Проживающий в Нью-Йорке художник и фотограф Анджело Муско (Angelo Musco) словно ураган ворвался в мир фотоискусства благодаря своим потрясающим воображение мозаикам, состоящим из тысяч обнаженных человеческих тел.
Читать дальше>>

Команда талантливых художников граффити A’shop из Монреаля превратила серую стену здания, находящегося на углу улиц Мэдисон (Madison) и Шербрук (Sherbrooke), в настоящее произведение современного искусства.

Граффитчики Флюк (Fluke), Гийом Лапойнте (Guillaume Lapointe), Антонин Ламберт (Antonin Lambert), ДоДо Осе (DoDo Ose) и Бруно Рэтбоун (Bruno Rathbone) провели две недели в поисках места для начала работ и всех необходимых инструментов, после чего в течение 16 долгих дней работали от заката до рассвета над завершением проекта по созданию невероятной пятиэтажной фрески, которую жители города нарекли «Девой Марией» (Our Lady of Grace). Читать дальше>>

Первичные атмосфера и гидросфера Земли

Состоянию первичных атмосферы и гидросферы, столь интересующих специалистов по происхождению биосферы, в последние полстолетия посвящены тысячи работ. Поддерживаемое фактически большинством астрофизиков мнение о меньшей (на 20-25 %) светимости молодого (в первые сотни млн лет) Солнца привело к обсуждению вероятных составов первичной атмосферы, вызывающих парниковый эффект. Это известные работы Карла Сагана, его ученика Чайбы и др. Так как этим вопросам, вероятно, будет посвящена статья в этом сборнике нашего классика профессора Л.М. Мухина, мы опускаем обсуждение этой проблемы. Считаем важным отметить следующий выдающийся результат работ международного коллектива по австралийским цирконам — гидросфера и атмосфера Земли существовали уже в первые 150 млн. лет.

Согласно интерпретации данных по изотопии кислорода (^|60/¹⁷0/¹⁸0) в цирконах Jack Hills (Peck et al., 2001), 4.2, 4.3 и 4.4 млрд. лет назад на Земле была вода в жидкой фазе. Объемы ее пока оценить не удается (ручейки, озера в кратерах, мелкие моря?). Согласно работам французской школы (1960-1980 гг.) и известного специалиста по изотопии ксенона Р. Озимы, ксенон в атмосфере Земли имеет возраст порядка 4.0 и более млрд. лет. Наша интерпретация содержаний изотопов инертных газов, в частности, изотопной плеяды Хе (Pechernikova et al., 2003; Vityazev et al., 2005) указывает на то, что примитивная атмосфера сформировалась в ходе заключительных стадий образования Земли. Оценка ее массы и состава пока представляет проблему. Однако в сочетании с данными по австралийским цирконам можно уверенно говорить о том, что давление на поверхности ранней Земли было выше необходимого для существования примитивной гидросферы (тройная точка для Н₂O), т. е. порядка и выше современного для Марса.

На стадии аккумуляции Земли, когда поток падающих тел был достаточно велик, параметры ранней атмосферы в значительной степени определялись ударной дегазацией и эрозией. В.В. Светцовым (2007) путем численного моделирования ударов астероидов и комет с размерами от 100 м до 10 км были оценены потери атмосферы на Земле с ее современной атмосферой и Марсе с более плотной атмосферой из углекислого газа, которая могла быть на ранних стадиях его эволюции. Численное моделирование вертикальных ударов проводилось путем решения двумерных уравнений газовой динамики в цилиндрических координатах, начиная со стадии входа тела в атмосферу. Получены приближенные аппроксимирующие выражения потерь массы атмосферы и ударника в зависимости от их параметров и силы тяжести на планете. Характерные величины уносимой массы атмосферы при ударах астероидов (километровых и более размеров) оказываются порядка 0.01-0.1 от массы ударника, а при ударах долгопериодических комет — порядка 0.1-1 от массы кометы.

Согласно расчетам, параметры ранней атмосферы после окончания роста планеты существенно зависят от того периода аккумуляции, когда масса планеты составляет более 99 % от ее конечной величины. Более ранний период забывается, а в более поздний интенсивность притока массы недостаточна для существенного изменения массы образовавшейся до этого атмосферы.

Отметим, что результаты вычислений зависят от таких точно не известных входных параметров, как содержание атмофильных элементов в падающих телах, распределение по массам и скоростям падающих тел, размеры наибольших ударников. При вариации входных данных в допустимых пределах установившиеся к концу аккумуляции (99.9 % массы планеты) атмосферы имеют давление более 1 бар. Более совершенные модели должны учитывать взаимодействие выделяющихся при ударах газов с атмосферой и породами верхнего слоя планеты, физико-химическое состояние ранних атмосфер, сток газов в водные бассейны и учет глубинной дегазации примитивной части вещества, полученного планетой на ранних стадиях аккумуляции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обнаружение протопланетных дисков, экзопланет и планетных систем около молодых звезд и их исследования позволяют надеяться на уточнение условий на поверхности ранней Земли и других планет.

Луна хранит следы «поздней бомбардировки» (Late bombardment) 3.7-3.9 млрд. лет назад. Чем она была вызвана? Наше предположение — это выброс Солнечной системы из звездного скопления. Это предположение должно быть либо опровергнуто, либо поддержано динамическими расчетами и другими данными.

2. Новые технологии обнаружения остатков короткоживущих радиоактивных элементов ²⁶Al, ⁶⁰Fe, ¹⁸²Hf и т.д.) позволяют хронометрировать отдельные стадии формирования и ранней эволюции планет с точностью до 1 млн. лет. Данные по австралийским цирконам и по плеяде изотопов Хе свидетельствуют о наличии атмосферы и гидросферы, начиная с 4.4 млрд. лет назад.

Но масса первичной гидросферы, состав и масса первичной атмосферы пока не установлены. Вероятно, проблему формирования атмосфер надо решать одновременно для Марса, Земли и Венеры. В частности, необходимо решить проблему выхода Венеры на парниковый режим. И понять, почему Земля избежала этого исхода. Это задача ближайшего десятилетия.

