формировалась из твердых холодных тел и вначале была холодной, т.е. наша планета никогда не была полностью расплавленной, а ее недра стали горячими уже в процессе роста. Наибольший вклад в первоначальный нагрев Земли давали удары крупнейших допланетных тел, тепло радиоактивных источников и сжатие недр под давлением вышележащих слоев. К концу аккумуляции в верхней мантии Земли уже должны были находиться разогретые очаги с температурой порядка 1500 К, в которых происходило плавление силикатных пород и шел процесс сегрегации железа в земное ядро. При этом поверхность Земли никогда не разогревалась выше 350 К.

6.6 Происхождение Луны

Освоение Луны во второй половине ХХ в. позволило изучить ее внутреннее строение, состав, возраст многих участков поверхности, их геологию, а также приливную историю лунной орбиты. К сожалению, не удалось выра-

ботать единое мнение о происхождении Луны.

К середине прошлого века сформировалось несколько гипотез происхождения Луны: отделение Луны от Земли; случайный захват Луны на околоземную орбиту; коаккреция Луны и Земли из роя твердых тел. Эта проблема до недавнего времени решалась специалистами в области небесной механики, астрономии и планетофизики. Геологи и геохимики в ней участия не принимали, поскольку о составе Луны до начала ее изучения космическими аппаратами ничего не было известно.

Уже в 30 гг. прошлого столетия было показано, что гипотеза отрыва Луны от Земли, выдвигавшаяся, кстати, Дж. Дарвиным, сыном Ч. Дарвина, несостоятельна. Суммарный вращательный момент Земли и Луны недостаточен для возникновения даже в жидкой Земле ротационной неустойчивости (потеря вещества под действием центробежной силы).

В60-е гг. специалисты в области небесной механики пришли к выводу, что захват Луны на околоземную орбиту – крайне маловероятное событие.

Есть общее представление, что Луна образовалась в околоземном диске, но по поводу возникновения диска существуют две крайние версии.

Водной из них (теория коаккреция), согласно идее О.Ю. Шмидта, предполагается, что Луна могла возникнуть благодаря аккумуляции допланетного вещества в околоземном рое при его достаточном количестве и концентрации. Ее слабая сторона – неспособность объяснить отличие химического состава Луны от Земли – низкое содержание железа в Луне (6-10% по сравнению с 35% в Земле).

139

Американские ученые А. Камерон и В. Уорд и одновременно В. Хартман и Д. Дэвис в 1975 г. предложили гипотезу образования Луны в результате катастрофического столкновения с Землей крупного космического тела, размером с Марс (гипотеза мегаимпакта). В результате огромная масса земной материи и частично материала ударника (небесного тела, столкнувшегося с Землей) расплавилась и была выброшена на околоземную орбиту. Этот материал быстро аккумулировался в компактное тело, которое стало Луной. Несмотря на кажущуюся экзотичность эта гипотеза стала общепринятой, поскольку она предлагала простое решение целого ряда проблем. Как показало компьютерное моделирование, такой сценарий вполне осуществим. Эта гипотеза, удачно объясняла дефицит железа на Луне и динамические характеристики системы Земля – Луна.

В настоящее проблема происхождения Луны из разряда астрономических перешла скорее в разряд геолого-геохимических, так как именно геохимические аргументы стали решающими в системе доказательств той или иной версии образования Луны. Эти версии различались лишь в деталях: относительные размеры Земли и ударника, каков был возраст Земли, когда произошло столкновение. Сама же ударная концепция считалась незыблемой. Между тем некоторые подробности геохимического анализа ставят под сомнение гипотезу в целом.

Десять лет назад академик Э.М.Галимов выдвинул гипотезу, смысл которой состоял в том, что Луна сформировалась не вследствие катастрофиче-

ского удара, а как двойная система одновременно с Землей в результате фрагментации облака пылевых частиц. Так образуются двойные звезды. Железо, которым Луна обеднена, было утрачено вместе с другими летучими в результате испарения.

6.7 Земля

Итак, Земля на протяжении всей своей истории представляет собой твердое тело (более того: в глубинах, при высоких давлениях, очень твердое тело), которое, однако, ведет себя при очень больших постоянных нагрузках как чрезвычайно вязкая жидкость. Сама форма планеты - эллипсоид с чуть выпяченным Северным полюсом и чуть вдавленным Южным - идеально соответствует той, что должна принимать жидкость в состоянии равновесия. В толще этой "жидкости" постоянно происходят чрезвычайно медленные, но немыслимо мощные движения колоссальных масс вещества, с которыми связаны вулканизм, горообразование, горизонтальные перемещения континен-

140

тов и т.д. Источником энергии для всех этих процессов является в конечном счете все та же самая гравитационная дифференциация вещества в недрах планеты.

