Образование двойной планеты Земля-Луна
Земля и Луна фактически представляют собой систему двойной планеты. Их влияние друг на друга сейчас невелико, хотя и вполне заметно, но на ранних этапах развития этой системы оно было исключительно сильным, приводило к катастрофическим последствиям и радикальным изменениям хода эволюции обеих планет. Поэтому рассмотрим происхождение Земли и Луны совместно. При этом, оправдывая повышенное внимание к Луне в данной работе, посвящённой эволюции Земли и её геодинамике, заранее отметим, что именно Луна как спутник нашей планеты послужила тем спусковым механизмом, который запустил и существенно активизировал тектоническое развитие молодой Земли в самом начале архея. Кроме того, Луна «раскрутила» нашу планету, определила своей орбитой захвата наклон оси её вращения, а с этим явлением, как известно, связаны и вся климатическая зональность Земли, и происхождение её магнитного поля. Более того, сейчас определённо можно утверждать, что именно Луна, ускорив эволюционное развитие Земли, косвенно способствовала появлению на её поверхности высокоорганизованной жизни, а следовательно, и нас с вами. Но всё это чисто земные проблемы, разобраться с которыми, однако, без разработки адекватной теории развития двойной планеты Земля-Луна просто невозможно.
В отличие от предыдущего раздела здесь мы опишем не традиционные точки зрения на формирование системы Земля-Луна, а новую модель образования Луны за счёт приливного разрушения на пределе Роша более массивной планеты — Протолуны. Эта модель, судя по всему, лучше других объясняет практически всю совокупность современных знаний о составе, строении и истории развития естественного спутника нашей планеты, а также объясняет происхождение осевого вращения Земли и реально существующего распределения моментов количества движения между Землёй и Луной.
Одной из главных трудностей, встающих на пути построения адекватной теории образования Луны, по нашему мнению, является объяснение её резкого обеднения железом, сидерофильными и халькофильными элементами. Действительно, судя по средней плотности Луны (p =3,34 г/см 3 ), она содержит лишь около 5% железоникелевой фазы (Рингвуд, 1982), или с учётом средней концентрации FeO в её мантии — только около 13-14% тяжёлой фракции. Это намного меньше, чем среднее содержание соединений железа в недифференцированном веществе углистых хондритов (28,6%) и тем более в земном веществе — около 37%. Кроме того, судя по изотопным отношениям свинца, Луна почти полностью потеряла весь первичный свинец, а входящий сейчас в её породы свинец практически полностью радиогенного происхождения (т.е. образовался за счёт радиоактивного распада урана и тория).
Учитывая эти различия, предлагались гипотезы образования Луны в других областях Солнечной системы, обеднённых соединениями железа, с последующим её захватом гравитационным полем Земли (Alfven, 1954, 1963; Urey, 1962). Все гипотезы этой группы страдают двумя недостатками. Во-первых, вероятность гравитационного захвата с далёкой орбиты такого большого космического тела, как Луна, исчезающе мала и практически равна нулю. Во-вторых, совершенно непонятно, как в этом случае объяснить столь резкий дефицит железа в лунном веществе, если его содержание в наиболее примитивных углистых хондритах приблизительно в два раза выше. Кроме того, углистые хондриты обогащены летучими и легкоподвижными элементами, а Луна ими резко обеднена.
Сложность объяснения захвата Землёй крупного спутника из далёкой области Солнечной системы привела к появлению другой группы гипотез, согласно которым Луна образовалась в области формирования самой Земли, составив вместе с ней систему двойной планеты. Наиболее разработанной из гипотез такого рода является гипотеза Е. Л. Рускол (1960-1975). Близка к ней модель А. Харриса и В. Каулы (1975) о совместной аккреции Земли и Луны, начавшейся, ещё когда у Земли была только 0,1 её современной массы, причём Луна формировалась по этим гипотезам на расстояниях около 10 земных радиусов в течение большей части времени её роста. Однако и эта группа гипотез, постулирующая возникновение наших планет из единого резервуара протопланетного вещества, не смогла объяснить дефицит железа и сидерофильных элементов на Луне. Кроме того, эти модели исходили из предположения, что осевое вращение Земли существовало изначально, происходило в ту же сторону, что и обращение спутника, но по угловой скорости собственного вращения превосходило угловую скорость орбитального обращения спутника. Интересна гипотеза Г. Герстенкорна (1955, 1977) о захвате Луны и дальнейшей приливной эволюции её орбиты, при которой Луна подходила близко к так называемому пределу Роша, т. е. к наименьшему расстоянию между спутником и центральной планетой, ближе которого массивный спутник начинает разрушаться гравитационным полем планеты. Однако и в этой модели Луна оставалась неизменной от рождения и до наших дней, а поэтому тоже не объясняла существующего дефицита железа в лунном веществе.