В работе использованы результаты исследований сотрудников ИДГ РАН, выполненных по проекту «Процессы на завершающей стадии аккумуляции Земли» (руководитель акад. В.В. Адушкин) в рамках программы Президиума РАН «Проблемы зарождения биосферы Земли и ее эволюции». Авторы благодарны проф. Л.М. Мухину и акад. РАН А.Ю. Розанову за приглашение к участию в рабочем совещании «Проблемы происхождения жизни».

На сайте www.100diet.org Вы найдете эффективные диеты для похудения, благодаря которым Вы сможете встретить новогодние праздники обновленным человеком – оставив в 2011 году столь ненавистные Вам лишние килограммы.

Сводка по энергетическим источникам и процессам теплопереноса

Сводка по энергетическим источникам и процессам теплопереноса дана в табл. 3.

Краткое пояснение к табл. 3.

Энергия короткоживущих изотопов выделяется в первые миллионы лет и существенна для нагрева крупнейших планетезималей и центральных областей протопланет. Гравитационная энергия является самым мощным источником на стадии роста планет, однако лишь ~10 % остается захороненной в недрах. В то же время энергия гравитационной дифференциации в ходе возникновения двух крупнейших резервуаров — ядра и мантии — почти полностью идет на нагрев недр. Во второй части таблицы приведены значения эффективного числа Нуссельта, указаны крайние значения, достигаемые в разное время, для соответствующих геосфер. Из табл. 3 видно, что на стадии роста Земли действовали ударное перемешивание и адвективные течения, сопровождавшие уход тяжелой фракции в ядро и на порядки превышавшие по мощности современные геодинамические течения.

Наша сводка по энергобалансу ранней Земли, приведенная в табл. 3 (Печерникова, Витязев, 2005; Адушкин, Витязев, 2007), по существу, есть «визитная карточка» Земли в первые полмиллиарда лет ее истории.

Таблица 3. Энергобаланс Земли в первые 500 млн. лет

Дифференциация на ядро, мантию и примитивную кору

Оценка суммарного выделения энергии при расслоении первично однородной планеты на два основных физических и химических резервуара Земли была сделана впервые в 1949 г. выдающимся российским геофизиком в Институте физики Земли Евгением Николаевичем Люстихом еще при О.Ю. Шмидте. Позже делались неоднократные попытки уточнить эту оценку и у нас и за рубежом, но цифра 1.5×10³⁸ эрг, полученная Е.Н. Люстихом, остается предпочтительной. Следующие вопросы можно сформулировать так: каково распределение этой энергии по радиусу планеты и темп выделения этой энергии?

Итак, важно указать время начала дифференциации планеты на силикатную и железную оболочки и ответить на основной вопрос — когда сформировалась основная масса земного ядра? К концу 1960-х гг. была популярна модель известного американского физика У. Ельзассера, исходившего из модели первично «холодной» Земли, разогревающейся в последующий 1-1.5 млрд. лет за счет радиоактивных урана, тория и калия с достижением температуры плавления на глубинах порядка 500 км (со ссылкой на упомянутую кривую начальной температуры Земли, полученную B.C. Сафроновым в 1959 г.). Схемы позднего образования ядра неоднократно обсуждались в упоминавшихся работах О.Г. Сорохтина с коллегами из Института океанологии РАН. В наших работах 1980-х гг. был совершен переход к «теплой модели первичной Земли» с ранним образованием ядра (Витязев и др., 1990). Нами еще в 1972 г. было показано, что если в планете образуется слой расплава с мощностью порядка 300 км, то энергии, выделяющейся при дифференциации этого слоя, уже достаточно для поддержания условий плавления вышележащих и нижележащих слоев и перехода к глобальной дифференциации (Витязев, 1974, 2004). Самоподдерживающаяся гравитационная дифференциация наступает при числе G_d > G_{d крит.} = 3.22, где G_d = D_rgch²ν₀E/4lRT²_d, где Dr — разность плотностей матрицы и тяжелых включений, g — сила тяжести, с — доля объема, занимаемая включениями, h — толщина слоя, ν₀ — начальная скорость эффективной дифференциации, Е — энергия активации, l — коэффициент обычной теплопроводности, R — универсальная газовая постоянная, T_d — температура начала эффективной дифференциации.

Для Земли условие выполняется при массе планеты m_р= 0.02-0.04 т_ʘ. Было ясно, что условия появления такого слоя достигаются, когда масса Земли становится больше массы современной Луны, но темп развития дифференциации и времени образования земного ядра строго оценить не удается. Дело в том, что в соответствующих уравнениях гидродинамики, описывающих отделение «железной» компоненты от «силикатной», присутствует важный параметр — коэффициент вязкости, который даже для современной конвектирующей мантии оценивается (для разных слоев) с точностью до порядка величины. Время дифференциации в первом приближении обратно пропорционально значению этого коэффициента. Поэтому мы можем получить сто миллионов лет и несколько миллиардов для динамической оценки скорости роста земного ядра. Было показано (Azbel et al., 1993), что ранний рост ядра согласуется с данными по уран-свинцовой изотопной системе. Но лишь с появлением нанотехно-логии по измерениям в системе Hf-W в рамках одностадийной модели стало ясно, что земное ядро формировалось практически одновременно с ростом планеты, а именно по Hf-W системе — началась в первые 30-50 млн. лет, одновременно с основной стадией роста планеты (Yin et al., 2002; Kleine et al., 2002; Schoenberg et al., 2002).

Спектр масс и скоростей падающих тел, состав тел и его вариации

В наших расчетах по стандартному сценарию формирования Земли получены спектр масс и скоростей тел, формировавших планету, и оценен темп роста планеты. Достаточно наглядное представление о массах тел в зоне растущей планеты и частоты их падений дает рис. 9.

