Историческое землеведение. Палеогеография

Гипотезы образования Земли. Как образовалась планета Земля и Луна

Процесс образования планет земной группы, в том числе и Земли, произошел очень быстро — всего за 100 млн. лет (по самым последним данным — всего за 29 млн. лет).

Существует две точки зрения на процесс аккреции. Первая — происходила гомогенная аккреция, когда планетезимали слипались из хорошо перемешанного межзвездного вещества, поэтому первичные планеты оказались однородными, и лишь потом в результате гравитационной дифференциации вращающейся Земли, стали приобретать оболочечное строение. Однако против этой гипотезы есть возражения, в частности — железные и каменные метеориты одного возраста с Землей, но уже дифференцированы по своему составу. Далее — Земле не хватило бы даже 100— 200 млн. лет (не говоря уже о 29 млн.) на полную дифференциацию внутреннего вещества, чтобы соответствовать одновозрастным с нею метеоритам.

Ликвидирует эти трудности вторая модель — гетерогенной аккреции. Она предполагает, что дифференциация вещества происходила в процессе самой аккреции и сразу сопровождалась образованием планетных оболочек. Протопланетное облако разогрелось при гравитационном сжатии до 1250°С и потом постепенно остывало. Поэтому первыми конденсировались наиболее тугоплавкие соединения (в частности железо), из которых в центре образовалось ядро. Затем оно стало облекаться веществом мантии, состоящим из железо-магнезиальных силикатов с радиоактивными элементами. При этом состав нижней мантии, прилегающей к ядру, представлял собой смесь металлических и силикатных частиц, но на последующих стадиях аккреции мантийная оболочка становилась все более и более гомогенной — в верхних горизонтах металлические и сульфидные компоненты уже отсутствовали, так как они исчерпались в начале аккреции. На последних стадиях аккреции осаждались самые поздние конденсаты протопланетного облака — гидратированные силикаты, летучие компоненты и органические вещества.

Так как между слоями тогда не было четких границ, по всей толще планеты, но особенно на границе мантии и ядра происходила гравитационная дифференциация вещества. Выделявшееся при этом тепло накапливалось под теплоизолирующим экраном мантии, что привело к размягчению верхней части металлического ядра, которое стали называть «жидким». Другими причинами разогрева области Земли на границе -»ядро-мантия» являлись в то время: радиоактивный нагрев и адиабатическое сжатие частиц под давлением. "Жидкое" металлическое ядро послужило причиной образования магнитного поля Земли, но это произошло позже — около 3,5 млрд. л.н. — именно такой возраст имеют древнейшие намагниченные породы .

Снаружи разогретую мантийную оболочку (протомантию) охлаждал космический холод; она застывала и, в конечном итоге, превращалась в первичную земную кору, (протокору) состав которой практически не отличался от состава мантии, т.е. являлся основным. Протокора состояла из силикатов, насыщенных тяжелыми элементами, в первую очередь железом, а также летучими и радиоактивными компонентами.

Примерно в то же время (5,0-4,5 млрд. л.н.) сформировалась и Луна — она также являлась важнейшим источником разогрева земных недр, вызывая сильнейшие приливы в земной коре. Любопытно, что состав Луны почти полностью повторяет состав Земной мантии, при том, что у нее почти нет железного ядра. Существующие гипотезы предлагают 4 варианта возникновения Луны: 1) одновременно с Землей; 2) отрыв Луны от Земли на ранней стадии формирования последней; 3) захват Луны Землей; 4) скользящий удар о Землю тела величиной с половину самой Земли, выброс вещества мантии в околоземное пространство с последующим формированием Луны.

При рассмотрении этих гипотез возникает вопрос, относящийся к космогонии в целом — целесообразно ли привлекать к проблеме происхождения Земли (да и других планет) некие катастрофические процессы? По-видимому, да, но не такие уникальные и потому маловероятные события, как захват части Солнца некоей звездой (гипотеза Джинса) или откол трети Земли случайно пролетавшей мимо другой планетой, а часто повторяющиеся катастрофы, например, ядерные взрывы, взрывы сверхновых. Правдоподобность этих взрывов доказана; более того, значительная часть химических элементов во Вселенной может быть синтезирована только при ядерных реакциях, а вся звездная энергетика объясняется процессами ядерного синтеза в звездах, сопровождающегося взрывами.

Другой вопрос земной космогонии связан с возможностью применения в ней принципа актуализма — продолжается ли сейчас аккреция на Земле, т.е. поступает ли на ее поверхность космический материал? Безусловно, поступает, но очень мало — 0,001 % от современной массы планеты ежегодно. Стадия становления Солнечной системы и ее планет закончилась очень давно — 4,5 млрд. л.н. Она длилась всего 500 млн. лет и получила название догеологической, так как никаких геологических следов на нашей планете не оставила. Все космогонические выводы основаны на косвенных признаках, полученных геофизическими и геохимическими методами (изотопной геохронологии и др.); они также базируются на аналогиях, известных из планетологии, звездной астрономии, полученных в результате космических исследований.