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

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

 

 

120911 1706 4 РАННЯЯ ЗЕМЛЯ. ПРОЦЕССЫ НА ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ ФОРМИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ И ЕЕ РАННЯЯ ЭВОЛЮЦИЯ

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 Мʘ). 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.

 


Найти на unnatural: РАННЯЯ ЗЕМЛЯ ПРОЦЕССЫ НА ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ ФОРМИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ЕЕ РАННЯЯ ЭВОЛЮЦИЯ
Автор: admin | 9 Декабрь 2011 | 524 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100