?

Log in

No account? Create an account
Ворон

chipsem


Записки отщепенца


Previous Entry Share Next Entry
Почему Луна не из чугуна?
Viva la Evolucion
chipsem
Одной из основных проблем, стоящих перед селенологами, является объяснение бедности лунного вещества (относительно земного) "чугуном" - железом и сидерофильными элементами (элементами, сродными к железу: Au, C, Co, Fe, Ge, Ir, Mo, Ni, Os, P, Pd, Pt, Re, Rh, Ru, Sn). Вообще Луна ставит перед теоретиками немало загадок. Так, лунное вещество обеднено также летучими и легкоподвижными элементами, а это вкупе с дефицитом железа не оставляет для Луны места для образования в протопланетном облаке. При этом состав лунных базальтов удивительно близок к земным базальтам срединно-океанических хребтов; да и данные по изотопам кислорода свидетельствуют о том, что Луна, скорее всего, образовалась примерно в том же месте, что и Земля. Луна 4,6 млрд лет назад была полностью расплавлена; на Земле первые следы тектонической активности имеют возраст 3,8-4,0 млрд лет, никаких пород более старого возраста на Земле не обнаружено. Суммарный момент количества вращения системы Земля-Луна отвечает положению, когда Луна находится от Земли на пределе Роша (предел разрушения приливными силами) и обе планеты вращаются синхронно.

Разные учёные по-разному объясняют эти лунные особенности. На сегодняшний день, насколько я могу судить, в наиболее разработаны три гипотезы образования и эволюции системы Земля-Луна. Попробую их рассмотреть. Сразу оговорюсь, что я не являюсь специалистом ни в одной из областей знаний, применимых к данному вопросу.

Начну с самой распространённой и разрекламированной теории мегаимпакта.

Видео с касательным соударением Земли и загадочной планеты Тейя марсианского размера гуляют из фильма в фильм.

Впервые теорию гигантского столкновения выдвинули Уильям К. Хартманн и Дональд Р. Дэвис в 1975 году в статье, напечатанной в журнале «Icarus».

К сожалению, более-менее подробные данные по этой теории найти сложно. В общих чертах она выглядит так: 4,6 млрд лет назад в молодую Землю почти по касательной врезается планета Тейя марсианской массы (примерно 1/10 земной). В результате ядра планет слились, а в околоземное пространство было выброшены вещество верхних слоёв Земли и Тейи, сформировавшее Луну. Земля в результате удара приобретает современный наклон оси и быструю скорость вращения: один оборот за пять часов. Луна постепенно отодвигается от Земли.

Теория мегаимпакта имеет сильные и слабые стороны.

Сильные стороны таковы: объясняется обеднённость Луны железом и летучими веществами (ядро Тейи осталось в Земле, на орбиту было выброшено раскалённое вещество мантий Земли и Тейи, потерявшее летучие вещества в процессе испарения и дегазации) при явном родстве вещества лунных и земных базальтов.

Критики говорят о следующих слабых сторонах теории: мала вероятность столь удачного удара; в рамках этой теории молодая Земля должна быть непосредственно перед и вскоре после удара полностью расплавлена, что не наблюдается по геологическим данным.

Далее идёт внешне похожая на мегаимпакт теория захвата, разработанная отечественными учёными О.Г. Сорохтиным, С.А. Ушаковым. Она довольно подробно и вполне понятно для неспециалиста изложена в книгах "Развитие Земли" (М: Изд-во МГУ, 2002. 506 с.) и Палеогеография (М.: Издательский центр "Академия", 2004. 448 с.)

Суть теории в следующем: 4,6 млрд лет назад к холодной Протоземле приближается Протолуна, в 4-6 раз массивнее современной Луны. Протолуна каким-то образом (возможно, из-за торможения от соударений с планетезималями околоземного диска) выходит на почти круговую орбиту и из-за разности скоростей вращения Протоземли и обращения вокруг неё Протолуны начинает сближаться с Протоземлёй. Обе планеты нагреваются приливными силами. Протолуна нагревается до полного расплавления и проходит плотностную дифференциацию, выделяя железное ядро и толстую мантию. Протоземля из-за большей масс нагревается значительно слабее, в среднем на 180 градусов Цельсия. Кроме того, Протоземля этим же приливным взаимодействием раскручивается до синхронизации своего обращения с оборотами вокруг неё Протолуны (на пределе Роша этот период составляет 6 часов). Протолуна, сближаясь с Протоземлёй, погружается в сферу Роша и начинает разрушаться: потоки раскалённого вещества с её поверхности  устремляются к Земле, образуя кольца типа сатурновых.
Протолуна

В конце концов с Протолуны стягивает весь обращённый с Протоземле приливной горб и наступает очередь тяжёлого железного ядра. Ядро за счёт малой вязкости быстро изливается на Протоземлю, а остаток протолунного вещества, находящийся во внешнем приливном горбе, испытывает гравитационную отдачу и отскакивает за предел сферы Роша. Там он формирует Луну, которая из-за разности скорости своего обращения вокруг Земли со скоростью вращения Земли вокруг оси (Земля вращается быстрее) начинает отдаляться от Земли.

