejszanie rozmiarów zwiększało prędkość obrotową mgławicy, materia znajdująca się w płaszczyźnie obrotu obracająca się odpowiednio szybko zapadała się w mniejszym stopniu i w wyniku tego obłok przekształcił się w dysk protoplanetarny. Większość masy (ponad 99%) dysku skoncentrowała się w jego centralnej części. Zapadanie grawitacyjne materiału mgławicy przekształcało energię grawitacyjną obłoku w energię cieplną. W centrum mgławicy szybkość przemiany energii grawitacyjnej w cieplną przewyższała szybkość przenoszenia tej energii na zewnątrz, co prowadziło do znacznego rozgrzania się centralnej części dysku. Powstała w efekcie gwiazda typu T Tauri. Dalsze zapadanie wywołało reakcję termojądrową przemieniającą atomy wodoru w hel i Słońce stało się gwiazdą ciągu głównego w swej wczesnej fazie egzystencji.

Jednocześnie z tworzeniem się Słońca w wirującym dysku zachodziły procesy tworzenia się planet. Materia wirująca z odpowiednią prędkością nie spadała do centrum. Powstające w dysku niejednorodności narastały i powiększały się, różnice w prędkości obrotowej sprawiały, że zagęszczenia przyjmowały najpierw formę pierścieni, później, gdy wystąpiły w nich większe gęstości, pod wpływem grawitacji trwał lokalny proces dalszego ich zagęszczania. Sukcesywnie dochodziło do kolizji różnych obiektów, co prowadziło do powiększania ich masy. Ważną rolę odegrały w tym gazy, które wyhamowywały obiekty i umożliwiały im zlepianie się. W ten sposób powstały protoplanety. Jedną z nich, oddaloną od Słońca o około 150 milionów kilometrów, była Ziemia.

Podczas dalszego zagęszczania się i ogrzewania Słońca, reakcja termojądrowa nabrała odpowiedniej wydajności. Powstająca energia rozgrzała Słońce, zapobiegając dalszemu jego zapadaniu. Wysoka temperatura wywołała świecenie gwiazdy oraz wiatr słoneczny, które wywiały z jej okolic resztki gazu i drobnego pyłu. Brak gazu uniemożliwił tworzenie się kolejnych skupień materii. W zderzających się z dużą prędkością drobnych ciałach dominowało kruszenie, takie jakie obserwuje się obecnie w pierścieniach planetarnych. Większość istniejących wówczas drobnych obiektów w późniejszych okresach spadła na planety. Tylko niewielka część tych okruchów pozostała do dziś w Układzie Słonecznym i są one klasyfikowane jako drobne ciała niebieskie.

Księżyc

Animacja (w zmienionej skali) Thei formującej się w piątym punkcie libracyjnym, pod wpływem grawitacji Ziemi uderzającej w planetę i doprowadzającej do powstania Księżyca. Animacja pokazywana jest w jednorocznych etapach, pokazując nieruchomą Ziemię od bieguna południowego.

 Osobne artykuły: Księżyc#Pochodzenie i Teoria wielkiego zderzenia.

Powstanie Księżyca jest nadal niezbadane, ale podobieństwo składu skorupy Księżyca i Ziemi wskazuje na teorię wielkiego zderzenia. Możliwe, że Ziemia nie była jedyną planetą formującą się w odległości 150 milionów kilometrów od Słońca. Teoria ta zakłada istnienie drugiego skupiska materii oddalonego 150 milionów kilometrów od Słońca i Ziemi w ich czwartym lub piątym punkcie libracyjnym. Ta planeta, nazwana Thea, była mniejsza od Ziemi w jej aktualnej postaci, przypominała swoją masą i rozmiarami Marsa. Jej orbita mogła w początkowych stadiach być stabilna, lecz w miarę zbierania przez Ziemię coraz większych ilości materii rosło przyciąganie między tymi planetami, przyciąganie planet destabilizowało stopniowo układ. Thea zmieniała swoje położenie w stosunku do Ziemi do około 4,533 miliarda lat temu, czyli o 00:10 według założonego "dobowego" czasu istnienia Ziemi, kiedy to uderzyła skosem w Ziemię. Mała prędkość (7 - 10 km/s) i mały kąt przy jakich przebiegło zderzenie nie były wystarczające do zniszczenia (rozerwania i rozrzucenia) Ziemi, lecz były na tyle silne by wybić pewną część jej skorupy daleko za atmosferę. Większość materiału Thei pozostała na Ziemi, a jej cięższe fragmenty wniknęły w jądro Ziemi. Część wybitego z Ziemi materiału wraz z pozostałościami gazowymi Thei, które nie brały udziału w zderzeniu, pod wpływem własnej siły grawitacji, w ciągu kilku tygodni zbiły się w jedno ciało niebieskie przybierając formę kuli - Księżyca. Teoria ta wyjaśnia też istnienie w Ziemi dużego i ciężkiego jądra, które odpowiada za wiele zjawisk na Ziemi w tym ziemskie pole magnetyczne i utrzymujące się do dziś ruchy tektoniczne, (na sąsiednich planetach dawno zanikły) które utworzyły kontynenty. Ta sama teoria zakłada również, że zderzenie doprowadziło do przechylenia osi obrotu Ziemi względem jej płaszczyzny wędrówki naokoło Słońca, które odpowiedzialne jest za ziemskie pory roku. Prosty, idealny model powstania Ziemi z dysku protoplanetarnego zakładałby brak takiego nachylenia, co odbiłoby się na braku zróżnicowanych pór roku. Możliwe, że zderzenie przyspieszyło też ruch obrotowy.

