14.Палеогеография Земли в катархее (Развитие первичной Земли)

Земля формировалась благодаря гомогенной и холодной аккреции протопланетного облака, предварительно прошедшего сильную дифференциацию вещества на доаккреционной стадии.

В зоне формирования Земли и Луны из первичного облака практически полностью были удалены все газовые компоненты, оно было резко обеднено гидросиликатами, карбонатами и серой.

Согласно гипотезе О.Ю.Шмидта, подробно разработанной В.С. Сафроновым:

Во-первых, Земля сразу же после образования была холодной, в недрах температура нигде не превышала температуру плавления земного вещества. Во-вторых, первичная Земля имела достаточно однородный состав и, следовательно, тогда еще не существовало земного ядра, мантии и коры. В третьих Земля была лишена гидросферы и обладала лишь разреженной атмосферой, состоявшей из химически пассивных газов – азота и благородных газов. Гидросфера и плотная атмосфера появились приблизительно через 600 млн лет.

Дальнейшая эволюция Земли – формирование ядра, мантии, коры, гидросферы и атмосферы – определялась исходным составом вещества, начальным теплозапасом, взаимодействием с Луной.

Первичное вещество – ультраосновная порода с низким содержанием кремнезема и высоким – FeO. Оно состояло на 75 % из оливина, на 11 % из остальных силикатов и на 13,8 % из камасита.

Земля была обогащена железом и его оксидами (приблизительно на 50-60%), обеднена серой (примерно в 10 раз), калием (около 4-5 раз) и другими подвижными элементами, почти средним для Солнечной системы обилием кислорода (по отношению к кремнию).

Содержание летучих, подвижных и редких (рассеянных) элементов оценить сложно. Однако установлено, что по сравнению с углистыми хондритами (по составу близкими протопланетному веществу) Земля была обеднена водой в 200-250 раз, калием в 5- раз, углеродом приблизительно в 1000 раз. Метан или аммиак вообще не оказались на Земле. Был значителен дефицит благородных газов (кроме аргона).

В первичной Земле не было никаких границ раздела, кроме зон фазовых переходов на глубинах от 300 до 700 км в зависимости от величин давлений. Плотность вещества на поверхности достигала 3,9-4,0 г/см3, а в центре до 7,2 г/см3.

Не существовало земной коры, мантии, ядра, которые обособились только в архее.

Радиус молодой Земли мало отличался от современного.

Поверхностные слои состояли только из реголита (космическая пыль, вещество планетезималей), который активно поглощал собой все остатки летучих, в т.ч. воду и диоксид углерода.

Температура. С ростом Протоземли увеличивались размеры планетезималей и энергия их падения. Поэтому температура в недрах повышалась от центра к периферии, но затем вблизи поверхности она вновь снижалась за счет остывания ее поверхности.

Молодая Земля никогда не плавилась (в отличии от Протолуны). Если бы Земля расплавилась в момент образования то сформировалась бы мощная (до 80 км) и легкая анортозитовая земная кора с возрастом 4,6 млрд лет. Земли. Однако никаких следов такой первичной коры нет.

По геологическим данным, земная кора формировалась постепенно и только начиная приблизительно с 4,0-3,8 млрд лет.

Время формирования Земли составляло до 100 млн лет, и поэтому ее недра оставались холоднее температуры плавления. Максимум температур – на глубинах около 800-1000 км (1400-1500 °С), а в центре – 500-600 °С.

Наблюдалось резкое отличие Земли от последующих геологических эпох по строению, составу, тепловому состоянию и «приливной» тектонике.

Приверженцы идеи о «горячем» происхождении Земли считают, что якобы в катархее происходила бурная вулканическая и гидротермальная деятельность под покровом густой и плотной атмосферы.

Однако в то время на Земле существовали только ландшафты суровой и холодной пустыни с темным и безоблачным небом (так как атмосфера была разреженной и лишенной влаги), желтым слабо греющим Солнцем (его светимость тогда была приблизительно на 25-30 % ниже современной) и непомерно большим диском Луны.

Рельеф напоминал лунный (с кратерами), но был сглажен из-за сильных приливных землетрясений

Пустынный пейзаж нарушался взрывами все более редких планетезималей.

В экваториальной зоне продолжали выпадать ливневые потоки обломков разрушенной Протолуны.

Никаких вулканов, извергающих потоки лавы, фонтаны газов и паров воды в катархее не было.

Не существовало ни гидросферы, ни плотной атмосферы.

Движение Солнца над горизонтом было стремительным (3 ч день, 3 ч ночь).

Продолжительность года была такой же, но было почти 1500 суток. Движения Луны были более медленным, но фазы Луны менялись быстро, за 6-8 ч. Кажущиеся размеры Луны в 300-350 раз превышали современные.

В самом начале Луна днем и ночью помимо отраженного света светилась собственным темно-красным светом.

В экваториальной плоскости существовали сплошные полупрозрачные кольца типа дисков Сатурна (от Протолуны).

Существовало не менее 10-12 «микролун», расположенных далее Луны и позже выпавших на Луну (сейчас «лунные моря»).

Происходили серии разрушительных землетрясений, вызываемых приливными деформациями Земли. На пределе Роша (Луна отстояла от центра Земли на 17,2 тыс. км), а расстояние между поверхностями Земли и Луны было около 8 тыс. км, высота лунных приливов на Земле достигала 1,5 км.

Однако уже через миллион лет лунные приливы на Земле снизились до 130 м, еще через 10 млн лет до 45 м, а через 100 млн лет до 15 м. К концу катархея около 4 млрд лет – до 7 м, сейчас до 46 см.

Сейсмичность Земли в катархее принципиально отличалась от современных землетрясений. Во-первых, приливные землетрясения катархея были только экзогенного происхождения и никак не были связаны с какими-либо тектоническими зонами (таких зон тогда просто не существовало). Во-вторых, эти землетрясения вместе с бегущей приливной волной закономерно перемещались по поверхности Земли со скоростью, определяемой вращением Луны вокруг Земли. В-третьих, наибольшей интенсивности приливные землетрясения достигали в экваториально-тропическом поясе.

Из-за почти полного отсутствия атмосферы землетрясения были бесшумными, а разница между дневными и ночными температурами на поверхности Земли была гораздо выше современной.