Глава 03. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ (1119266), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Помимо этого заметный вклад в энергетику растущей имолодой Земли должны были вносить ее приливные взаимодействия с Протолуной иЛуной.Общая энергия аккреции Земли огромна (см. раздел 4.1), и ее вполне хватило бы нетолько на полное испарение земного вещества, но и на разогрев возникшей плазмы до36000 °С. Однако энергия аккреции выделялась главным образом в приповерхностныхчастях формирующейся планеты, поэтому генерируемое в ее верхних слоях тепло легкотерялось с тепловым излучением растущей планеты. При этом, естественно, долятеряемого тепла существенно зависела от скорости аккреции планеты и размероввыпадавших на нее планетезималей.
Теория показывает, что одновременно с ростомПротоземли увеличивались размеры планетезималей и энергия их падения на земнуюповерхность. Благодаря этой закономерности температура в недрах молодой Земли могланесколько повышаться от центра к периферии, но затем, вблизи поверхности, она вновьснижалась за счет более быстрого остывания ее приповерхностных частей. В такойситуации общий теплозапас молодой Земли, а следовательно, и распределениетемпературы в ее недрах полностью определялись скоростью роста планеты. Поскольку степловым режимом формирования Земли очень тесно связан вопрос о времени выделенияземного ядра, а во многих, даже серьезных работах, просто постулируется раннеевыделение земного ядра, рассмотрим эту проблему подробнее.Во всех гипотезах с короткой аккрецией планет (порядка 10 млн лет) получалось,что Земля должна была бы расплавиться еще в процессе образования.
Но если бы такоеслучилось, то у нее, как и у Протолуны, произошла бы быстрая дифференциациявещества, добавившая и свою немалую долю энергии в плавление Земли. В результате всамом начале жизненного пути Земли около 4,6 млрд лет назад у нее выделилось быплотное железное ядро, сформировался бы расплавленный слой мощной анортозитовойкоры, а также произошла бы ранняя дегазация земного вещества с образованиемфлюидной водно-углекислотной атмосферы.Но если бы в результате ранней дифференциации земного вещества действительновыделилась бы мощная (до 80 км) и относительно легкая (плотностью 2,7 г/см3)анортозитовая земная кора возрастом 4,6 млрд лет, то она сохранялась бы на Земле вечно.Однако никаких следов такой первичной коры, как и других признаков раннейпланетарной катастрофы, на Земле нет.
По геологическим же данным, земная кораформировалась постепенно, и только начиная приблизительно с 4,0–3,8 млрд лет назад.Более того, если бы действительно у молодой Земли около 4,6 млрд лет назад выделилосьметаллическое ядро и образовалась бы мощная анортозитовая кора, то в нее перешла бы ибольшая часть радиоактивных элементов, а Земля, лишившись всех источниковэндогенной энергии, подобно Луне, превратилась бы в тектонически мертвую планету.90Есть и прямые доказательства того, что молодая Земля никогда не плавилась и унее еще не было плотного металлического ядра. Например, мы уже рассматривали многиеотличия геохимии лунных пород от земных, объясняемые именно тем, что Земля непроходила стадию плавления, тогда как родительское тело Луны, т.е.
Протолуна, сразу жепосле образования была полностью расплавлена и прошла дифференциацию свыделением металлического ядра и анортозитовой коры. Но наиболее ярким инеопровержимым свидетельством этого являются изотопные отношения свинца на Луне иЗемле. В лунных породах, явно выделившихся после полного расплавления планеты, какуже отмечалось, отношения радиогенных изотопов свинца с атомными весами 206, 207 и208, образовавшихся за счет распада урана 238 и 235, а также тория 232, к стабильному(первичному) изотопу 204 экстремально велики и достигают соответственно значений250, 130, 270 и выше, тогда как для земных пород, осредненных в океаническомрезервуаре пелагических осадков, эти же отношения равны 19,04, 15,68 и 39,07. Дляпервичных свинцов (судя по изотопному составу железного метеорита “Каньон Диабло”,Аризона, США) они еще меньше – 9,50, 10,36 и 29,45.