Соответственно, когда этот процесс завершится полностью, наша планета станет геологически неактивной, "мертвой" - подобно Луне. Согласно расчетам геофизиков, к настоящему моменту уже 85% имеющегося на Земле железа опустилось в ее ядро, а на "оседание" оставшихся 15% потребуется еще около 1,5 млрд. лет. В результате гравитационной дифференциации недра планеты оказывается разделенными (как молоко в сепараторе) на три основных слоя – "тяжелый", "промежуточный" и "легкий". Внутренний, "тяжелый" слой (с плотностью вещества около 8 г/см3) – центральное ядро, состоящее из соединений железа и иных металлов.

Формирование Протоземли произошло 4,52 ± 0,02 млрд. лет назад, ее масса, объем и рельеф достигли современных значений и форм, стали проявляться такие геологические процессы, как вулканизм, тектонизм и т.д. – началось безводное; но уже геологическое время.

На Земле с поздним периодом этого этапа развития выделились летучие компоненты в результате ударного дробления, плавления и испарения вещества. Эти летучие компоненты составили основу первичной атмосферы, а после охлаждения ее ниже 100 0С, первичной гидросферы. Первые конденсированные воды на Земле были минерализованные. Сильные кислоты разрушали первичные алюмосиликатные породы, извлекая из них катионы металлов. Первичная поверхность суши омывалась кислыми водами и была местом процессов гидролиза и гидратации соответствующих минералов. Пресные воды гидросферы появились значительно позже, в результате испарения с поверхности первичных водоемов, т.е. в процессе естественной дистилляции при создании в пределах суши замкнутых депрессий.

В настоящее время утвердилось общее единое представление о том, что первоначально углекислая атмосфера Земли на определенном этапе развития перешла в азотно-кислородную.

Диаметр Земли составляет примерно 12742 км. Земля сплюснута с полюсов (причем с юга сильнее) и не вполне шарообразна, эту фигуру называют геоидом. Подсчет колец роста на ископаемых кораллах показывает, что около 400 млн. лет назад в палеозойской эре в году было 400 суток, то есть сутки длились 22 часа. Это говорит о том, что Земля вращалась быстрее, а значит, возможно, ее радиус был меньше, ибо момент количества движения сохраняется. Правда изменению скорости вращения есть и иное объяснение: тормо-

141

зящее влияние Луны, вызывающей приливную волну не только в океане, но и в твердых телах.

Строение твердой части планеты, согласно современным знаниям, выглядит следующим образом (см. рис. 6.2). В центре находится ядро, состоящее из железа и радиоактивных элементов. Несмотря на температуру в +4200°С, ввиду огромного давления сердцевина с радиусом 1300 км твердая. Его обволакивает жидкий слой толщиной 2200 км. Движение токопроводящего материала в жидком слое ядра создает магнитное поле Земли – магнитосферу. Между ядром и земной корой находится мантия – обогащенные железом породы. В этом слое давление высокое, но температура недостаточно высока для того, чтобы вещество расплавилось, поэтому мантия – чрезвычайно вязкая и пластичная, это не жидкость, а скорее – «каменное желе», «пластилин», способные двигаться. Мантия покрыта тонкой твердой земной корой (литосферой). Под океанами кора имеет толщину всего несколько километров, под континентами – около 30-40 км, под горными массивами - до 70-80 км. Недра Земли пока столь же недоступны для прямого изучения, как далекие звезды и галактики. Сверхглубокая скважина, бурение которой продолжается и сейчас на Кольском полуострове, преодолела лишь двенадцатикилометровый рубеж глубины. Однако, узнать о глубинном строении недр мы можем, наблюдая землетрясения и выполняя сейсмические исследования. Последние основаны на том, что ударные волны от взрывов распространяются с различной скоростью в породах различной плотности и отражаются от границ разделов слоев, имеющих разную плотность. Так удалось установить, что мантия имеет плотность 3,3 г/см3, континентальная кора 2,77 г/см3, океаническая кора 2,9 г/см3.

Рис. 6.2. Структура Земли

В последние 30 лет всеобщее признание получила концепция тектонических литосферных плит, согласно которой в течение всего мезозоя и кайно-

142