איך נוצר כדור הארץ?

כדור הארץ נולד בתהליך מסועף, שהניח את הבסיס לרבות מהתכונות שאנו רואים סביבנו כיום. מכיוון שכדור הארץ הוא כוכב הלכת היחיד שאנו מכירים מקרוב, חלק ניכר ממה שאנו יודעים ומבינים לגבי ההיווצרות של כוכבי לכת באשר הם מגיע ממנו. אחרי הכול, כדור הארץ נמצא בתוך קבוצה של כוכבי לכת שנוצרו יחד, לצד השמש עצמה, והשפיעו זה על זה באופן משמעותי במהלך התפתחותם. לכן, כדי להבין באמת איך נוצר כדור הארץ, עלינו להבין מה קרה בראשית ימיה של מערכת השמש כולה.

מערכת השמש החלה את דרכה כערפילית, ענן בין-כוכבי המורכב מגזים ומחלקיקים אחרים, ועשוי להתפרס לפעמים על מרחבים עצומים של מאות שנות אור. מבנה הערפילית בחלל נשמר הודות לשיווי משקל הידרוסטטי, כלומר איזון בין שני כוחות מנוגדים הפועלים בתוכה: הנטייה של הגז להתפשט ולהתפזר במרחב (לחץ גזי), מול כוחות הכבידה בין החלקיקים שמושכים אותם זה לזה. כשמשהו שיבש את האיזון העדין הזה – כנראה גל הלם שהגיע מסוּפֶּרנוֹבָה סמוכה, כוחות המשיכה גברו על הלחץ, והחלקיקים המרכיבים את הערפילית נמשכו אל עבר מרכז הכובד שלה, בתהליך המכונה קריסה כבידתית.

רוב החומר שממנו הורכבה הערפילית הקורסת נאסף במרכזה ויצר בסופו של דבר את השמש. אך חלק קטן מאוד ממנו המשיך להסתחרר סביבה ויצר מעין ערפילית קטנה חדשה המכונה “הערפילית השמשית”. מתוך החומר הזה התפתחו בהמשך כוכבי הלכת.

איזון עידן שהופר בעקבות כוח חיצוני. כך אולי נראתה הערפילית השמשית | איור: Science Photo Library

מגושי חומר לכוכבי לכת

על פי התיאוריה הרווחת לגבי היווצרות מערכת השמש שלנו, כוחות משיכה מקומיים שפעלו בין חלקיקי הערפילית השמשית, לצד הירידה ההדרגתית בטמפרטורה שלהם, גרמו להם להתאגד לגופים קטנים רבים, בקוטר של כמה מאות מטרים, שהוסיפו להתנגש זה בזה ולהתאחד. הגופים האלה, שנקראים פלנטסימלים, גדלו בהיקפם במהלך מיליוני השנים הראשונות של מערכת השמש בקצב של כמה סנטימטרים בשנה.

ההרכב של קדם-כוכבי הלכת הללו לא היה אחיד. רוח השמש החזקה המורגשת בחלקים הפנימיים של מערכת השמש לא הניחה לגזים נדיפים כמו מימן ואדי מים להתעבות ולהתמזג עם כוכבי הלכת הצעירים. לפיכך, הפלנטסימלים שהתפתחו סמוך לשמש כללו רק חומרים כבדים כמו מתכות וסלעים. אלה הוסיפו להתאחד זה עם זה, עד שהפכו בסופו של דבר לארבעת כוכבי הלכת הסלעיים הקיימים כיום: חמה (מרקורי), נוגה, כדור הארץ ומאדים.

בחלקים החיצוניים יותר של המערכת, הגזים הנדיפים יכלו להתעבות ואף לקפוא, וכך נוצרו מהם ארבעת כוכבי הלכת הגזיים (ענקי הגז) של מערכת השמש שלנו: צדק, שבתאי, אורנוס (אורון) ונפטון (רהב).

בין שתי הקבוצות הללו של כוכבי הלכת, במרווח שבין מאדים לצדק, התפתחה חגורה צפופה יחסית של אסטרואידים. כוחות המשיכה שהפעיל צדק – כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש – על המרחב הזה, לא הניחו לחומר המוצק שבו להתאחד לכוכבי לכת נוספים. כך הוא שמר במידה רבה על התכונות שהיו לו בראשית ימיה של מערכת השמש.

