Глава 03. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ (1119266), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Одно из таких наиболее крупных планетезимальных тел,расположенных во внутреннем поясе протопланетного облачного диска, в конце концовпревратилось в зародыш нашей планеты.Формирование Солнца как нормальной желтой звезды не очень больших размеровиз сжимающегося первичного сгустка газов и пыли происходило значительно быстрее,60чем формирование планет, – всего за несколько миллионов или за первые десяткимиллионов лет. При этом в самом начале “зажигания” в недрах молодого Солнца ядерныхреакций синтеза гелия и перед выходом его на режим главной последовательностиразвития звезд наше Солнце должно было пройти через короткую стадию существованиязвезд типа Т-Тельца, характеризующихся быстрым вращением, сильными магнитнымиполями и очень высокой интенсивностью излучения звездного ветра.Эти особенности эволюции молодого Солнца неизбежно должны были влиять наусловия аккреции вещества в окружавшем его протопланетном облаке – диске.
Вопервых, за счет исключительно сильного солнечного ветра (высокоэнергетическогопотока заряженных частиц), характерного для звезд, находящихся на стадии Т-Тельца, изоколосолнечного пространства на далекую периферию Солнечной системы должны быливыметаться все газовые и летучие компоненты исходного протопланетного облака.Во-вторых, ионизирующее влияние солнечного ветра на окружающее веществодолжно было привести к сильному взаимодействию магнитного поля Солнца с веществомпротопланетного диска. По-видимому, именно в результате такого эффективного“зацепления” быстро вращавшегося молодого Солнца с окружающим его веществом, атакже благодаря приливным взаимодействиям Солнца с молодыми планетами ипроизошло перераспределение момента количества движения от центрального светила кпериферии протопланетного диска. После этого скорость осевого вращения Солнцауменьшилась, тогда как орбитальные скорости вращения планет вокруг него, наоборот,увеличились.
Этот же механизм, вероятно, приводил и к заметной сепарации вещества впротопланетном облаке, поскольку все легкоионизирующиеся элементы под влияниемдавления силовых линий магнитного поля как бы выметались из околосолнечногопространства на периферию протопланетного диска.В-третьих, существенное влияние на химическую дифференциацию вещества впротопланетном облаке должен был оказывать и бóльший прогрев Солнцем центральныхобластей диска еще на стадии его сжатия и особенно после “зажигания” в Солнце ядерныхреакций. По этой причине многие из легкоиспаряющихся элементов и соединений(например, сера и ее летучие соединения, вода, углекислый газ и др.) переходили вгазообразное состояние, после чего давлением солнечного излучения они удалялись изэтих областей на далекую периферию Солнечной системы.В результате действия этих механизмов в центральных областях протопланетногодиска преимущественно конденсировались тугоплавкие элементы и соединения свысокими потенциалами ионизации (тугоплавкие металлы, в том числе Fe и Ni, и окислыAl2O3, CaO, MgO, Ti2O3, SiO2, Cr2O3, FeO и др.), тогда, как средние концентрациилегкоплавких и легкоионизирующихся элементов (Li, Na, K, Rb, Cs, In, Ba, элементовредкоземельной группы, Hg, Pb, Rn и др.) в этой части протопланетного облака оказалисьсущественно заниженными.
В несколько меньшей мере вещество планет земной группыоказалось обедненным серой, цинком, оловом и некоторыми другими элементами.Газообразные же компоненты H2, He и другие благородные газы, H2O, CO, CO2, CH4, NH3,H2S, SO2 и SO3, HCl, HF были выметены из внутренних областей протопланетного облакапрактически полностью и сконцентрировались только на его периферии, где впоследствиисформировались планеты-гиганты с массивными и плотными газовыми оболочками.
Повидимому, внутренние области этого облака также были обеднены гидросиликатами икарбонатами, диссоциировавшими под влиянием солнечного излучения с последующейпотерей летучих.Поэтому еще до начала процесса формирования планет исходное протопланетноегазопылевое облако оказалось существенно дифференцированным. Этим явлением,вероятно, следует объяснять и явную зависимость плотности планет от их расстояния доСолнца (Меркурий – 5,54 г/см3, Венера – 5,24; Земля вместе с Луной – 5,49; Марс – 3,94;Юпитер – 1,33; Сатурн – 0,67; Уран – 1,3; Нептун – 1,67 г/см3).
Об этом же61свидетельствует и тот факт, что только внешние планеты обладают массивными газовымиоболочками, а их спутники покрыты мощными панцирями водяного льда, серы и другимиотвердевшими или сжиженными газами (CO2, CH4, NH3 и др.).Судя по составу и сравнительно небольшой массе атмосферы и гидросферы Земли,в сумме не превышающих 2,4·10–4 массы планеты, Земля, как и другие планеты земнойгруппы, формировались из вещества, почти полностью потерявшего все газовыесоставляющие. В земной атмосфере исключительно мало даже тяжелых первичныхблагородных газов. Кроме того, земное вещество резко обеднено гидросиликатами,карбонатами, серой и ее соединениями, а также заметно обеднено щелочными и другимилегкоплавкими металлами.Расчеты В.С.
Сафронова (1969), одного из создателей современной теориипланетообразования, показывают, что рост Земли продолжался около 100 млн лет ивначале происходил во все ускоряющемся режиме аккреции, но затем в связи сисчерпанием запасов твердого вещества в околоземном рое планетезималей вновьзамедлился. Всего при аккреции Земли выделилось гигантское количествогравитационной энергии – около 23,2·1038 эрг. Этой энергии более чем достаточно нетолько для расплавления всего земного вещества, но и для его полного испарения притемпературе выше 30 000 °С.