Осредненный состав тел в зоне планет земной группы, включая пояс астероидов, согласно современной парадигме близок к составу хондритов. В то же время давно показано, что ни из одного отдельного класса углистых (CI, CM, CV, СО), обыкновенных (Н, L, LL), энстатитовых (EH, EL) и других хондритов и ахондритов Землю построить нельзя. Можно подобрать смесь из известных классов метеоритов, представленных в земных коллекциях, удовлетворяющую одновременно изотопным, геохимическим и геофизическим критериям (Витязев, Печерникова, 1989; Печерникова, Витязев, 1989), но нет гарантии, что существенная доля вещества была привнесена планетезималями в среднем хондритового, но в остальном (содержание железа, степень окисленности и т.д.) весьма вариабельного состава, которые либо полностью выпали на планеты, либо еще не обнаружены, например, в поясе астероидов.

Рис. 9. Уменьшение со временем частоты столкновений растущей Земли с планетезималями в интервале диаметров: 1- 0.5 ÷ 1 км, 2 — 1 ÷ 2 км, 3 — 2 ÷ 4 км, 4 — 4 ÷ 8 км, 5 — 8 ÷ 16 км, 6 — 16 ÷ 32 км, 7 — 32 ÷ 64 км, 8 — 64 ÷ 128 км, 9 — 128 ÷ 256 км.

Сводка данных по массовым расчетам ударов падающих тел

Диапазон размеров тел, падавших на растущую планету, огромен — от субмикронных размеров для межпланетной и межзвездной пыли до сотен км в поперечнике для крупнейших тел, т. е. составлял 13 порядков. Физика ударных процессов для падающих тел в диапазоне 1-10 км изучалась в последние годы многими исследователями в связи с проблемой формирования кратеров на поверхностях Земли и других планет. Для заключительных стадий растущей Земли необходимо важны оценки последствий падений достаточно крупных — 10-100 км -тел, так как именно они определяли в основном характер процессов на этой стадии. Понятно, что процесс носит вероятностный характер, средняя частота падений показана на рис. 9.

Рис. 9. Уменьшение со временем частоты столкновений растущей Земли с планетезималями в интервале диаметров: 1 — 0.5 ÷ 1 км, 2 — 1 ÷ 2 км, 3 — 2 ÷ 4 км, 4 — 4 ÷ 8 км, 5 — 8 ÷ 16 км, 6 — 16 ÷ 32 км, 7 — 32 ÷ 64 км, 8 — 64 ÷ 128 км, 9 — 128 ÷ 256 км.

На основании наших оценок присутствия крупных тел в зонах формирования планет было предложено провести в ИДГ РАН рассчеты последствий падений тел диаметром от 1 км до сотен км, оценить размеры формирующихся кратеров, количество испаренного и расплавленного вещества ударника, океанической воды, коры и мантии, выброшенного испарившегося и выпавшего сконденсированного на поверхность планеты вещества (Печерникова, Витязев, 2005).

В ИДГ РАН ведутся массовые расчеты процессов, сопровождающих падения тел, в достаточно широких диапазонах масс и размеров тел, скоростей падения, углов вхождения в атмосферу, состава тел. Расчеты ведутся для различных вариаций свойств мишени, толщины и состава коры, присутствия океана той или иной глубины, различных вариантов теплового профиля и реологических свойств верхней оболочки. Для ранних стадий эволюции Земли существенна относительно высокая частота падений, т. е. кумулятивные эффекты множественных ударов. Поэтому нами была поставлена цель — получение параметризованных формул для интегральных оценок количества ударных расплавов, доли испаренного вещества и вещества, выбрасываемого на высотные орбиты, эрозии атмосферы и т.п. при падении множества тел.

Рис. 10. Отношение расплавленной массы мантии (кружки) и коры (квадраты) к массе ударника при ударах астероидов со скоростью 20 км/с (тонкие линии) и комет со скоростью 50 км/с (толстые линии) (Светцов, 2007).

Рис. 11. Отношение испаренной массы мантии (кружки) и коры (квадраты) к массе ударника при ударах астероидов со скоростью 20 км/с (тонкие линии) и комет со скоростью 50 км/с (толстые линии) (Светцов, 2007).

Согласно численным расчетам (Shuvalov, Dypvik, 2004; Svetsov, 2006; Светцов, 2007, 2008), испаренная масса верхней оболочки в единичном ударе составляет 0.07—0.1 от массы ударника для 50-км тел (для астероидных тел, имеющих скорости около 15-20 км/с). Испаренное породообразующее вещество быстро (сутки) остывает, конденсируется и выпадает на планету. Очень малая доля его (порядка первых процентов) может уходить в межпланетное пространство. Отношение массы расплавленной мантии к массе ударника для тех же тел составляет от 10 для 50-км тел до 100 для 400-км. Результаты этих расчетов подтверждают вывод, полученный нами ранее (Витязев и др., 1990; Печерникова, Витязев, 2005). При падении меньших тел объемы расплавов быстро уменьшаются с уменьшением размера ударника, и выпадение части вещества в виде пыли и мелких обломков на растущую планету не приводит к существенному нагреву и плавлению. На основной стадии роста планеты, когда были достигнуты скорости падения больше 3-5 км/с и в то же время доля крупных тел по массе составляла более половины, верхняя оболочка планеты в местах ударов крупных тел претерпевала неоднократное плавление.

Если Вы ищите сайт, который предлагает качественные и недорогие будки и металлические вольеры для собак, тогда я советую Вам обратить внимание на сайт www.dogcatdog.ru, опытные специалисты которого сделаю для Вашего четвероногого любимца уютный домик.

Если ночной кошмар каждого семейного человека – попасть под сокращение перед новогодними праздниками, стал для Вас явью, то не стоит отчаиваться и впадать в уныние! Все, что Вам нужно сделать – это начать поиск работы в Минске на сайте бесплатных объявлений www.slando.by, благодаря которому Вы в кратчайшие сроки сможете найти себе новое место работы.