Из приведенных соотношенийвытекает, что в лунном веществе во время расплавления Протолуны действительно былопотеряно (перешло в протолунное ядро) от 96 до 98% первичного (нерадиогенного)свинца.Ничем другим, кроме полного расплавления протолунного вещества, ликвациирасплавов и переходом сульфидов свинца в ядро этого спутника, такую потерюпервичного свинца лунным веществом объяснить не удается. При этом, железныйметеорит “Каньон Диабло”, в котором изотопы свинца действительно близкосоответствуют их первичным отношениям, следует рассматривать как осколок ядранекоего спутника, прошедшего, подобно Протолуне, приливное расплавление,дифференциацию и разрушение еще на стадиях формирования самих планет Солнечнойсистемы.В противоположность этому земное вещество никогда полностью не плавилось ипоэтому никогда не подвергалось быстрой и радикальной дифференциации.
Земное ядроже формировалось постепенно и в его состав в равной мере переходили как первичныйсвинец, так и его радиогенные изотопы, успевшие накопиться ко времени протеканияпроцесса дифференциации земного вещества. Отсюда и промежуточные отношенияизотопов свинца на Земле по сравнению с такими же отношениями в железныхметеоритах и лунных породах.Таким образом, анализ изотопных отношений свинца в земных породах, как инекоторые геохимические аномалии лунного вещества, а также многочисленныегеологические данные (о которых пойдет речь далее) практически однозначносвидетельствуют о том, что Земля никогда полностью не плавилась и что ее ядровыделялось постепенно в течение всей истории ее геологического развития.Помимо уже отмеченных геохимических и геологических данных о том, что умолодой Земли еще отсутствовало плотное ядро и поэтому земное вещество тогда неподвергалось коренной дифференциации, приведем и чисто экологические аргументы.При полной дегазации земных недр в атмосферу Земли должно было бы поступить около5·1023 г углекислого газа, ныне связанного в карбонатных породах (что подняло бы еедавление приблизительно до 100 атм), а в гидросферу – более 2,5·1024 г воды.
В этомслучае благодаря парниковому эффекту температура земной поверхности поднялась бысначала до 400 °С, после чего закипели бы океаны, а общее давление, возникшейфлюидной атмосферы поднялось бы еще выше – до 600 атм. В результате на Земле, как ина Венере, установился бы необратимый (!) парниковый эффект со среднимитемпературами, стабильно превышающими 550 °С.
В этом случае на Земле не было бы нижидкой фазы воды, ни даже примитивных бактерий. К счастью для нас и всего живого наЗемле, этого не произошло.91К таким же выводам приводит и рассматриваемая здесь теорияпланетообразования, разработанная В.С. Сафроновым (1969) по идеям О.Ю. Шмидта(1948). Согласно его расчетам, время формирования Земли растянулось, по крайней мере,на 100 млн лет, и поэтому ее недра тогда повсеместно оставались холоднее температурыплавления земного вещества. Своего максимума температура молодой Земли достигала наглубинах около 600 – 800 км и поднималась до 1400 – 1500 °С, а к центру она вновьнесколько снижалась (рис.
3.8).Рис. 3.8. Температура молодой Земли: 1 и 2 предельные распределения начальной температуры Земли: 1 –по В.С. Сафронову (1969) с учетом ударов тел разных размеров, но вначале мелких, а затем и болеекрупных; 2 – по А.В. Витязеву и др. (1990) с учетом ударов крупных тел в начале процесса аккреции Земли;3 – принятое распределение начальной температуры Земли, учитывающее как ударное нагревание планеты,так и ее приливное разогревание при захвате и разрушении ПротолуныТемпературная зависимость, изображенная на рис.