Однако бóльшая часть этой энергии аккреции выделялась всамых приповерхностных частях растущей Протоземли и вновь терялась с ее тепловымизлучением. При этом, естественно, потери тепла оказывались тем большими, чеммедленнее происходил рост самой Земли.Этот важный для нас результат показывает, что Земля в процессе роста не толькоразогревалась от ударов падавших на нее планетезималей, но и успевала также остывать,излучая через поверхность бóльшую часть тепловой энергии аккреции. В результате завремя роста Земли (около 100 млн лет) температура в недрах растущей Земли повсеместнооставалась ниже температуры плавления первичного, недифференцированного земноговещества, а следовательно, и сама Земля в то время оставалась еще однородной по составупланетой, лишенной ядра и земной коры.Важно подчеркнуть, что описанная выше дифференциация первичного вещества впротопланетном облаке происходила достаточно быстро – всего за несколько миллионовили десятков миллионов лет (в основном еще при сжатии протопланетного газопылевогодиска и во время прохождения молодым Солнцем стадии звезды Т-Тельца).
Аккрецияпланет происходила после этого, когда планетезимали диска уже приобрели круговыеорбиты, и продолжалась сравнительно долго – порядка 100 млн лет. Отсюда следует оченьважный вывод, что аккреция планет в кольцевых зонах их питания (обладавших к тому жеконечной шириной) в основном была гомогенной (однородной).
Это значит, что среднийхимический состав растущих планет (при отсутствии в них процессов дифференциации)оставался примерно постоянным вдоль всего радиуса таких планет.3.2. Образование двойной планеты Земля–ЛунаЗемля и Луна фактически представляют собой систему двойной планеты. Ихвлияние друг на друга сейчас невелико, хотя и вполне заметно, но на ранних этапахразвития этой системы оно было исключительно сильным, приводило к катастрофическимпоследствиям и радикальным изменениям хода эволюции обеих планет. Поэтомурассмотрим происхождение Земли и Луны совместно. При этом, оправдывая повышенноевнимание к Луне в данной работе, посвященной эволюции Земли и ее геодинамике,заранее отметим, что именно Луна как спутник нашей планеты послужила тем спусковыммеханизмом, который запустил и существенно активизировал тектоническое развитиемолодой Земли в самом начале архея.
Кроме того, Луна “раскрутила” нашу планету,определила своей орбитой захвата наклон оси ее вращения, а с этим явлением, какизвестно, связаны и вся климатическая зональность Земли, и происхождение ее62магнитного поля. Более того, сейчас определенно можно утверждать, что именно Луна,ускорив эволюционное развитие Земли, косвенно способствовала появлению на ееповерхности высокоорганизованной жизни, а следовательно, и нас с вами. Но все эточисто земные проблемы, разобраться с которыми, однако, без разработки адекватнойтеории развития двойной планеты Земля–Луна просто невозможно.В отличие от предыдущего раздела здесь мы опишем не традиционные точкизрения на формирование системы Земля–Луна, а новую модель образования Луны за счетприливного разрушения на пределе Роша более массивной планеты – Протолуны.
Этамодель, судя по всему, лучше других объясняет практически всю совокупностьсовременных знаний о составе, строении и истории развития естественного спутниканашей планеты, а также объясняет происхождение осевого вращения Земли и реальносуществующего распределения моментов количества движения между Землей и Луной.Одной из главных трудностей, встающих на пути построения адекватной теорииобразования Луны, по нашему мнению, является объяснение ее резкого обедненияжелезом, сидерофильными и халькофильными элементами. Действительно, судя посредней плотности Луны (ρL =3,34 г/см3), она содержит лишь около 5% железоникелевойфазы (Рингвуд, 1982), или с учетом средней концентрации FeO в ее мантии – только около13–14% тяжелой фракции.
Это намного меньше, чем среднее содержание соединенийжелеза в недифференцированном веществе углистых хондритов (28,6%) и тем более вземном веществе – около 37%. Кроме того, судя по изотопным отношениям свинца, Лунапочти полностью потеряла весь первичный свинец, а входящий сейчас в ее породы свинецпрактически полностью радиогенного происхождения (т.е. образовался за счетрадиоактивного распада урана и тория).Учитывая эти различия, предлагались гипотезы образования Луны в другихобластях Солнечной системы, обедненных соединениями железа, с последующим еезахватом гравитационным полем Земли (Alfven, 1954, 1963; Urey, 1962). Все гипотезыэтой группы страдают двумя недостатками.
Во-первых, вероятность гравитационногозахвата с далекой орбиты такого большого космического тела, как Луна, исчезающе малаи практически равна нулю. Во-вторых, совершенно непонятно, как в этом случаеобъяснить столь резкий дефицит железа в лунном веществе, если его содержание внаиболее примитивных углистых хондритах приблизительно в два раза выше. Кроме того,углистые хондриты обогащены летучими и легкоподвижными элементами, а Луна имирезко обеднена.Сложность объяснения захвата Землей крупного спутника из далекой областиСолнечной системы привела к появлению другой группы гипотез, согласно которым Лунаобразовалась в области формирования самой Земли, составив вместе с ней системудвойной планеты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