РАННЯЯ ЗЕМЛЯ. ПРОЦЕССЫ НА ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ ФОРМИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ И ЕЕ РАННЯЯ ЭВОЛЮЦИЯ

Проблеме состояния «первичной» Земли и ее эволюции в первые 500 млн. лет посвящены тысячи публикаций. Отсутствие образцов пород указанных возрастов делает проблематичным выбор рабочей модели из десятка гипотез, предложенных хотя бы в последнее десятилетие. Мы занимаемся этой проблемой с конца 1980-х гг., когда нам стало ясно, что Земля испытала существенный нагрев, частичное (неоднократное) плавление существенной части ее вещества уже в ходе роста планеты. На рис. 8 дана общая схема строящейся теории, где каждый отдельный блок, по сути, представляет собой отдельную проблему, каждой из которых посвящены десятки, а по изотопии и сотни исследовательских работ. Главной все же пока остается проблема дифференциации Земли на два основных резервуара — ядро и мантию. В современной Земле они составляют 99.5 % по массе вещества и не менее по энергетике. Мы не приводим известных профессионалам в этой области систем уравнений. В определенной мере они были выписаны в работах В.П. Мясникова и его школы более тридцати лет назад (см., напр., Мясников, Фадеев, 1980). Проблемы описания возникновения примитивных геосфер лежат не в трудности создания численных 2D или 3D моделей динамики ранней Земли. Проблема состоит в согласовании многочисленных указаний (и при этом все же недостаточных) на общий характер начального состояния Земли со стороны астрофизики, планетологии, геохимии и геологии.

Проблема крупнейших тел: мегаимпакт или макроимпакты?

Земля — дифференцированная планета. Если о современном состоянии геосфер мы знаем относительно много, то о времени их образования — пока удручающе мало. В первую очередь важно определить, когда произошло расслоение (дифференциация) планеты на два основных резервуара — ядро и мантию. Основатель московской школы планетной космогонии академик О.Ю. Шмидт надеялся, что после создания работающей модели формирования Земли будут получены «начальные условия» для разработки моделей ее эволюции. В 1960-е гг.

B. C. Сафроновым (Сафронов, 1969), столь много внесшим в создание стандартной модели, были получены оценки распределения температуры в формирующейся Земле. По его оценке, к моменту завершения роста Земли ее температура была всюду ниже температуры плавления с температурным завалом (800 К) в центре, максимумом (1500 К) на глубинах порядка 500 км и спадом к поверхностной температуре порядка 0 °С.

Рис. 8. Блок-схема модели Земли в катархее.

В наших ранних работах (1970-е гг.) с СВ. Маевой была построена компьютерная модель дифференциации Земли, в которой после разогрева долгоживущими U-Th-⁴⁰K спустя несколько сотен млн. лет происходит дальнейший нагрев, достижение температуры плавления и начало дифференциации на железо и силикаты. Надо сказать, что в те годы не было изотопных данных, позволяющих проверить эти модели. Существовали геохимические гипотезы (А.П. Виноградов, М.Н. Clark, К.К. Turekian, L.A. Grossman), о первичном возникновении железных ядер, на которые потом выпадает мантийный материал. Они были совершенно неудовлетворительны с точки зрения динамики формирования планет. Однако следует сказать, что гипотеза гетерогенной аккреции имела свои аргументы. Не исключено, что некоторые ее моменты надо будет учесть в дальнейших исследованиях. Отметим, что модель позднего формирования земного ядра вступала в противоречие с открытием ядра у Марса с его древней поверхностью и верой всех планетологов, что Меркурий тоже прошел раннюю дифференциацию.

В конце 1970-х гг. нами (Печерникова, Витязев, 1979, 1980) были пересмотрены результаты работ (Зиглина, 1976; Зиглина, Сафронов, 1976), посвященных оценке эксцентриситетов и наклонов орбит растущих планет. Был сделан вывод о присутствии в зонах роста планет крупных (тысячекилометровых) тел. Стало ясно, что верхний предел на размеры тел (100 км по B.C. Сафронову), падающих на Землю, занижен на порядок (на три порядка по массе). С этого момента стало ясно, что оценки температуры первичной Земли B.C. Сафронова занижены в два-три раза. Следует отметить, что в известных монографиях (Сорохтин, Ушаков, 1991, 2002) эволюция Земли до сих пор рассматривается с начальными условиями по B.C. Сафронову. Теперь можно с уверенностью говорить, что эти взгляды не соответствуют современным данным. Так в 1995-1997 гг. несколькими группами на основе анализа изотопных систем Sm-Nd в SNC метеоритах показано, что дифференциация Марса — образование ядра и выделение коры — произошла в течение первых 100 млн. лет. Указанные выше данные по Hf-W нескольких исследовательских групп подтвердили наш вывод о ранней дифференциации планетезималей и планет.

Мы продолжаем придерживаться полученного нами ранее вывода (Витязев и др., 1990; Витязев, Печерникова, 1996) о том, что Земля не была никогда ни «огненно-жидкой», ни «холодной». Нагреваемая ударами падающих тел со спектром масс п(т) ∞ т^-q, где q < 2, а верхний предел («крупнейшее» тело после планеты), меняясь со временем, может на заключительных стадиях составлять до 0.01 от массы планеты, растущая планета временами имеет гигантские очаги расплавов — высокотемпературные пятна на общем фоне субсолидусных температур. В этих подземных гигантских, но все же локальных, морях магмы должна происходить дифференциация. При определенных условиях, описываемых критерием «теплового взрыва» энергии гравитационной дифференциации становится достаточно, чтобы эта дифференциация перешла в глобальную.