Hadeik

 Osobny artykuł: Hadeik.

Erupcje wulkanów były częstym zjawiskiem w pierwszej fazie istnienia Ziemi

Młoda Ziemia we wczesnym hadeiku bardzo się różniła od współczesnej. Nie istniały na jej powierzchni oceany, a atmosfera pozbawiona była tlenu. Była często bombardowana przez planetoidy i materiały pozostałe po uformowaniu się planet Układu Słonecznego. Energia bombardowania, rozpadów radioaktywnych oraz kurczenia się kuli ziemskiej rozgrzewała jej wnętrze i sprawiała, że ówczesna Ziemia była ciałem płynnym. Cięższe substancje wchodzące w jej skład przemieszczały się do jądra planety, zaś lżejsze pozostawały na powierzchni, tworząc poszczególne jej warstwy (patrz Budowa wnętrza Ziemi). Możliwe, że wczesna atmosfera Ziemi powstała z materiału mgławicy słonecznej miała taki sam skład jak atmosfera Słońca i składała się głównie z wodoru i helu, ale zarówno gorąco samej planety, jak i wiatr słoneczny doprowadziły do rozwiania jej najlżejszych składników.

Sytuacja zmieniła się, gdy promień Ziemi osiągnął około 40% swojej dzisiejszej długości, a grawitacja ciała pozwoliła na zatrzymanie w jej pobliżu atmosfery zawierającej wodę. Temperatura Ziemi gwałtownie spadła, ukształtowała się też stała skorupa ziemska. Część obszarów Ziemi była topiona przez większe uderzenia następujące co kilka dekad lub wieków. Mogły one doprowadzać do lokalnego topnienia powierzchni Ziemi i częściowego jej zróżnicowania, w którym lżejsze pierwiastki pozostawały na powierzchni lub był uwalniane do wilgotnej atmosfery.

Powierzchnia Ziemi schładzała się względnie szybko, tworząc w ciągu 150 milionów lat (i kończąc około 00:45 na hipotetycznym zegarze) skorupę. Nowsze badania sugerują, że tworzenie się skorupy ziemskiej trwało 100 milionów lat, co zdaje się potwierdzać pomiar poziomu hafnu dokonany podczas badań w zachodnioaustralijskich wzgórzach Jack Hills. W górach tych znaleziono najstarszy kryształ cyrkonu, którego wiek oszacowano na 4,4 mld lat. Na podstawie badań kryształów z najstarszych skał uważa się że skorupa ziemska istniała już 4,5 mld lat temu. Z tej pierwotnej skorupy nie pozostało prawie nic (poza niewielkimi kryształkami). Wiek najstarszych zachowanych skał szacuje się na 4,2 mld lat. Około 4 do 3,8 miliarda lat temu (czyli o trzeciej lub czwartej nad ranem) Ziemia przeżyła okres wyjątkowo ciężkiego bombardowania asteroidami. Z powłoki ziemskiej wydalana była woda, wulkany odprowadzały do atmosfery także inne gazy, tworząc w ten sposób drugą atmosferę Ziemi. Woda była dostarczana również przez uderzające w Ziemię meteoroidy, pochodzące najprawdopodobniej z asteroid pasa zewnętrznego, dostających się w zasięg pola grawitacyjnego Jowisza, które kierowało je w stronę środka Układu Słonecznego. Ziemia nadal się ochładzała, a w jej atmosferze powstawały chmury. Opady atmosferyczne doprowadziły w ciągu 750 milionów lat (3,8 miliarda lat temu, odpowiednik godziny 4:00 nad ranem, lub nieco wcześniej) do utworzenia się oceanów. Niedawno opublikowane wyniki prac naukowych sugerują, że oceany mogły wytworzyć się już 4,2 miliarda lat temu (o 1:50 według zakładanego 24-godzinnego modelu istnienia Ziemi). Nowo utworzona atmosfera najprawdopodobniej zawierała amoniak, metan, parę wodną, dwutlenek węgla, azot oraz małe ilości innych gazów. Wolny tlen praktycznie nie istniał najprawdopodobniej reagował z wodorem lub minerałami. W tej fazie egzystencji Ziemi, działalność wulkaniczna była znacznie wzmożona, a planeta nie posiadająca warstwy ozonowej była wystawiona na silne promieniowanie ultrafioletowe.

