Lịch sử

Các nhà khoa học đã có thể khôi phục lại các thông tin chi tiết về quá khứ của Trái Đất. Những ngày đầu tiên của hệ Mặt Trời là vào khoảng 4,5672[25] ± 0,0006 tỷ năm trước, và vào khoảng 4,54 tỷ năm trước (độ sai lệch nằm trong khoảng 1%)[14][15][16][17] Trái Đất và các hành tinh khác trong hệ Mặt Trời đã hình thành từ tinh vân Mặt Trời – đám mây bụi và khí dạng đĩa do Mặt Trời tạo ra. Quá trình hình thành Trái Đất được hoàn thiện trong vòng 10 triệu đến 20 triệu năm.[26] Lúc đầu ở dạng nóng chảy, lớp vỏ ngoài của Trái Đất nguội lại thành chất rắn trong khi nước bắt đầu tích tụ trong khí quyển. Mặt Trăng hình thành ngay sau đó cách đây khoảng 4,53 tỷ năm,[27] là kết quả của sự va chạm sượt qua giữa một vật thể có kích thước bằng Sao Hỏa (đôi khi được gọi là Theia) và có khối lượng bằng khoảng 10% khối lượng của Trái Đất, với Trái Đất.[28] Một phần khối lượng của vật thể này đã sáp nhập vào Trái Đất, phần còn lại bắn vào không gian theo một quỹ đạo phù hợp tạo ra Mặt Trăng.

Khí thải và các hoạt động của núi lửa tạo ra các yếu tố sơ khai của bầu khí quyển. Quá trình ngưng tụ hơi nước gia tăng bởi băng và nước ở dạng lỏng được cung cấp bởi các thiên thạch và các tiền hành tinh lớn hơn, các sao chổi, và các vật thể ở xa hơn Sao Hải Vương tạo ra các đại dương.[29] Hai giả thiết chính về sự phát triển của các lục địa được đề xuất là:[30] phát triển từ từ cho đến ngày nay [31] hoặc nhanh chóng phát triển trong quá khứ.[32] Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng phương án thứ hai khả quan hơn, với tốc độ phát triển ban đầu nhanh của các lớp vỏ lục địa[33] theo sau bởi một quá trình phát triển diện tích lục địa chậm và dài.[34][35][36] Trong niên đại địa chất, khoảng thời gian hàng trăm triệu năm, bề mặt Trái Đất liên tục thay đổi hình dạng của chính nó dưới dạng các lục địa hình thành và phân rã. Các lục địa di chuyển trên bề mặt, đôi khi kết hợp với nhau để tạo thành một siêu lục địa. Khoảng 750 triệu năm trước, một trong những siêu lục địa được biết sớm nhất là Rodinia, đã bắt đầu chia tách. Các lục địa sau đó lại kết hợp với nhau để tạo ra Pannotia, 600 – 540 triệu năm trước, cuối cùng là Pangaea chia tách vào khoảng 180 triệu năm trước.[37]

Quá trình tiến hóa của sự sống

Hiện nay, Trái Đất là ví dụ duy nhất về một môi trường cho phép duy trì sự tiến hóa.[38] Người ta tin rằng các chất hóa học giàu năng lượng đã tạo ra các phân tử tự sao chép trong khoảng 4 tỷ năm trước đây, và trong nửa tỷ năm sau đó thì tổ tiên chung cuối cùng của các dạng sống trên Trái Đất bắt đầu xuất hiện.[39] Sự phát triển của khả năng quang hợp cho phép năng lượng Mặt Trời được hấp thụ trực tiếp bởi các dạng sống; và sau đó ôxy sản phẩm tích tụ dần trong bầu khí quyển và hình thành tầng ôzôn (một hình thức phân tử khác của ôxy - O3) ở tầng cao của bầu khí quyển. Sự tập hợp các tế bào nhỏ trong một tế bào lớn hơn dẫn đến quá trình phát triển các tế bào phức tạp gọi là các sinh vật nhân chuẩn.[40] Các sinh vật đa bào thực sự hình thành dưới dạng các tế bào trong một tập đoàn cá thể ngày càng trở nên chuyên môn hóa. Nhờ tầng ôzôn hấp thụ các bức xạ tia cực tím có hại, sự sống bắt đầu phát triển trên bề mặt Trái Đất.[41]