При имеющемся согласии по стандартной модели образования планет между западной (в основном американской) и российской школами планетной космогонии есть существенное расхождение по одному весьма важному вопросу (пп. 5, 6, 17 на рис. 6). Это — величина верхнего предела в распределении масс падающих на Землю тел. Согласно гипотезе мега-импакта образование системы Земля-Луна произошло вследствие столкновения первичной Земли с планетой (Тейя) с массой порядка массы Марса (0.1 М_ʘ). Согласно нашей модели макроимпактов (Витязев, Печерникова, 1996; Vityazev, Pechernikova, 1998) массы крупнейших падающих тел на поздних стадиях роста Земли не превышали массы Луны. Следствия для этих двух подходов различаются кардинально. В отличие от нашей модели, первичная Земля после мегаимпакта представляет собой сплошной магматический океан. Формирование Луны по американской модели было вызвано последствием этого единичного удара и произошло в результате аккреции выброшенного вещества менее, чем за несколько тысяч лет. По нашей модели формирование Луны происходило в течение миллионов лет за счет вещества, выброшенного с растущей Земли при макроимпактах и тел протопланетного диска (Витязев, Печерникова, 1996). Следует сказать, что эта модель, как и другие модели, недостаточно разработана. В геохимическом плане она имеет те же недостатки, что и модель мегаимпакта. В динамическом плане не показана ее осуществимость: могут ли небольшие выбросы быть удержаны на орбите? Но этот же вопрос относится и к модели мегаимпакта.

Представляется, что выбор в пользу тех или иных моделей должен будет сделан на основании соответствия динамических параметров и космохимических данных наблюдаемым значениям.

В статье А.А. Боярчука и др. (1998) были приведены оценки максимально возможного размера тела, падающего на Землю, исходя из имеющегося аналитического решения для классической задачи двух тел. Сделан вывод, что удар тела размером с Марс ведет в случае Земли к эксцентриситету ее орбиты, на порядок превышающему современный. Иными словами, модель мегаимпакта с массой Тейи порядка массы Марса, по мнению указанных авторов, не проходит. Мы рассмотрели обобщение классической задачи столкновения двух тел в поле центрального тела с учетом потери части энергии и вещества при столкновении.

СТАНДАРТНЫЙ СЦЕНАРИЙ ФОРМИРОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

В 1970-1980 гг. была построена так называемая «стандартная модель происхождения Солнечной системы» (СМПСС). Учитывая характер сборника, мы даем лишь сжатое описание модели, опуская почти всю математическую часть, уравнения, формулы и т. д. Кроме того, заметим, что мы предпочитаем называть это не моделью, а сценарием происхождения Солнечной системы.

Рис. 5. Стандартная модель эволюции газопылевого допланетного диска около молодого Солнца. Слева сверху вниз (1-4) — опускание пыли к центральной плоскости и образование пылевого субдиска, уплощение пылевого субдиска, гравитационная неустойчивость в нем и его распад на пылевые сгущения, сжатие пылевых сгущений и образование роя плотных тел астероидных размеров. Справа (5-8) — объединение планетезималей в планеты: появление крупных тел, ударный нагрев, сильный метаморфизм, плавление и испарение вещества, реконденсация, диссипация газа из СС и аккреция его на Юпитер и Сатурн, образование облака Оорта и пояса Койпера, завершение процесса формирования планет и спутниковых систем (Левин, 1964; Витязев и др., 1990).

Понятие сценария шире понятия модели, так как в сценарии используются десятки моделей для определенных стадий формирования и эволюции Солнца и его планетной системы, находящиеся в разной степени разработки. С другой стороны, в сценарии предполагается, что некоторые второстепенные «герои» могут стать с развитием теории и наблюдений главными, а концовка может существенно измениться.

На рис. 5 показаны основные стадии эволюции околосолнечного допланетного диска и приведены оценки времен продолжительности отдельных стадий.

Рис. 6. Блок-схема грави-магнито-гидродинамических моделей протопланетных дисков около молодых звезд солнечного типа.

Длительность стадий — это исходно динамические оценки, подтвержденные позже космохронометрией:

На рис. 6 показаны ключевые моменты строящейся теории. Каждый блок в схеме — это, по сути, отдельное направление теоретических и/или экспериментальных исследований для объяснения наблюдаемых данных. Обычно это десятки и сотни работ различных международных исследовательских коллективов. На схеме показаны также связи между отдельными направлениями и зависимость решения одних задач и проблем от других. Блоки 7-11 в свое время являлись проблемами классической космогонии. Их принципиальное решение было получено в рамках упомянутой «стандартной модели» (Витязев и др., 1990). Надо сказать, что некоторые современные компьютерные анимации пока не могут дать ответы на классические вопросы о том, почему планетная система такая, какой мы ее видим. Отметим, что по блокам 3-7, 13-17 дискуссия продолжается, ведутся компьютерные расчеты по все усложняющимся моделям. Блоки 1 и 2 представляют последнюю модификацию сценария, который обсуждается ниже. Блок 18 — это наше предложение астрофизикам искать вспышки, вызванные макроимпактами в формирующихся планетных системах около современных молодых звезд.

Если на днях Ваш молодой человек огорошил Вас, сделав предложение соединить ваши судьбы узами брака, то не спешите с ответом, а обратитесь за советом за советом к звездам – проверьте совместимость знаков Зодиака. Существует вероятность того, что Вам с этим человеком просто противопоказано находиться рядом и тогда Ваш брак превратиться в настоящую пытку, поэтому без промедления перейдите на сайт www.mageia.ru и проверьте ваши знаки зодиака на совместимость!

Если вы решили обновить интерьер квартиры, одно пребывание в которой нагоняет на Вас тоску, то советую Вам обратиться за помощью к опытным и креативным дизайнерам творческой мастерская «АтОлл», которые превратят вашу холостяцкую берлогу в квартиру вашей мечты.

Средний космический состав и состав допланетного газопылевого диска

Многолетние исследования в ИК и радиодиапазонах состава газа и пыли в галактических туманностях и молекулярных облаках, данные о металличности звезд разных поколений, данные по фотосферам Солнца и ряда звезд, данные о составе метеоритного, астероидного и кометного вещества позволяют судить о среднем космическом и солнечном составах. На диаграмме (рис. 2) показана верхняя часть таблицы Д.И. Менделеева с одновременным указанием среднего космического содержания наиболее обильных элементов (Anisochkin et al., 2007; Анисочкин и др., 2007).