Наряду с отмеченной аномалией содержания железа в Луне, составы её базальтов удивительно напоминают составы примитивных базальтов срединно-океанических хребтов Земли. Кроме того, данные по изотопам кислорода также говорят в пользу родственного происхождения Земли и Луны и отличного от них происхождения углистых и обычных хондритовых метеоритов. На этом основании А. Рингвуд (1982) сумел убедительно показать геохимическую общность лунного вещества с веществом земной мантии. Однако из этого факта А. Рингвуд делает совершенно экзотический вывод, будто Земля вскоре после своего образования и выделения у неё плотного ядра очень быстро раскрутилась и за счёт возникшей благодаря этому ротационной неустойчивости от её мантии оторвался крупный кусок вещества, превратившийся затем в Луну. Идея эта не нова и около ста лет назад высказывалась Дж. Дарвином — талантливым геофизиком, сыном гениального Ч. Дарвина, но, к сожалению, с механической точки зрения она оказалась неверной.
Рассматривая происхождение Луны, необходимо учитывать крайнюю степень дифференцированности её вещества, приведшую к отделению силикатов от железа и к их значительному обеднению сидерофильными элементами. Такая полная дифференциация вещества могла происходить лишь в теле достаточно крупной и обязательно расплавленной планеты. Это важный вывод, и не считаться с ним нельзя. Об образовании Луны из первоначально расплавленной планеты, в частности, говорит и состав её мощной анортозитовой коры (состоящей в основном из кальциевого полевого шпата — анортита), масса которой могла выделиться только из полностью расплавленного вещества более крупного, чем Луна, космического тела. По данным определения возраста лунных анортозитов, процесс этот развивался около 4,6-4,4 млрд лет тому назад, т.е. в период, близкий по времени к моменту образования самой системы Земля-Луна. Следовательно, можно ожидать, что Луна прошла стадию полного планетарного плавления и дифференциации ещё во время своего образования.
Второй весьма примечательный факт, который обязательно необходимо учитывать при разработке гипотезы образования Луны, состоит в том, что суммарный момент количества вращения системы Земля-Луна в точности отвечает ситуации, при которой обе планеты в своё время находились на расстоянии предела Роша и обладали синхронной угловой скоростью вращения. Такое совпадение не может быть случайным, наоборот, оно свидетельствует о том, что при образовании Луна действительно находилась на пределе Роша и могла подвергаться разрушению.
Учитывая приведённые данные и соображения, представляется наиболее вероятным, что Луна является остатком некой более крупной планеты — Протолуны, захваченной растущей Землёй с соседней ближайшей орбиты (или образовавшейся вблизи самой Земли из околоземного протопланетного роя планетезималей) и разрушенной гравитационным полем Земли на пределе Роша. В качественной форме близкие идеи о двухэтапном образовании Луны за счёт приливного разрушения более крупной планеты и последующего захвата её частей ранее высказывали Дж. Вуд и Х. Митлер (1974), а также Е. Эпик (1961). По аналогии с этими идеями в наших работах предлагается гипотеза, согласно которой Луна образовалась за счёт сохранения от разрушения в полости Роша лишь внешнего приливного горба предварительно расплавленной и прошедшей полную дифференциацию планеты — Протолуны.
Источник
Рождение Земли и Луны Часть 1
(Первоначальный текст заменён на доработку 4)
Рис. 1 Эволюция планеты Земля. Слева часть ядра Солнца, «выброшенная» 600 млн. лет назад — «новорождённая» Земля. Посередине — «пластилиновая планета». Справа – современный глобус.
Солнечная система до появления Земли:
Плутон – Нептун – Уран – Сатурн – Юпитер — «Каменный пояс Церера» — Марс – Солнце
«Суммарное» гравитационное поле, удалившихся на критическое расстояние планет, спровоцировало очередной выброс небольшой части ядра Солнца. Выброс сформировался в шар и вспыхнул ярким светом. Светящаяся звезда – новорождённая Земля, удалилась очень далеко, и, достигнув орбиты Урана, вернулась к Солнцу, сделав полуоборот вокруг него, вновь улетела по эллиптической орбите. Но постепенно орбита звезды – Земли становится всё меньше, пока не стала круговой орбитой, очень близко расположенной к Солнцу. Скоро эта небольшая звезда погасла, превратившись в планету.
Так родилась планета – Земля. (Рис. 1 слева) По мере возникновения материи, орбиты планет удаляются от Солнца.
Вырвавшаяся часть ядра Солнца, будущая Венера, пролетая мимо Земли, по удлиненной эллиптической орбите, опалила её радиоактивным излучением. Это произошло 410 млн. лет назад.
