Глава 03. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЕЕ ДОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ (1119266), страница 8
Текст из файла (страница 8)
В результате для выхода из явногопротиворечия с возрастом образования нашей планетной системы авторам таких гипотезприходилось прибегать к весьма экзотическим представлениям. Так, немецкий ученый Г.Герстенкорн (1955, 1967) считал, что Луна первоначально вращалась в обратномнаправлении и около 1,8 млрд лет назад подходила к Земле почти на расстояние пределаРоша, но затем, после перехода через полярную орбиту, когда ее вращение стало прямым,вновь начала удаляться от Земли.Известный американский геофизик В. Манк (1968) образно описал развитиегипотетического “события Герстенкорна”.
По его оценкам, в короткий периоднаибольшего сближения Луны с Землей океанские приливы должны были достигатьвысоты 1 км, и каждые 3 ч они обрушивались бы на континенты, приводя к их79выравниванию. В это время диссипация (рассеивание) энергии лунных приливов была быстоль высокой, что все земные океаны вскипели бы и испарились, образовав вокруг Землимощную атмосферу из водяного пара. При этом с учетом парникового эффектатемпература у поверхности Земли поднялась бы до 1000 °С, погубив тем самым любыепроявления жизни.
К этой страшной картине добавим еще, что при столь высокихтемпературах произошла бы почти полная диссоциация (распад) карбонатов – известнякови доломитов с выделением в атмосферу огромных количеств углекислого газа. Врезультате в земной атмосфере, подобно Венере, возник бы необратимый парниковыйэффект с подъемом приземной температуры до 500–600 °С со всеми вытекающимипоследствиями.Безусловно, описываемая катастрофическая ситуация оставила бы свойнеизгладимый след в летописи геологической истории Земли, однако таких следов нигдене обнаружено, да и мы живем в комфортабельных климатических условиях, а не в“паровом котле”.
Это убедительно говорит о том, что “событие Герстенкорна” вовсе несуществовало, а начало нормальной эволюции системы Земля–Луна совпадает по временис моментом их образования как системы двойной планеты около 4,6 млрд лет назад, когдаокеанов на Земле еще не существовало.Рис.
3.6. Скорость удаления Луны от Земли, см/год. Масштаб рисунка не позволил привести максимальныезначения этой скорости: около 4,6 млрд лет назад она достигала 12·106 см/год, или около 12 км/год, однакоуже через 1 млн лет она снизилась до 9,64 м/год, а через 10 млн лет – до 1,37 м/год; в настоящее время Лунаотодвигается от Земли со средней скоростью около 3,4 см/годВторое обстоятельство, на которое следует обратить внимание, – этонеравномерность отодвигания Луны от Земли (рис.
3.6). С наибольшими скоростями(около 12 – 10 км/год) Луна отодвигалась от Земли в самом начале своего эволюционногопути (сразу же после разрушения ее материнской планеты – Протолуны), около 4,6 млрдлет назад. Однако скорость отодвигания Луны от Земли тогда быстро уменьшалась и ужечерез 1 млн лет она снизилась до 9,64 м/год, а еще через 10 млн лет она упала до 1,37м/год.
К концу катархея, около 4 млрд лет назад, скорость удаления Луны от Земли уже непревышала 4,3 см/год. Второй значительный импульс резкого увеличения скоростиотодвигания Луны (до 90 см/год) возник на рубеже катархея и архея около 3,9 млрд леттому назад.
Наконец, третий период относительного ускорения отодвигания Луны отЗемли, правда, с существенно меньшими скоростями (около 3,4 см/год), приходится нафанерозой. При этом только первый импульс стремительного удаления спутника отпланеты был связан с малым исходным расстоянием их образования (напомним, чтоскорость отодвигания Луны от Земли обратно пропорциональна расстоянию в степени5,5). Природа же второго и третьего импульсов ускорения была вызвана чисто земнымисобытиями. Архейский пик был связан с началом формирования тогда астеносферы иокеанов на Земле, а фанерозойское увеличение скорости отодвигания Луны от Земли – с80подъемом поверхности растущего океана до среднего уровня континентальных шельфов,после чего на континентальной коре возникли многочисленные мелководныеэпиконтинентальные моря, в которых и рассеивается основная часть приливной энергии.Интересно теперь сопоставить полученные результаты с имеющимисяэмпирическими данными.
Такие данные предоставляет нам палеонтология (о чем ужебыло сказано выше). Результаты теоретического расчета эволюции числа дней в году,проведенного по несколько сглаженной модели фактора добротности Q, показаны на рис.3.7. На этот же график нанесены все эмпирические данные по определению числа дней вгоду, полученные на основании изучения микрослоистости кораллов и строматолитов(Шопф, 1982). Как видно из сопоставления теоретической кривой с такимиопределениями, получено неплохое совпадение теории с экспериментом.