Трехмерная таблица Менделеева современного космического обилия элементов

Рис. 2. Современный космический состав.

Таблица 2. Основные компоненты газопылевого диска

Состав первичного газопылевого диска восстанавливается по данным о метеоритах и кометах и содержаниях элементов в фотосфере Солнца. Для грубых расчетов по динамике газо-пылевого диска используют три основные компоненты (табл. 2).

Список обнаруженных молекул в молекулярных межзвездных облаках от двух и более до десяти атомных огромен. На рабочем совещании он демонстрировался еще в двух выступлениях — Н.Г. Бочкарёва и В.Н. Снытникова. Поэтому мы его здесь не приводим, отсылая читателя к интернетовским сайтам. Отметим обычно не подчеркиваемый факт: обилие многоатомных молекул в межзвездной среде падает почти экспоненциально с ростом числа атомов в данной молекуле.

Ситуация с молекулярным составом газа и пыли в протопланетных дисках около молодых звезд и в околосолнечном газопылевом диске является предметом обширной дискуссии. В рамках этой статьи мы лишь отметим, что переработка вещества в ходе формирования околосолнечного диска могла быть неполной и часть вещества на окраине диска могла иметь состав как газа, так и пыли, близкий к межзвездному. Более того, согласно выше сказанному в этом пункте, часть межзвездного вещества могла поступать в молодую СС уже в ходе продвинутого формирования планет.

Грави-магнито-гидродинамика газопылевого диска около молодого Солнца

Согласно стандартной модели умеренно массивного (М_d= 0.03÷0.07M_ʘ), тонкого (H(R)/ R<<1), но оптически толстого протопланетного диска к окончанию аккреции на Солнце в диске имеется «мертвая» зона (R ~ 0.1÷20 а.е.), где ввиду низкой ионизации вблизи центральной плоскости МГД эффекты пренебрежимо малы. Здесь H(R) =c_s/Ω- толщина однородной атмосферы, c_s — скорость звука, Ω — угловая скорость вращения. В то же время над и под мертвой зоной на высотах порядка нескольких характерных толщин Н имеется активный слой с поверхностной плотностью σ ~ 100 г/см², в котором степень ионизации n_c/n_H > 10^-13 достаточна для развития магнито-ротационной неустойчивости MRI, открытой Е.П. Велиховым (Velikhov, 1959) и интенсивно исследуемой в астрофизических объектах и лабораториях.

Мы исследовали слоистые модели постаккреционного диска (рис. 3), в котором после седиментации пыли и последующей гравитационной неустойчивости в пылевом субдиске вблизи центральной плоскости идет аккумуляции тел. В то же время в МГД активном верхнем слое продолжается турбулентный перенос углового момента и газа на периферию диска. На рис. 6 (см. ниже) показана общая блок-схема грави-магнито-гидродинамической (ГМГД, в английской транскрипции GMHD) модели допланетного диска, где знаком «***» отмечены новые блоки, добавленные нами к стандартной модели.

В теории околосолнечного диска оставалась нерешенной проблема потери большей части газа первичной околосолнечной туманности. Потеря газа по механизму Джинса (как потери газов тяжелее Н и Не из современной атмосферы Земли) очень мала (Витязев и др., 1990). Гипотеза о выметании газа из диска звездным ветром молодого Солнца требовала чуть ли не стократной по сравнению с околосолнечным диском массы, т. е. еще одной солнечной массы, что противоречит физике Солнца.

Рис. 3. Схема сечения молодого Солнца и околосолнечного протопланетного газопылевого диска.

Еще одной загадочной и необъясненной проблемой является факт наличия намагниченности метеоритных зерен. Лабораторные исследования естественной остаточной намагниченности (Natural Remanent Magnetization — NRM) многих фрагментов сотен метеоритных образцов указывают на существование в допланетном диске магнитных полей 1-500 mT. Неупорядоченное расположение намагниченных фрагментов в метеоритных образцах свидетельствует о намагничивании, произошедшем до их объединения в единые агрегаты. Было предложено несколько механизмов генерации магнитных полей в весьма различающихся моделях газопылевых дисков (сжатое межзвездное в молодом Солнце, генерируемое в недрах раннего Солнца, самогенерация на аккреционной стадии и т. д.). Но они не смогли обойти проблему «мертвой зоны».

РАННЯЯ ЗЕМЛЯ В ТЕСНОМ ОКРУЖЕНИИ МОЛОДЫХ ЗВЕЗД

© 2009 г. А.В. Витязев, Г.В. Печерникова

Институт динамики геосфер РАН

Данные о физико-химических условиях на ранней Земле важны для специалистов, работающих по проблеме зарождения биосферы. Обсуждается последняя модификация теории формирования Земли и планет. Рассматриваются возможные последствия формирования Солнца в области звездообразования в тесном окружении соседних молодых звезд. Приводится обобщение классической задачи о темпе роста Земли и планет с новыми оценками, позволяющими согласовать результаты как по долгоживущим (уран-свинцовым), так и короткоживущим (гафний-вольфрам) космохронометрам. Обсуждается модель ранней эволюции Земли, учитывающая как новые динамические оценки, так и последние геохимические данные (древнейшие австралийские цирконы, реликтовая плеяда ксенона). Указаны проблемы теории ранней эволюции Земли, по которым пока не удается получить удовлетворительного решения.

ВВЕДЕНИЕ

Продвижение в решении проблемы зарождения земной биосферы так или иначе зависит от ограничений, следующих из моделей образования планет. Идеи межзвездной или межпланетной панспермии или самозарождения биоты на Земле требуют оценок астро-физико-химической обстановки на нашей планете в первые полмиллиарда лет. Модели ранней Земли основываются на нашем понимании процессов, приведших к формированию Земли и планет. Предлагавшиеся модели «огненно-жидкой» и конкурентной «холодной» первичной Земли базировались на тех или иных космогонических представлениях, появлявшихся после знаменитой гипотезы Канта-Лапласа.