Вырвавшаяся часть ядра Солнца, будущий Меркурий, так же опалил Землю «чёрной» радиацией. Это случилось 220 млн. лет назад.
Именно в эти времена 410 и 220 млн. лет назад в слоях земли учёные обнаружили очень высокую радиоактивность. Если принять во внимание эти две цифры, и известную нам удалённость орбит Земли, Венеры и Меркурия от Солнца, то получается, что примерный возраст Земли около 600 млн. лет.
В отличие от планет гигантов, у планет земной группы из-за малых размеров возникли большие трудности с рождением спутников. Марс почти разорвало при выбросе спутника планеты. У Венеры и Меркурия, «прижатых» стремительно выросшей массой Солнца, вообще не смогли появиться спутники.
Наша планета, много миллионов лет назад, была совсем не такая, как сейчас, а намного меньше, и не только по диаметру, но и по массе.
Материк Пангея был действительно целым материком, но не островом в океане Панталасса, а являлся земной корой планеты с меньшим диаметром. То есть, сегодня существующие материки, это «осколки» ранее существовавшей целой земной коры, значительно меньшей планеты, чем современная Земля.
Проведём эксперимент. Для этого нам потребуется глобус земного шара и разноцветный пластилин.
Изготовим пластилиновый шар, значительно меньших размеров, чем глобус.
Поочерёдно, наложив на глобус пластилиновые пластинки, сделаем выкройки материков.
После чего, пытаемся выкройки материков разместить на пластилиновом шаре, понемногу увеличивая диаметр шара.
Добиваемся такого размера шара, чтобы все материки стали плотно прилегать друг к другу.
Рассмотрим получившуюся мозаику континентов на пластилиновой планете:
Северная Америка плотно соединилась с Южной Америкой, если удалить Мексиканский залив и Карибское море. Африка плотно вписалась между Северной Америкой и Южной Америкой. Евразия расположилась севернее Африки и восточнее Северной Америки. Между Северной Америкой и Евразией — разместилась Гренландия. (Рис. 4) http://www.proza.ru/2014/02/26/241
Восточнее Африки — Мадагаскар, Индия, Австралия, Антарктида. (Рис. 1)
Антарктида плотно вписалась между Австралией, Африкой и Южной Америкой. (Рис. 2) http://www.proza.ru/2014/02/26/229
Острова Новой Зеландии, Индонезийские, Филиппинские острова, Японские острова, остров Сахалин и полуостров Камчатка — разместились восточнее Евразии и Антарктиды.
С противоположной стороны пластилиновой планеты (Рис. 1), материки собрались так, что образовался практически круглый просвет – будущий Тихий океан. (Рис. 3) http://www.proza.ru/2014/02/26/237
Все материки плотно прилегают друг к другу. За исключением просвета, где Индия «протаранила» Евразию. И есть ещё один просвет – будущее Средиземное море, о нём отдельный рассказ.
Немного неправильно разместил ось вращения на пластилиновой планете. Она должна проходить через центр Антарктиды с одной стороны, и через остров Гренландию, с другой. Почти так же, как и на современном глобусе.
Диаметр современного земного шара 12700 км, из пропорции получаем, что диаметр пластилиновой планеты, с плотно состыкованными материками, 8700 км. А диаметр отверстия в земной коре 6000 км.!
Мы уже знаем возраст Земли. Теперь предстоит выяснить возраст пластилиновой планеты с огромным отверстием в земной коре.
В этом нам поможет история развития атмосферы Земли.
Учёные, исследуя пузырьки газа древних ледников, пришли к выводу, что содержание газа постоянно изменяется. Как известно, углекислый газ – один из парниковых газов, постоянно присутствующих в атмосфере. Он действует как одеяло, поддерживающее более высокую температуру. Когда уровень углекислого газа понижается, климат становится холоднее, и наоборот, при повышении СО2, повышается и температура на земном шаре.
Боб Беркер на основании изучения содержания углекислого газа в древних ледниках построил кривую зависимости СО2 от хода времени.
От 600 млн. лет назад до 300 млн. лет назад, уровень углекислого газа становится гигантским и составляет 20 условных единиц. 300 млн. лет назад график содержания СО2 вертикально падает до нуля. Затем, начиная с 250 млн. лет назад, уровень углекислого газа поднимается, но не более чем до 5-7 единиц. Атмосфера наших дней содержит углекислый газ около 1-1,2 единицы. [1]
Что произошло с атмосферой 300 млн. лет назад, когда она практически полностью исчезла с планеты Земля?
