Глава 03. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ (1119266)
Текст из файла
57Глава 3. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯИСТОРИЯ3.1. Происхождение Солнечной системыВажным вопросом происхождения звезд и окружающих их планетных системявляется источник вещества, из которого эти системы формировались.
В настоящее времяэта проблема рассмотрена обстоятельно и подробно в специальных работах и обзорныхмонографиях по астрофизике и космохимии (Зельдович, Новиков, 1971, 1975; Шкловский,1975, 1976; и др.). Общедоступное изложение этих интересных, но очень сложныхпроблем приведено, например, в монографиях А. Аллера (1976), Х. Альвена, Г. Аррениуса(1979), Р.Дж.
Тейлера (1975, 1981), У. Кауфмана (1982) и др. Здесь же напомним лишьосновные положения идеи, лежащей в основе гипотезы происхождения Солнца и планетСолнечной системы.Согласно современным космогоническим представлениям, исходное газопылевоепротосолнечно-протопланетное облако образовалось из межзвездного газа и скопленияпыли, характерных для нашей и других галактик.
Происхождение же вещества этихскоплений связано со взрывами крупных звезд (по массе превышающих в несколько размассу Солнца), полностью прошедших свой эволюционный путь. Обычно финальныевзрывы таких крупных звезд называют вспышками “сверхновых” звезд, поскольку накороткое время их светимость возрастает в миллиарды раз, они становятся наиболееяркими объектами в своих галактиках и воспринимаются нами как вспышки новых звездна привычном фоне “старого” небосвода.Напомним, что первоначально, в момент образования нашей Вселенной во время“Большого взрыва” около 20 млрд лет назад, пространство заполнялось толькоизлучением и стремительно расширяющимся веществом – протонами, электронами,ядрами гелия (до 25%), нейтрино и некоторыми другими элементарными частицами. Всеболее тяжелые элементы в то время еще не успели образоваться (тогда их просто несуществовало).После возникновения на флуктуационных сгустках вещества первых протогалактикв них тогда же возникли и первые массивные, но примитивные водородно-гелиевыепротозвезды.
Под влиянием гравитационного сжатия этих протозвезд в их недрахподнялись температура и давление, что, в свою очередь, привело к возникновениюядерных реакций синтеза (ядерного “горения”). В результате в центральных областяхтаких звезд постепенно и последовательно стали образовываться все более тяжелыеэлементы вплоть до железа.Как показывает теория, крупные звезды (превышающие массу Солнца в несколькораз) неустойчивы и заканчивают свою эволюцию гигантскими взрывами. Причем такаяфатальная эволюция массивных звезд происходит тем быстрее, чем бóльшей была ихисходная масса. Сами же взрывы “сверхновых” звезд возникают тогда, когда в их недрахполностью исчерпывается основной запас легких элементов и формируется ядро,состоящее только из железа и никеля, т.е.
из элементов с наименьшей внутреннейэнергией ядерных связей протонов и нейтронов в атомных ядрах. Напомним, чтопотенциальная энергия связи ядерных частиц в атомных ядрах отрицательная, поэтомуэлементы с наименьшей внутренней ядерной энергией оказываются наиболееустойчивыми и стабильными. В результате в ядрах таких массивных звезд, прошедшихсвой эволюционный путь, полностью прекращаются все ядерные реакции, перестаетгенерироваться тепловая энергия, препятствующая их сжатию, и они под влиянием уженичем не сдерживаемых сил тяготения начинают стремительно сжиматься(коллапсировать). Под влиянием гигантских давлений, возникающих в недрах массивныхзвезд во время их коллапса, электроны как бы “вжимаются” в ядра железа, превращая58протоны в нейтроны, а само ядро звезды – в сплошной “сгусток” нейтронов или даже в“черную дыру”.Процесс гравитационного коллапса вещества звездного ядра долженсопровождаться столь же стремительным “обрушением” газовой оболочки звезды и какследствие этого возникновением в ней ударных волн с катастрофически резкимвозрастанием температуры и давления газа в оболочке.
Но в противоположностьжелезному ядру коллапсирующей звезды в ее оболочке еще сохраняется много водорода,гелия и других легких элементов (C, O, Mg, Si и др.), способных участвовать в реакцияхядерного синтеза. К тому же вещество звездной оболочки в это время должно интенсивнооблучаться нейтронными потоками, излучаемыми коллапсирующим ядром звезды.Поэтому резкое повышение давления, температуры и нейтронных потоков в оболочкетакой звезды приводит к столь же стремительному и лавинообразному ускорениюпротекания всех ядерных реакций синтеза с выделением за короткое время гигантскойэнергии.
В результате за считанные минуты, а то и секунды в оболочке коллапсирующейзвезды выделяется столько же энергии, сколько ее могло бы выделиться за многиемиллионы лет эволюционного (спокойного) развития такой звезды. Это вызываетускоренное протекание всевозможных реакций ядерного синтеза стабильных ирадиоактивных элементов с образованием всей гаммы их изотопов, в том числе и болеетяжелых элементов, чем железо. Выделение колоссальной энергии в нижних частяхзвездной оболочки приводит к ядерному взрыву звезды и к сбрасыванию ее оболочки вмежзвездное пространство. Преобразованное вещество оболочки стремительноразлетается в стороны, а на месте бывшей “нормальной” звезды остается маленькая, ноочень плотная (ρ ≥ 1014 г/см3) нейтронная звезда (пульсар) или даже “черная дыра”.Рассеянное вещество от многих взорвавшихся звезд постепенно формирует вгалактиках межзвездные газопылевые облака.