В 1970-1980 гг. благодаря совместным усилиям российской (московской), японской, американской и европейской школ был построен так называемый «стандартный сценарий происхождения Солнечной системы» (описание см. Hayashi et al., 1985; Витязев и др., 1990; более поздние обзоры, включая Wikipedia). В статье эта модель представлена схематически, как часть новой более общей модели (см. ниже рис. 6).

Первый раздел посвящен обобщенному подходу к исследованию происхождения околозвездных протопланетных систем в гигантских молекулярных облаках. Здесь мы обсуждаем разные возможности образования Солнечной системы (СС), формирующейся в тесном окружении других молодых звезд (Pechernikova, Vityazev, 2007). Здесь же объясняются новые понятия — плазменные оболочки газопылевых дисков около молодых звезд — «ионоторы» и «магнитоторы». Поскольку к системе уравнений грави-гидродинамики добавляется система уравнений Максвелла для ионизованной среды, модификация стандартной модели названа нами «грави-магнито-гидродинамической моделью». В этом разделе, по сути, предлагается принципиальное решение старой (весьма острой) проблемы о потере первичным газопылевым диском более 90 % его первоначальной массы.

Во втором разделе дается краткое описание «стандартного сценария формирования планетной системы Солнца». Приводятся новые оценки по уточненной формуле для скорости роста Земли. Полученная короткая шкала роста твердых планет на ранней стадии позволяет интерпретировать показания Hf-W-геохронометра как указание на плавление и дифференциацию в родительских планетезималях в первые десятки миллионов лет жизни СС. С другой стороны, подтверждена оценка общей длительности завершающего этапа роста Земли — 100 млн. лет.

В третьем разделе приводится описание агрегированной модели ранней Земли. Мы продолжаем придерживаться полученного нами ранее вывода о том, что Земля не была никогда ни «огненно-жидкой», ни «холодной». Нагреваемая ударами падающих тел, массы крупнейших из которых могут на заключительных стадиях составлять до 1 % от массы планеты, растущая планета временами имеет гигантские очаги расплавов. В этих гигантских подземных, но все же локальных, морях магмы должна происходить дифференциация. При определенных условиях, описываемых критерием «теплового взрыва», энергии гравитационной дифференциации становится достаточно, чтобы локальная дифференциация перешла в глобальную. Обсуждаются процессы формирования примитивных атмосферы и гидросферы. Здесь же приводится сводная схема блоков, составляющих референц-модель ранней эволюции Земли.

В Заключении приводятся остающиеся нерешенными основные проблемы моделей ранней Земли. Имея в виду общую направленность сборника, мы сочли необходимым ограничиться минимумом формул, отсылая читателя к соответствующим публикациям.

ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАНЕТНЫХ СИСТЕМ В ТЕСНОМ ЗВЕЗДНОМ
ОКРУЖЕНИИ

Астрофизические и космохимические аспекты

Одним из важнейших открытий за последние менее чем полстолетия является обнаружение множества планетных систем около других звезд в Галактике. К настоящему времени найдено более 300 экзопланет около ~100 молодых звезд.

Более того, обнаружены и исследуются тысячи газопылевых, вероятно, протопланетных, дисков около молодых звезд. Таким образом, спустя два с половиной столетия после знаменитых работ Канта-Лапласа, идея о происхождении планет из околосолнечного газопылевого диска обрела экспериментальное подтверждение. Да, у нас нет возможности своими глазами увидеть раннюю Солнечную систему. Но мы можем наблюдать рождение планетных систем в современной Галактике около звезд солнечного класса. Можно сказать, что мы не знаем, каким был этот дуб в молодости, но мы теперь видим деревья в нашей дубраве на разной стадии их жизни.

В последние два-три года мы пытаемся сделать следующий шаг: восстановить астрофизическую обстановку вблизи формирующейся Солнечной системы. Понимание того, что звезды не формируются поодиночке, а возникают группами в огромных туманностях типа знаменитой туманности Ориона, было достигнуто более полувека назад. Однако последствия такого совместного рождения планетных систем для нашей Солнечной системы по сути остаются не исследованными. Здесь имеется несколько важных подпроблем. Первая — как долго наша СС находилась в туманности и, вероятно, затем в звездном скоплении типа

Рис. 1. Схема протопланетного диска (проплайда) (а) и артвидение протопланетного диска, обдуваемого звездным ветром близкого голубого гиганта (б).

Плеяд или Гиад (без газопылевого окружения)⁰ Какие космохимические и динамические следствия тесного звездного окружения имели место для молодой СС?

В связи с первым вопросом заметим, что характерные времена жизни туманностей, в которых рождаются звезды с планетными системами (и без них), порядка десятков миллионов лет. Голубые гиганты своим звездным ветром рассеивают газо-пылевую составляющую, и на месте туманности остаются звездные скопления. Звездные скопления распадаются гораздо медленнее, и известны NGC 752, М 67, Гиады, Ясли, существующие от первых до многих сотен миллионов лет.

В связи со вторым вопросом следует обратиться к характеристикам астрофизической обстановки у наблюдаемых протопланетных дисков в молодых туманностях. На рис. 1 показана схема типичного протопланетного диска около молодой звезды солнечного класса, который испытывает сильнейшее влияние звездного ветра, рентгеновского и УФ излучения от близкого голубого гиганта. Говоря коротко, в молодую СС с уже сформировавшимися крупными телами и протопланетами в первые десятки миллионов лет после образования Солнца может по-прежнему поступать свежий материал от окружающего звездного населения. По массе в сравнении с массой протопланетного диска это может быть и незначительная доля. То есть на химический состав молодой СС влияние привноса вещества может быть пренебрежимо малым.