Да, именно в это время, 300 млн. лет назад произошёл выброс части ядра Земли, невероятно гигантской силы. Часть ядра Земли, пробив земную кору и разметав её, вырвалась наружу с такой силой и начальной скоростью, что преодолев притяжение Земли, стала спутником Солнца. Именно этот выброс снёс почти всю атмосферу Земли! Гигантский выброс, придал реактивное ускорение планете Земля, она полетела с большей скоростью по новой эллиптической орбите, оставляя за собой атмосферный шлейф.
Так появился новый спутник Солнца – Луна, рождённый планетой Земля.
Это было «Главное событие» за всю историю Земли.
И в Солнечной системе это было чрезвычайное, единичное событие. Планеты гиганты часто выбрасывали часть своего ядра, но никогда «не отпускали» от себя свои планеты спутники.
Главное событие – рождение Луны, уничтожило почти всю земную жизнь. И это просто чудо, что она осталась на нашей планете.
Диаметр новорождённой Земли
Разница между диаметрами современного глобуса (Рис. 1 справа) и пластилиновой планетой (в середине): 12700 км.- 8700 км. = 4000 км.
Если от диаметра пластилиновой планеты отнять тоже 4000 км., то получим: 8700 км. – 4000 км. = 4700 км., примерно такого размера должен быть шар, появившейся Земли. Но так как в первом промежутке времени (300 млн. лет) планета росла значительно медленнее, чем после появления Луны, и растрескивания континентов, то принимаем диаметр шара Земли (Рис. 1 слева), 6000 км. Получается, что земной шар за всю свою историю вырос более чем в два раза.
Рост диаметра планеты Земля (Рис. 1)
Ф 6000 км. – Ф 8700 км. – Ф 12700 км.
Диаметр новорожденной Луны
Диаметр современной Луны 3475 км
Из пропорции получаем:
Ф 6000 км. – Ф 8700 км.
Х — Ф 3475 км.
Х = Ф новорождённой Луны = 2396 км.
Но Луна не подаёт признаков возникающей материи. На ней не происходят землетрясения, отсутствует вулканическая деятельность, не наблюдается выделение газов. Современная Луна – возникшая материя. Поэтому примерный диаметр вырвавшейся части ядра Земли (новорождённой Луны) равняется 2500 км, что соответствует отверстию в земной коре равному 6000 км.
«Лёгкая» пластилиновая планета
Гравитационное поле любой планеты определяется массой её суперсжатого ядра. Если у планеты удалить ядро, то её гравитационное поле станет в сотни раз меньше. (Если мы встанем у подножья стёсанного торца горной гряды, то мы не испытаем никакого притяжения к этой стене, хотя её масса очень большая. А вот если мы встанем около ядра земли, то нас расплющит до молекулярного состояния.)
Любой «активный» космический объект растёт, увеличивая свою массу и объём, настолько, насколько это ему позволяют сделать удаляющиеся соседние космические объекты.
Земля, во время рождения Луны, потеряла значительную часть своей массы. Запустился активный процесс восстановления массы Земли (для данного космического окружения). Началась выработка ядром большого количества «лёгкой» магмы.
Увеличивающееся расстояние от ядра до поверхности планеты, ослабляет силу притяжения на поверхности материков.
Несмотря на то, что диаметр планеты был почти в 3 раза больше современной Луны, её сила притяжения на поверхности была в 2 раза меньше, чем у Луны.
Эпоха гигантских животных на Земле
Как могли существовать гигантские динозавры, вес которых, в условиях современной Земли, составлял бы 70 тонн, а Аргентинозавр весил бы 110 тонн. Максимальный вес современного сухопутного животного у африканского слона — 7,7 тонны, и он испытывает «трудности» от гравитационного поля современной Земли. Медленно передвигается и может задохнуться во сне от своей большой массы тела.
Объясняется это тем, что во времена процветания динозавров сила притяжения на поверхности Земли была в 10-15 раз меньше, чем на современной Земле. Именно поэтому гигантские динозавры чувствовали себя комфортно и были очень подвижны.
Итак, мы выяснили, что планета Земля появилась из недр Солнца – 600 млн. лет назад.
Луна появилась из недр Земли – 300 млн. лет назад.
От рождения Земли (Рис. 1 слева) до пластилиновой планеты (Рис. 1 в центре) прошло 300 млн. лет, и от пластилиновой планеты до современного глобуса прошло тоже 300 млн. лет.
Диаметр новорождённой Луны примерно равняется 2500 км.
Удаляющаяся земная кора от небольшого ядра Земли снизила силу притяжения на поверхности материков. Именно в эти времена процветали гигантские животные.
Земля на протяжении всей своей истории растёт, увеличивая свою массу и объём.
1. Боб Беркер. Содержание углекислого газа в древних ледниках.
2. Стюарт Аткинсон. Астрономия. Энциклопедия окружающего мира.
Источник