Нас интересует состав солнечной атмосферы потому, что Земля образована из того самого материала, который входил когда-то в солнечную атмосферу.
Примерно около трех миллионов лет тому назад от поверхности Солнца оторвался ряд газовых сгустков, из которых в дальнейшем стали формироваться все планеты солнечной системы.
Тот газовый сгусток, из которого возникла Земля, был сравнительно очень маленьким образованием в мире звезд. Он легко рассеивал свое тепло в холодное межпланетное пространство и поэтому подвергался сравнительно быстрому охлаждению. При этом пары наиболее легко сжижаемых веществ должны были в нем сгуститься в капли, которые под влиянием силы тяжести падали, к центру будущей планеты. Таким образом, уже на очень ранних стадиях формирования Земли в центре породившего ее газового сгустка возникло массивное раскаленное ядро, вокруг которого в дальнейшем стали формироваться и остальные части планеты.
Наряду с другими элементами солнечной атмосферы в состав газового сгустка, из которого формировалась будущая Земля, вошел и углерод. Как отмечалось уже выше, среди всех других элементов углерод выделяется своей исключительной тугоплавкостью. Уже при температуре в несколько тысяч градусов газовые частички углерода начинают слипаться, соединяться между собой, образуя капельки или маленькие кристаллы. Это должно было произойти и при охлаждении газового сгустка. Углерод из пара перешел в жидкое или твердое состояние и в виде углеродного дождя или снега выпал и вошел в состав первичного земного ядра. Наряду с углеродом сюда же вошли и другие наиболее тугоплавкие вещества, в первую очередь различного рода тяжелые металлы, в частности железо, которое в громадных количествах находится, в солнечной атмосфере и которое составляло существенную часть породившего Землю газового сгустка.
При последующем охлаждении на первичное земное ядро стали отлагаться и другие, более трудно сжижаемые соединения различных элементов. Они, образовав вышележащие оболочки Земли, так называемые геосферы.
Изучение современного строения Земли полностью подтверждает только что нарисованную картину возникновения нашей планеты. Сейчас может считаться строго доказанным существование в центре земного шара металлического ядра радиусом в 3 470 километров и удельным весом, превышающим удельный вес железа. Это ядро одето рядом оболочек. Непосредственно над ядром находится промежуточная геосфера толщиною в 1 700 километров. Над этой так называемой рудной оболочкой находится каменная оболочка — литосфера — толщиной в 1 200 километров. Дальше, на поверхности Земли мы имеем водную оболочку морей и океанов — гидросферу — и, наконец, газовую оболочку — атмосферу. Все эти геосферы постепенно возникали при формировании Земли. Таким образом, первоначально образовавшееся в центре газового сгустка земное ядро оделось такой мощной оболочкой, что оно стало недосягаемо для непосредственных наблюдений и исследований. Но, несмотря на это, основываясь на ряде данных, мы можем довольно точно установить химический состав земного ядра. Главнейшую его часть составляет железо, к которому примешаны и некоторые другие металлы, например, никель, кобальт, хром. В значительных количествах в его состав входит и интересующий нас элемент — углерод. С железом и другими металлами он образует особого рода соединения, носящие названия карбидов. Мы хорошо знаем эти соединения, так как легко можем их получить искусственным путем при высоких температурах. В частности, при плавке чугуна в доменных печах образуются в большом количестве карбиды, представляющие соединения углерода с железом.
Присутствие карбидов в составе центрального ядра Земли доказано наукой и в настоящее время не подлежит никакому сомнению. Но сейчас эти соединения углерода отделены от земной поверхности такой мощной корой горных пород, что лишь в очень редких, исключительных случаях мы наблюдаем их выход на земную поверхность. Иначе дело обстояло в раннюю эпоху существования нашей планеты. Тогда оболочка горных пород была сравнительно тонкой и непрочной. В результате ряда причин она давала складки, морщилась и разрывалась, а карбиды центрального ядра извергались или изливались на земную поверхность и приходили в соприкосновение с тогдашней атмосферой.
Что представляла собой эта атмосфера? Современная нам атмосфера, воздух, который сейчас нас окружает, состоит в основном из кислорода и азота. Первичная атмосфера не содержала в себе ни одного этих газов. Она почти целиком состояла из перегретого водяного пара. Вся вода современных морей и океанов должна была тогда находиться в виде водяного пара, окутывающего земной шар мощной оболочкой. С этим перегретым паром и пришли в соприкосновение извергнутые на земную поверхность раскаленные огненно жидкие карбиды.
Что при этом произошло? Еще великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев в свое время показал, что при взаимодействии карбидов (в частности карбидов железа) с водяным паром образуются углеводороды, те самые соединения углерода и водорода, о которых мы говорили выше. Такого же рода соединения должны были в громадных количествах образоваться и на земной поверхности.
Следы этого грандиозного процесса мы находим при изучении химического состава атмосферы других планет нашей солнечной системы, в частности при изучении атмосферы Юпитера и Сатурна. В недавнее время удалось с несомненностью доказать, что в состав этих атмосфер входит очень большое количество углеводородов. Они возникли здесь таким же путем, как и на поверхности Земли. Но так как Юпитер и Сатурн удалены от солнца на значительно большее расстояние, чем Земля, на их поверхности царит очень низкая температура (135 градусов ниже нуля). При такой температуре прекращалось всякое дальнейшее химическое изменение углеводородов, и поэтому они сохранились до настоящего времени в неизменном, так сказать, «замороженном» состоянии.