Zaczątki życia

Elementem kodującym informację genetyczną każdego znanego gatunku żywych istot jest kwas deoksyrybonukleinowy, czyli DNA – substancja wielce skomplikowana o równie złożonym systemie działania.

 Osobny artykuł: Historia życia na Ziemi.

Szczegóły powstania życia nie są znane, choć doszło już do ustalenia ogólnych zasad tego procesu. Sugerowano, że życie, a przynajmniej substancje organiczne, mogły przybyć na Ziemię z przestrzeni kosmicznej (patrz "panspermia"), inne zakładają większe prawdopodobieństwo tego, że substancje takie wytworzyły się bezpośrednio na Ziemi. Wszystkie teorie opisujące powstanie życia na Ziemi są do siebie podobne. Jeśli życie powstało na Ziemi, czas jego zaistnienia jest wysoce ulotny – istnieją głosy, że nastąpiło to 4 miliardy lat temu. Analizując skład izotopowy węgla naukowcy potrafią rozpoznać czy dany węgiel brał udział w procesach życiowych. Najstarszy węgiel o składzie świadczącym o pochodzeniu organicznym datowany jest na 3,7 mld lat temu. W jakiś sposób jedna z cząsteczek (lub inny fragment materii) przebywająca wewnątrz naładowanej energią chemiczną mieszanki ziemskiej, uzyskała możliwość powielania samej siebie, za pomocą replikatora. Natura takiej cząsteczki nie jest do końca odkryta, gdyż do czasów współczesnych została ona zastąpiona przez współczesne metody replikacji organizmów – DNA. Tworząc kopie samego siebie, replikator nie zawsze był dokładny: niektóre kopie zawierały "błędy". Jeśli wprowadzona w wyniku błędu zmiana niszczyła możliwość samopowielania, stworzona w ten sposób "linia" materii organicznej wymierała. Z drugiej strony, bardzo nieliczne zmiany mogły spowodować, że replikator działał szybciej lub lepiej – takie "obciążenia" materiału biologicznego stawały się coraz częstsze i "udane". W miarę kurczenia się zasobów materiałowych (swoistego "pożywienia" dla replikowanej materii), przeżywała materia obciążona takimi cechami, które pozwalały na wykorzystanie innych zasobów energii lub zatrzymanie rozwoju innych "odgałęzień" wczesnego życia, kradnąc ich zasoby.

Zasugerowano kilka modeli rozwoju replikatora. Postulowano replikatory o różnej strukturze, w tym składające się z elementów chemii organicznej, takich, jak współcześnie rozumiane proteiny, kwasy nukleinowe, fosfolipidy, kryształy, a nawet systemy kwantowe. Aktualnie nie istnieje metoda badawcza pozwalająca na ustalenie, który z zaproponowanych modeli powstania życia na Ziemi odpowiada prawdzie – o ile którykolwiek z wspomnianych modeli jest w ogóle bliski prawdy. Za przykład w tym artykule posłuży jedna ze starszych teorii, w znacznym stopniu opracowana i uszczegółowiona. Teorię tę poparły doświadczenia w których w roztworach soli, wystarczy dowolne źródło energii (wyładowania elektryczne, promieniowanie elektromagnetyczne, gradient temperatury) by z prostych substancji powstały złożone substancje uznawane za organiczne. Na ówczesnej Ziemi były ogromne ilości energii pochodzącej z działalności wulkanów, błyskawic i promieniowania ultrafioletowego czynniki te wywoływały reakcje chemiczne, których produkty to coraz bardziej skomplikowane molekuły, budowane z prostych związków, takich jak metan i amoniak. Wśród utworzonych w ten sposób prostych substancji organicznych znajdowała się spora liczba "klocków" budujących współczesne życie. W miarę zwiększania się stężenia tej "organicznej zupy", znajdujące się w niej molekuły reagowały ze sobą. W wyniku tych reakcji pojawiały się jeszcze bardziej skomplikowane cząsteczki, możliwe że w zbieraniu i koncentracji materiału organicznego znaczącą rolę odegrała glina. Obecność określonych cząsteczek mogła przyspieszać reakcje chemiczne, które następowały jeszcze przez jakiś czas, w sposób mniej więcej losowy. W pewnym momencie jako produkt jednej z reakcji pojawił się replikator. Miał on ciekawą właściwość wywoływania reakcji, które skutkowały samopowielaniem cząsteczki, co rozpoczęło ewolucję. Inne teorie przedstawiają inny sposób powstania replikatora. Niezależnie jednak od przyjętej teorii, w którymś momencie ewolucji role replikatora przejęła struktura DNA, na której opiera się każda znana dziś forma życia, z wyjątkiem niektórych wirusów (patrz kod genetyczny).