נראה שהתנגשות אחת, או סדרת התנגשויות, בכדור הארץ הקדום, הובילו גם להיווצרות הירח | איור: Science Photo Library

התנגשויות ענק וירח אחד

ההתנגשויות בין הפלנטסימלים הקדומים היו אירועים רבי עוצמה, והן האחראיות העיקריות לאחת מהתכונות האופייניות ביותר של כדור הארץ: החלוקה שלו לגרעין ולמעטפת בעלי הרכב שונה. ההתנגשויות החוזרות ונשנות יצרו חום רב שהתיך את כדור הארץ הצעיר. בתוך הנוזל הלוהט הזה יכלו היסודות הכבדים יותר, כמו הברזל והניקל, לשקוע אל מרכז כוכב הלכת בהשפעת כוח הכבידה. היסודות הקלים יותר, כמו הצורן (סיליקון) והחמצן, נותרו לצוף מעל לגרעין הברזלי והקיפו אותו בשכבה סלעית עבה שנקראת "מעטפת".

נראה שאחת ההתנגשויות האלה, ואולי כמה מהן, בשלב כלשהו במהלך מאה מיליוני השנים הראשונות לקיומו של כדור הארץ, הובילה להיווצרותו של הירח. זה קרה כנראה כשחלק מהחומר של כדור הארץ ושל הגופים שפגעו בו ניתק מהגוף המרכזי בשל עוצמת הפיצוץ והתאחה לגוף חדש, שנותר לכוד בכוח הכבידה של כוכב הלכת.

היווצרותם של כוכבי הלכת נמשכה כמאה מיליון שנה מרגע קריסתה של הערפילית הראשונית שהולידה את מערכת השמש לפני כ-4.6 מיליארד שנים. אך ההתנגשויות העזות לא פסקו גם אחריה. שינויים הדרגתיים שחלו במסלולם של ענקי הגז סביב השמש השפיעו גם על כוחות הכבידה שפעלו על חגורת האסטרואידים בין מאדים לצדק. ההפרעות הכבידתיות האלה גרמו כנראה לאסטרואידים רבים לסטות ממסלולם היציב סביב השמש ולהתקדם לעברה. חלקם התנגשו בתוך כך בכוכבי הלכת הסלעיים שנקרו בדרכם.

התקופה הזאת מכונה "ההפגזה הכבדה המאוחרת", והיא נחשבת לאחד משלבי הבנייה המרכזיים של כדור הארץ, זה שהביא אותו לגודלו הסופי. ייתכן גם שהאסטרואידים הללו הם המקור למים שמכסים את רוב שטחו של כוכב הלכת שלנו.

לפי מחקרים שהתבססו על התיארוך של שברי אסטרואידים שפגעו בפני הירח כמטאוריטים, ועל ניתוח המכתשים שהותירו על פניו, נראה שתקופת ההפגזה המאוחרת הסתיימה לפני כ-3.8 מיליארדי שנים. זה גם נחשב למועד שממנו והלאה יכלו החיים על פני כדור הארץ להופיע ולהתפתח, מאחר שעד אז פני השטח היו עוינים ביותר. ואכן הראיות המוקדמות ביותר לחיים שנמצאו עד כה מתוארכות לתקופה הזאת.

אולם מחקר חדש שהתפרסם לאחרונה, מעלה את האפשרות שנדידתם של ענקי הגז ברחבי מערכת השמש, ותקופת ההפגזה הכבדה המאוחרת שהתרחשה בעקבותיה, הסתיימו הרבה יותר מוקדם משחשבו עד כה. החוקרים פיתחו מודל ממוחשב חדשני ותיארכו באמצעותו את גילם הממוצע של שרידי מטאוריטים רבים שנמצאו על פני כדור הארץ. מכך הם הסיקו שההפגזה הכבדה המאוחרת הסתיימה כבר לפני 4.45 מיליארדי שנים. אם זה נכון, ממצאים מלמדים שתקופת ההפגזה הכבדה המאוחרת התרחשה יותר מ-500 מיליון שנה לפני מה ששיערו עד כה, כך שהיא מקדימה בהרבה את הממצאים הראשונים המעידים על הופעת החיים בכדור הארץ.