Kể từ thập niên 1960, đã có một giả thiết rằng hoạt động của các sông băng trong khoảng từ 750 đến 580 triệu năm trước, trong đại Tân Nguyên sinh, đã phủ một lớp băng lên bề mặt Trái Đất. Giả thiết được gọi là "Địa Cầu tuyết", và được đặc biệt quan tâm vì nó tiếp nối giả thiết về sự bùng nổ sự sống trong kỷ Cambri, khi sự sống đa bào bắt đầu tăng trưởng mạnh.[42]Sau sự bùng nổ ở kỷ Cambri, khoảng 535 triệu năm trước, đã xảy ra năm cuộc đại tuyệt chủng.[43] Cuộc đại tuyệt chủng cuối cùng diễn ra cách đây 65 triệu năm, xảy ra có thể là do một thiên thạch đâm vào Trái Đất, đã gây ra cuộc đại tuyệt chủng của khủng long và các loài bò sát lớn, nhưng bỏ qua các loài động vật có kích thước nhỏ như các loài động vật có vú, mà khi đó trông giống như chuột. Trong 65 triệu năm qua, các dạng sống máu nóng ngày càng trở nên đa dạng, và một vài triệu năm trước đây thì một loài động vật dáng vượn ở châu Phi đã có khả năng đứng thẳng.[44] Điều này cho phép chúng sử dụng công cụ và thúc đẩy giao tiếp cũng như cung cấp các chất dinh dưỡng và các yếu tố kích thích cần thiết cho một bộ não lớn hơn. Sự phát triển của nông nghiệp, và sau đó là sự văn minh, cho phép con người trong một khoảng thời gian ngắn gây ảnh hưởng đến Trái Đất nhiều hơn bất kì một dạng sống nào khác,[45] thậm chí cả tính chất cũng như số lượng của các loài sinh vật khác.Các thời kỳ băng hà bắt đầu từ 40 triệu năm trước và phát triển trong suốt thế Pleistocen vào khoảng 3 triệu năm trước. Chu kì hình thành và tan băng lặp đi lặp lại trong các vùng cực theo chu kì 40-100 nghìn năm. Thời kỳ băng hà gần đây kết thúc vào khoảng 10.000 năm trước.[46]

Tương lai

Tương lai của hành tinh này có quan hệ mật thiết với Mặt Trời. Là kết quả của sự tăng cường nguyên tử heli một cách từ từ trong lõi của Mặt Trời, độ sáng của ngôi sao này đang từ từ tăng lên. Độ sáng của Mặt Trời sẽ tăng 10% trong 1,1 tỷ năm tới, 40% trong 3,5 tỷ năm tới.[47] Các mô hình khí hậu chỉ ra rằng việc các tia phóng xạ chạm đến Trái Đất nhiều hơn sẽ tạo nên các hậu quả khủng khiếp, bao gồm sự biến mất của các đại dương.[48]

Sự tăng nhiệt độ trên bề mặt Trái Đất sẽ đẩy nhanh chu trình CO2 phi sinh học, giảm mật độ của khí này cho đến khi các loài thực vật chết (10 ppm đối với thực vật C4) trong vòng 900 triệu tới 1,2 tỷ năm. Sự thiếu hụt các loại cây xanh sẽ tạo ra hiện tượng thiếu ôxy trong bầu khí quyển, khiến cho các loại động vật trên Trái Đất sẽ bị tuyệt chủng hoàn toàn trong vài triệu năm sau đó, sự sống sẽ chỉ còn lại các dạng đơn giản sống trong các túi nước nằm sâu trong lòng đất hoặc ở 2 vùng cực.[49] Tới 1,3 tỷ năm sau, các sinh vật nhân chuẩn sẽ tuyệt chủng, chỉ còn các sinh vật nhân sơ còn sống. Tới 2,8 tỷ năm sau, nhiệt độ Trái Đất sẽ lên tới 147 độ C ngay cả ở vùng cực, toàn bộ nước trên bề mặt sẽ biến mất và sự sống sẽ hoàn toàn bị tiêu diệt[19] và nhiệt độ trung bình toàn cầu sẽ đạt tới 70 °C.[49] Trái Đất được mong đợi rằng có thể hỗ trợ sự sống thêm 500 triệu năm nữa,[50] dù thời gian này có thể kéo 2,3 tỉ năm nếu nitơ được loại bỏ khỏi bầu khí quyển.[51] Cho dù Mặt Trời có tồn tại vĩnh cửu và không thay đổi, quá trình lạnh đi của Trái Đất sẽ khiến cho lượng CO2 giảm dần do sự suy giảm của các hoạt động núi lửa[52] và 35% nước của các đại dương lặn xuống lớp phủ do quá trình lưu thông hơi nước của sống núi giữa đại dương giảm.[53]

Mặt Trời, trong quá trình tiến hóa của nó, sẽ trở thành một sao khổng lồ đỏ trong khoảng 5 tỷ năm nữa. Các mô hình cho thấy rằng Mặt Trời sẽ mở rộng, tăng bán kính lên gấp 250 lần hiện tại, xấp xỉ 1 AU (150.000.000 km).[47][54] Tương lai của Trái Đất kém rõ ràng hơn. Dưới dạng một sao khổng lồ đỏ, Mặt Trời sẽ mất đi 30% khối lượng, khiến cho, không tính đến các ảnh hưởng về thủy triều, Trái Đất sẽ chuyển đến quỹ đạo 1,7 AU (250.000.000 km) so với Mặt Trời khi ngôi sao này đạt đến bán kính tối đa. Do đó người ta hy vọng rằng Trái Đất sẽ thoát khỏi được lớp không khí bao quanh Mặt Trời, dù rằng phần lớn, không phải tất cả, các loài sinh vật còn lại cũng sẽ nhanh chóng bị tuyệt chủng khi độ sáng của Mặt Trời tăng lên.[47] Nhưng, các mô phỏng gần đây cho thấy quỹ đạo của Trái Đất sẽ biến mất do tác dụng của thủy triều và lực hút, làm cho nó bị hút vào bầu không khí bao quanh Mặt Trời và bị phá hủy.[54]