Это придаетуверенность в том, что наши расчеты приводят в основном к верным результатам.Рис. 3.7. Изменение числа дней в году в связи с эволюцией расстояния между Землей и Луной. Крестикамипоказаны эмпирические определения числа дней в году по микрослоистости коралловых построек вфанерозое и строматолитов формации Ганфлинт (2,2 млрд. лет назад) в протерозое (Panella, 1972)Эволюция положения лунной орбиты. Из рассмотренного выше механизмаобразования Луны следует, что плоскость ее орбиты вначале должна была лежать строго вплоскости экватора Земли и составлять с эклиптикой угол около 23°.
При малыхрасстояниях между планетами такая ситуация эффективно поддерживалась в устойчивомсостоянии гравитационным притяжением Луны с центробежным экваториальнымвздутием Земли (так как в этом случае при любом отклонении орбиты Луны отэкваториальной плоскости Земли возникала пара сил притяжения, стремящаяся вернутьЛуну обратно в эту же плоскость). Тем не менее сейчас, как известно, лунная орбитанаклонена к эклиптике примерно на 5°. Это связано с тем, что по мере удаления Луны отЗемли влияние земного экваториального вздутия на лунную орбиту прогрессивноуменьшалось (обратно пропорционально шестой степени расстояния между Луной иЗемлей) и, следовательно, заметнее становилось приливное взаимодействие Луны сСолнцем. Действующий же со стороны Солнца на лунную орбиту момент сил,стремящийся повернуть ее в плоскость эклиптики, при этом возрастал с увеличениемразмеров лунной орбиты пропорционально пятой степени ее радиуса.
Поэтому начиная снекоторого критического радиуса лунной орбиты действующий на нее момент сил состороны Солнца уже стал превышать момент сил, создаваемый экваториальным вздутиемЗемли.По расчетам П. Голдрайха (1966), такое критическое расстояние приблизительноравно 17 радиуса Земли, тогда как современное удаление Луны от нашей планеты равно60,3 радиусам Земли. В результате действия этого эффекта после перехода лунной орбитычерез критическую точку приблизительно 4,5 млрд лет назад ее плоскость сталапоследовательно отклоняться от плоскости земного экватора и постепенно приближаться81к эклиптике Земли.
С этой точки зрения наблюдаемое сегодня отклонение орбиты Лунына 5° от плоскости эклиптики является просто “воспоминанием” о той далекой эпохе,когда она еще вращалась вокруг Земли строго по экваториальной орбите, хотя это ипродолжалось только в течение первых 100 млн лет существования Луны.Геохимия Луны. Рассмотренная модель образования Луны объясняет главнуюгеохимическую особенность спутника нашей планеты – резкое обеднение лунноговещества железом. После полного расплавления, дифференциации и разрушенияПротолуны на пределе Роша бóльшая часть железа была потеряна в результате выпаденияна Землю протолунного железного ядра, последовавшего сразу же за разрушением еевнутреннего приливного горба.
Благодаря этому же процессу Луной оказалась потерянаосновная часть сидерофильных, т.е. тяготеющих к железу (Ni, Cu, особенно Au, Ce, As,Sb), и халькофильных или легко соединяющихся с серой (Ag, Cd, Tl, Pb, Zn), элементов,перешедших в протолунное ядро еще на стадии расплавления и дифференциации этойпланеты (до ее разрушения).В этом отношении очень показателен свинец. После полетов космонавтов иавтоматических станций на Луну мы достаточно хорошо знаем состав и геохимию лунныхпород. Оказалось, что отношения радиогенных изотопов свинца с атомными весами 206,207 и 208, образовавшихся за счет распада урана 238, 235 и тория 232, к нерадиогенному(первичному) свинцу с атомным весом 204 в лунных породах экстремально высокие:206Pb/204Pb ≈ 250; 207Pb/204Pb ≈ 130; 208Pb/204Pb ≈ 270. Для первичного же свинца изжелезных метеоритов эти изотопные отношения соответственно равны: 9,5; 10,4 и 29,5.Приведенные соотношения показывают, что почти весь свинец лунных пород имеетрадиогенное происхождение, тогда как первичный свинец из них был куда-то удален ещедо того, как Луна сформировалась в виде спутника Земли.С точки зрения описанного здесь механизма формирования Луны отмеченныевыше аномалии распределения сидерофильных и халькофильных элементов, включаясвинец, вполне понятны.
Действительно, протолунное ядро сформировалось только послеполного расплавления всего вещества Протолуны. В результате жидкое железо в сплаве ссидерофильными элементами и тяжелые сульфидные расплавы халькофильных элементов(включая PbS) в процессе плотностной дифференциации расплавленного веществаПротолуны под влиянием силы тяжести просто стекали к центру этой планеты, формируятам тяжелое протолунное ядро. После же приливного разрушения Протолуны ивыпадения на Землю почти всего ее ядра оставшееся лунное вещество (преимущественносиликатного состава) оказалось резко обедненным всеми рассматриваемыми элементами,в том числе и первичным свинцом с изотопным весом 204. При этом в оставшеесясиликатное вещество Луны перешли все литофильные (т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
