13. Догеологическая палеогеография Земли: образование Солнечной системы и двойной планеты Земля-Луна

Происхождение Солнечной системы. 15-20 млрд лет назад в момент «Большого взрыва» произошло образование нашей Вселенной. Постепенно сформировались протогалактики с гигантскими протозвездами. Происходили взрывы «сверхновых» звезд.

Рассеянное вещество от взорвавшихся звезд постепенно формирует газопылевые облака. При достижении критической величины начинается процесс самогравитации облака и конденсации в новую звезду.

Солнечная система возникла около 4,7 млрд лет назад. Незадолго перед образованием Солнечной системы произошли взрывы по крайней мере двух сверхновых звезд. Согласно современным представлениям, заложенным О.Ю. Шмидтом, планеты Солнечной системы, в том числе Земля и Луна, образовались за счет аккреции твердых частиц газопылевого протопланетного облака. Взрывы сверхновых звезд сопровождались возникновением ударных волн, в результате чего в газопылевом облаке возникали сгущения, способные в дальнейшем к сжатию за счет самогравитации. Получив импульс начального сжатия и вращения это облако стало необратимо сжиматься под действием гравитации. Постепенно в центральной зоне сформировалось Протосолнце. Его температура была сравнительно невысокой (не более 900—1000 °С).

Протопланетное облако под влиянием центробежных и гравитационных сил стягивалось к экваториальной плоскости и приобрело чечевицеобразную форму.

В начавшем сжиматься протопланетном диске появились первые, очень рыхлые и мелкие (порядка нескольких сантиметров, а потом и метров) комки вещества. Затем постепенно они превратились в более крупные тела – зародыши будущих планет – планетезимали, поперечные размеры которых достигали километров и сотен километров, у которых стали проявляться гравитационные поля.

Формирование Солнца происходило значительно быстрее, чем формирование планет, – всего за несколько миллионов или за первые десятки миллионов лет..

За счет исключительно сильного солнечного ветра (стадия Т-Тельца) из околосолнечного пространства на периферию Солнечной системы выносились все газовые и летучие компоненты. В результате в центральных областях конденсировались тугоплавкие элементы (Fe и Ni и оксиды А1₂0₃, CaO, MgO, Ti₂0₃, Si0₂, Сг₂0₃, FeO и др.), концентрации легкоплавких элементов (Li, Na, К, Rb, Cs, In, Ba, элементы редкоземельной группы, Hg, Pb, Rn и др.) оказались заниженными. Вещество планет земной группы оказалось обедненным серой, цинком, оловом. Газообразные компоненты Н₂, Не и другие благородные газы, Н₂0, СО, С0₂, СН₄, NH₃, H₂S, S0₂ и S0₃, HC1, HF были вынесены из внутренних областей практически полностью.

В результате еще до начала процесса формирования планет протопланетное облако было дифференцированным. Дифференциация вещества протопланетного облака произошла быстро (миллионы лет), в то время как образование планет длилось десятки миллионов лет.

Земля формировалась из вещества, почти полностью потерявшего все газовые составляющие. Аккреция планет в основном была гомогенной (однородной). Значит средний химический состав Земли оставался постоянным вдоль всего радиуса.

Рост Земли продолжался около 100 млн лет. При аккреции выделилось большое количество, однако температура в недрах Земли оставалась ниже температуры. Значит, Земля в то время была недифференцированной, лишенной ядра и земной коры. Об этом же свидетельствуют и прямые геологические данные – полное отсутствие на Земле магматических пород в интервале возрастов 4,6-4,0 млрд лет.

Образование двойной планеты Земля – Луна. На ранних этапах развития (4,7-4,6 млрд.лет) влияние Луны было очень сильным и приводило к катастрофическим последствиям. Луна послужила тем механизмом, который запустил и активизировал тектоническое развитие Земли в архее, раскрутила планету, определил наклон оси ее вращения. По Сорохтину и Ушакову современная Луна образовалась за счет приливного разрушения Протолуны на пределе Роша (критическое расстояние от планеты, ближе которого невозможно существование спутника – около 17 тыс. км.).

Образования Луны. Луна резко обеднена железом и содержит около 5 % железоникелевой фазы, в то время как ее содержание на Меркурии составляет 65 %, Венере 28,8%, Земле 32,5%, Марсе 20%. Это можно объяснить только разрушением Протолуны, захваченной Землей с соседней ближайшей орбиты (или образовавшейся вблизи Земли) и сбрасыванием железного ядра на Землю на пределе Роша.

Ранняя стадия системы Земля—Луна. Масса Протолуны была в 4 раза больше, чем масса современной Луны, а угловая скорость вращения больше, чем у Протоземли.

В процессе приливного взаимодействия орбитальный момент Протолуны постепенно передавался Протоземле, ускоряя тем самым ее собственное вращение в сторону движения спутника. Одновременно Протолуна приближалась к Протоземле.

При этом выделялось большое количество энергии, что привело к расплавдению Протолуны. Температура Протоземли также повышалась приблизительно на 180 «С, однако это не привело к расплавлению ее вещества.

Поздняя стадия (разрушение Протолуны). С приближением к Протоземле Протолуна деформировалась приливными силами и вытягивалось вдоль продольной оси. На пределе Роша приливная сила, действующая на спутник, становилась больше силы его самогравитации. Это расстояние составляло около 17,2 тыс. км и превышало радиус Протоземли всего в 2,7 раза. Исходный радиус Протолуны равнялся 2,56 тыс. км. На пределе Роша большая полуось спутника вытягивалась в 1,5 раза, т.е. до 3,84 тыс. км, радиус Протоземли приблизительно равнялся радиусу современной Земли – 6 тыс. км. Значит в момент перехода Протолуны на орбиту предела Роша она нависала над земной поверхностью на высоте примерно 7 тыс. км.

Разрушение Протолуны около 4,6 млрд. лет происходило за счет стекания расплавленного вещества приливного вздутия в сторону Протоземли. Окончательно механизм разрушения Протолуны не выяснен. Вероятно, на пределе Роша произошло быстрое перетекание расплавленного железа с образованием колец вокруг Протоземли, вещество которых постепенно оседало на поверхность в экваториальной области.

Потолуна, почти лишенная остатков «ядерного» железа, испытала инерционную отдачу, и перешла на более удаленную орбиту (около 156 тыс. км.), что спасло ее от окончательного разрушения. Осевое вращение Земли стало тормозиться. Отодвигание Луны от Земли было вначале очень быстрым, а затем более спокойным.

При захвате Протолуны процесс его сближения с Протоземлей происходил очень быстро (около 15 тыс. лет)

Разрушение Протолуны на пределе Роша происходило очень быстро (около 100 лет). Скорость вращения Протоземли за сто лет увеличилась более, чем в два раза (сутки сократились с 14,5 часов до 5,6 часов).

Выделяется три этапа быстрого отдаления Луны от Земли: 1) 4,6-4,4 млрд. лет – после разрушения Протолуны; 2) на границе катархея и архея – определялось появлением первых расплавов в астеносфере Земли, началом тектонической активности, дегезацией и образованием первых мелководных морей; 3) в фанерозое – связано с подъемом уровня океана и образованием обширных эпиконтинентальных морей.