3.8, по-видимому, правильноотражает общий характер распределения температуры в молодой Земле. Однако припользовании ею необходимо помнить, что приведенные температурные оценки являютсявесьма приближенными, поскольку решение этой задачи существенно зависит отнескольких трудноопределимых параметров модели аккреции Земли. Тем не менее,используя расчеты по выделению в земных недрах приливной и радиогенной энергии вкатархее и учитывая, что первые расплавы земного вещества появились только в началеархея (около 4,0 млрд лет назад), температурные кривые В.С.
Сафронова и А.В. Витязеваудалось уточнить и согласовать их с общим энергетическим балансом Земли. Именнотакая температурная кривая 3 приведена на рис. 3.8.3.7. Догеологическое развитие Земли в катархееНа ранних этапах планетарной эволюции Земли ее строение, состав, тепловоесостояние и “приливная” тектоника настолько резко отличались от всех последующихрежимов геологического развития Земли, что эту уникальную эпоху, продолжавшуюсяоколо 600 млн лет (от момента рождения нашей планеты приблизительно 4,6 млрд леттому назад до начала раннего архея), следует выделять в качестве самостоятельногоподразделения истории Земли.
Однако общепринятого термина для ее обозначения вгеологической номенклатуре пока еще не существует. Иногда эту эпоху от образованияЗемли до архея называют лунной. Но как мы старались показать это выше, такой термин кЗемле абсолютно не применим. По сути, эту эпоху можно было бы называть доархейской,но значительно раньше в 1893 г., Дж. Седерхольмом был введен термин “катархей”,примерно с тем же смыслом – ниже архея, т.е.
до архея. Но во времена Седерхольмапонятие архея еще не устоялось, и под ним тогда понимали возраст древнейших92гранитогнейсовых комплексов Скандинавии. Когда же выяснилось, что архей следуетраспространять во всяком случае до возрастов приблизительно 3,8 млрд лет (включая,например, формацию Исуа в Западной Гренландии), то термин “катархей” иногда сталииспользовать как синоним нижнего (раннего) архея, что уже семантически неверно.Поэтому нам представляется правомерным сместить понятие “катархей” по временнойшкале истории Земли на эпоху от ее рождения до начала архея, т.е. на времяприблизительно от 4,6 до 4,0 млрд лет назад.Ниже будет показано, что после архейского эпизода расплавления верхней мантиии ее перегрева с возникновением в этой геосфере “магматического океана” всяпервозданная поверхность Земли вместе с ее первичной и относительно плотной (около3,9 г/см3) литосферой очень быстро буквально утонула в расплавах верхней мантии, т.е.опустилась вниз (в мантию).
Поэтому перевод греческой приставки κατα – вниз, повидимому, можно понимать как напоминание о том, что все геологические объекты доархейского, т.е. катархейского, возраста опустились вниз, в расплавленную верхнююмантию Земли, и там полностью исчезли из ее исторической летописи.Рассмотрим теперь те внешние условия, которые господствовали на поверхностимолодой Земли, и специфику приливной тектоники в катархее. Это тем более полезносделать, поскольку о начальных условиях на Земле бытуют произвольные иумозрительные представления о якобы бурной вулканической и гидротермальнойдеятельности, происходившей под покровом густой и плотной атмосферы.
Такиепредставления перешли к нам в основном из научно-популярной литературы эпохигосподства в геологии контракционной гипотезы, исходившей, как известно, из идеи“горячего” происхождения Земли.Условия на поверхности молодой Земли действительно были необычными, но какраз в противоположном смысле. В те далекие времена существовали только ландшафтынеприветливой, суровой и холодной пустыни с черным небом, яркими немигающимизвездами, желтым слабо греющим Солнцем (его светимость была приблизительно на 25—30% ниже современной) и непомерно большим диском Луны, на котором еще несуществовало привычных нам “морей”. Рельеф Земли напоминал испещренную кратерамиповерхность Луны. Однако из-за сильных и практически непрерывных приливныхземлетрясений этот рельеф был существенно сглажен и сложен только монотонно темносерым первичным веществом, перекрытым сверху столь же темным и сравнительнотолстым слоем реголита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