Когда масса такого облака (в его сгустках)достигает некоторой критической величины, начинается процесс самогравитации облака,его уплотнения, разогрева и конденсации в новую звезду. За время существованияВселенной уже сменилось несколько поколений звезд, рассеявших свое вещество помежзвездному пространству. При этом исходным материалом для формирования каждойновой генерации звезд служило вещество, сброшенное предыдущим поколениемсверхновых звезд.Наша Солнечная система по сравнению с возрастом Вселенной (около 20 млрд лет)возникла сравнительно недавно – 4,7 млрд лет назад.
Поэтому и суммарный составвещества, послуживший основой для формирования нашей Солнечной системы, долженнести следы длительной истории развития Вселенной. Однако нахождение в метеоритахследов распада некоторых из короткоживущих изотопов элементов, например 244Pu, 129I и26Al, говорит о том, что незадолго перед образованием Солнечной системы произошливзрывы, по крайней мере, двух сверхновых звезд, причем последний из этих взрывов,обогативший протопланетное вещество изотопами 26Al и 129I, скорее всего послужилтолчком к началу формирования нашего Солнца и его планетной системы.Происхождение планет Солнечной системы, включая Землю, неоднократноизлагалось во многих статьях и монографиях (Сафронов, 1969; Рускол, 1975; Витязев идр., 1990), а также в популярных книгах (Шмидт, 1948; Кауфман, 1982; Фишер, 1990; идр.). Поэтому здесь на этом вопросе подробно останавливаться не будем, а дадим лишьобщее описание процесса.
Возникновение же и эволюцию системы Земля–Луна мырассмотрим отдельно и более подробно.Согласно современным космогоническим представлениям, заложенным О.Ю.Шмидтом еще в начале 40-х годов, планеты Солнечной системы, в том числе Земля иЛуна, образовались за счет аккреции (слипания и дальнейшего роста) твердых частицгазопылевого протопланетного облака.
Обычно исходная плотность межзвездных облаковбывает недостаточной для гравитационного сжатия и развития в них самопроизвольных59процессов звездо- и планетообразования. Однако взрывы сверхновых сопровождаютсявозникновением в межзвездной среде ударных волн. Если такие волны пересекаютгазопылевое облако, то на их фронте резко повышаются давление и плотность вещества, врезультате чего могут возникнуть сгущения, способные в дальнейшем к сжатию уже засчет самогравитации. Поэтому взрывы сверхновых звезд не только поставляют новоевещество в космическое пространство, но и служат тем механизмом, который в концеконцов приводит к формированию новых поколений звезд и окружающих их планетныхсистем.По-видимому, именно такая ситуация возникла около 4,7 млрд лет назад вокрестностях протосолнечного газопылевого облака.
Получив импульс начального сжатияи вращения, а также пополнившись новым веществом, это облако в дальнейшем началонеобратимо сжиматься уже под действием собственного гравитационного поля. По мересжатия давление и температура в центральной части облака стали быстро повышаться, ипостепенно в этой зоне сформировался гигантский газовый сгусток – Протосолнце.Однако вначале, до “зажигания” ядерных реакций и выхода Протосолнца на главнуюпоследовательность развития звезд, его температура была сравнительно невысокой (неболее 900–1000 °С), а излучение происходило главным образом в инфракрасном икрасном диапазонах спектра.Одновременно со сжатием протосолнечного облака под влиянием центробежных игравитационных сил его периферийные участки постепенно стягивалиськэкваториальной плоскости вращения, превращаясь в плоский чечевицеобразный диск –протопланетное облако.
Плотность вещества в протопланетном облаке быстро возрастала,особенно в экваториальной плоскости вращения, а траектории движения частиц в нем подвлиянием все более частых соударений и турбулентного торможения постепенноприближались к круговым кеплеровским орбитам.Межзвездные облака, как правило, состоят из смеси газов и пылевых частицмикронного размера.
Среди газов преобладают водород и гелий, но заметную роль играюти такие летучие соединения, как H2O, CO, CO2, CH4, NH3, N2 и некоторые другие газы.Состав пылевых частиц скорее всего соответствует смеси сравнительно тугоплавкихокислов металлов и силикатов с самими металлами, их сульфидами и в меньшей степени сгидросиликатами и карбонатами. В космическом пространстве такие пылевые частицымогут расти только путем сорбции из газовой фазы атомов металлов и молекул их окисловили сульфидов на поверхности самих частиц. Но в связи с исключительно большойразреженностью межзвездного вещества процесс этот развивался крайне медленно.Иная ситуация складывалась в начавшем сжиматься протопланетном облаке.
Сповышением в нем плотности вещества резко возрастала вероятность столкновениячастиц и их слипания, в результате чего тогда появились первые, правда, еще оченьрыхлые и мелкие (порядка сантиметров, а потом и метров) комки вещества,напоминавшие собой грязный снег. Дальнейшее уплотнение роя этих первичных комковспособствовало их ускоренному росту с постепенным превращением в более крупныетела – зародыши будущих планет – планетезимали, поперечные размеры которых ужемогли достигать многих километров. При этом у наиболее крупных планетезималей(первичных протопланетных тел), размерами до нескольких сотен километров, уже сталипроявляться собственные заметные гравитационные поля, что еще более увеличивало ихэффективные поперечные сечения захвата мелких тел. Поэтому мелкие тела выпадали наболее крупные, увеличивая их еще больше, в результате чего крупные планетезималиросли быстрее мелких.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