Если инжектируются свежие радионуклиды короткоживущих элементов (см. табл. 1), по дочерним которых мы хронометрируем ранние стадии эволюции СС, это может быть существенно! Кроме того, если в молодой СС уже есть сформировавшиеся планеты и другие меньшие тела (астероиды и кометные ядра), помимо потока солнечного ветра и солнечного излучения может быть важным звездный ветер и космические лучи из ближайших окрестностей, действующие на приповерхностные слои.

Напомним, что космические лучи — это массивные частицы, протоны, ядра гелия и т. д., фотоны (гамма, рентген, ультрафиолет и ИК). Общая плотность энергии ~1 эВ/см³. Для сравнения — плотность светового излучения звезд ≈ 0.3 эВ/см³. Во время формирования СС в туманности плотность излучения могла быть на два-три порядка выше.

Итак, мы считаем важным обратить внимание на возможность перенормировки космо-и гео- хронометров ранних стадий эволюции СС.

Таблица 1. Короткоживущие нуклиды в ранней Солнечной системе (Goswami, Vanhala, 2000)

SN — сверхновая: N — новая: AGB — асимптотическая ветвь гигантов; WR — типа Вольфа – Райе: ^b — продукты спонтанного деления: ^c — необходимо подтверждение.

Дискуссия по пленарному докладу Л.М. Мухина «УСЛОВИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ 4.6-4.0 МЛРД. ЛЕТ НАЗАД:

ПЕРВИЧНЫЕ СИНТЕЗЫ»

Председательствующий А.С. Спирин

М.Я. Маров: Откуда следует, что океан был уже четыре с половиной миллиарда лет назад? Согласно известным мне геологическим данным и моделям, он появился где-то 3.8, может быть, 3.9 млрд. лет назад. Действительно, в этой зоне аккреционного диска изначально была высокая температура (около тысячи градусов, как показывают наши термодинамические расчеты), и, следовательно, происходило обеднение летучими. К этому же времени относится, вероятно, появление первых гидросиликатов. Другой вопрос — почему у Вас только отдельные очаги на первичной Земле горячие? Вы полагаете, что изначально Земля была холодной и горячие области обусловливались только очень крупными импактами?

Л.М.М.: Заключение о том, что гидросфера возникла достаточно рано, сделано на основе анализа изотопов кислорода в цирконах. Дельта ¹⁸0 оказалась между 7 и 9 (а не 5, как в магме), сделан вывод, что это были какие-то гранитные расплавы, которые получались от взаимодействия магмы с водой. Нет другого решения этой проблемы.

М.Я. Маров: Но циркон — не летучий элемент, и такая связка могла быть, скажем, в межпланетном пылевом веществе, так же, как и в корунде. Поэтому, с моей точки зрения, это не является доказательством.

Л.М.М.: На мой взгляд, с цирконами все в порядке, они не могли быть привнесены, они очень древние. В сочетании с возрастом, данные по изотопии кислорода и другие данные коррелируют.

М.Я. Маров: Теперь о проблеме фосфора. На Землю летучие могли быть привнесены не только кометами, но и астероидами, в частности, достаточно большой фракцией астероидов, содержащих гидратированные минералы. Поэтому фосфор может быть найден.

Л.М.М.: Согласен. Но проблема существует.

А. Б. Рубин: Поясните по поводу содержания кислорода и окисления железа.

Л.М.М.: Соотношение двухвалентного и трехвалентного железа показывает, что был молекулярный кислород.

М.Я. Маров: Возможно, изначально было много FeO, который, переходя в ядро, обеспечивал приток тяжелого элемента для роста ядра. Кислород высвобождался и параллельно связывался в Fe₂O₃.

Л.М.М.: Он очень быстро связывался.

А.В. Витязев: В кометах отношение D/H очень не подходит для земного океана. В кометах плохо с фосфором. Слабая надежда на неисследованные кометы семейства Юпитера. В общем, идея, что большая часть воды была принесена кометами, сейчас выглядит слабее.

Л.М.М.: Да, абсолютно правильно.

А.В. Тутуков: Я специально занимался температурой Земли на стадии ее формирования. На этапе 300 миллионов лет средняя поверхностная температура была бы только 100 градусов Кельвина. Для того, чтобы повысить температуру до 1 000 градусов, нужно, чтобы время аккреции сократилось до 30 миллионов лет. Если Земля образовывалась из пыли, ее температура была низкой, но от ударов крупных тел локально повышалась и до одной тысячи и до нескольких тысяч градусов.

Л.М.М.: Я согласен с Вами. Критическим параметром здесь является время аккреции.

Л.Ю. Розанов: Куда исчезли геологические породы древнее четырех миллиардов лет?

Л.М.М.: Есть цирконы, им 4.4 миллиарда лет.

А.Ю. Розанов: Это несколько десятков зерен. Где сами породы?

Л.М.М.: У меня нет ответа.

Н.Г. Бочкарёв: Как Вы относитесь к работам Георгия Георгиевича Манагадзе по импактному образованию сложных соединений, в том числе воды — происходит атомизация ударного объекта, потом заново образование молекул. Им было показано, что все океаны могли образоваться импактным образом.

Л.М.М.: Георгий Георгиевич — блистательный инженер, но то, что он пишет в своих статьях, по меньшей мере, сомнительно…

М.Я. Маров: Отношение D/H в кометах действительно вдвое выше, чем в земных океанах, но это результаты относятся только к долгопериодическим кометам, а что касается короткопериодических, в частности, семейств Юпитера, Нептуна, об этом мы пока ничего не знаем.

Л.М.М.: Да, это существенно.

Решили отправиться в путешествие по юго-восточному побережью Чёрного моря, тогда первое, что Вам нужно узнать – это то, что находиться Абхазия на карте России.
В этом путешествии вашим незаменимым помощником и гидом по живописным местам черноморского побережья станет сайт virtune.ru, который поможет Вам не только сориентироваться на местности, но и узнать расположение городов и курортов.