 Казалось бы, можно и успокоиться, но Сорохтин и Ушаков не желают выпускать Луну из сферы своего внимания и привлекают её для объяснения аномально быстрой тектонической эволюции Земли. Так, по данной теории, Земля, сложенная первичным веществом протопланетного облака, продолжает оставаться довольно холодным телом, нагретым ниже температуры плавления. Молодая Луна, находясь на очень низкой орбите вблизи предела Роша, к 3,8 млрд лет назад приливным взаимодействием нагревает Землю в верхних слоях экваториального пояса до температуры плавления силикатов и железа и тем самым запускает механизм тектонической активности и выделения железного ядра. Единожды запустившись, этот механизм самоподдерживается и распространяется на всю планету. Образуется кольцо жидкого железа вокруг плотного, но менее тяжёлого ядра, состоящего пока что из первичного вещества. В конце концов тяжёлые расплавы железа прорываются к центру Земли и формируют первую в истории планеты конвективную моноячейку и первый суперконтинент - Моногею. Всего таких суперконтинентов было четыре; по последнему из них - Пангее - бродили динозавры. Если бы не Луна, Земля бы сейчас переживала тектонические условия архея и была бы населена максимум прокариотами.
Земля молодая

Эволюция Луны также связана в этой теории с эволюцией земных недр. Отскакивающая от Земли молодая Луна выметает из околоземного пространства меньшие спутники. Впоследствии скорость удаления Луны от Земли уменьшается, как и скорость удаления других спутников. 3,8 млрд. лет назад, когда в Земле появилась пластичная астеносфера, скорость удаления Луны от Земли кратковременно возросла и Луна вымела из околоземного пространства все оставшиеся спутники. Наиболее тяжёлые из них пробили уже довольно толстую кору и вызвали излияния базальтов. Так образовались лунные моря.

В рамках этой теории получает объяснение обеднённость лунного вещества железом (почти весь "чугун" упал на Землю) и летучими веществами (они испарились из Луны, пока та была расплавлена) при тесном родстве лунных и земных базальтов (планеты образовались в близких частях протопланетного облака). Кроме того, объясняется суммарный момент количества вращения пары Земля-Луна и совпадение по времени первых следов тектонической активности на Земле с образованием лунных морей. Недостатком теории можно считать малую вероятность захвата Протолуны на круговую орбиту.

Наконец, третью серьёзную теорию совместного образования Земли и Луны выдвинул академик Э.М. Галимов. Ознакомиться с основными положениями этой теории можно здесь.

По этой теории Земля и Луна образовались из одного облака по механизму образования двойных звёзд.
ris4

Согласно его теории, в облаке из нагретых пылевых частиц при соблюдении некоторых условий в процессе гравитационного коллапса образуются два горячих планетных зародыша. Одному из них предстоит стать Землёй, другому - Луной. Из-за высокой температуры (около 1000 К) они оба поначалу одинаково обеднены летучими веществами и железом (при такой температуре оно тоже успешно испаряется). Зародыши окружены облаком более холодных частиц.

Более тяжёлый зародыш быстрее аккумулирует на своей поверхности вещество начального облака. Процесс нарастает лавинообразно и в результате изначально более лёгкий зародыш вырастает совсем немного, почти не меняя свой первоначальный состав, в то время как изначально более тяжёлый собирает на себя почти всё вещество облака и обогащается за счёт этого железом и летучими веществами.

ris8

Автор сам признаётся, что его теория ещё мало разработана. Тем не менее, она, как и прочие, позволяет объяснить странности лунного вещества.


Подводя итог этого небольшого обзора, хочу сказать, что мне лично больше нравятся теории российских учёных. По крайней мере, теория О.Г. Сорохтина и С.А. Ушакова объясняет не только происхождение Луны и Земли, но и основные закономерности дальнейшей эволюции этих небесных тел. Теория Э.М. Галимова позволяет обходиться без маловероятных событий типа мегаимпакта или захвата Протолуны на круговую орбиту. Американским же теоретикам, практически все ключевые события в жизни Земли объясняющим космическими соударениями без учёта внутренних закономерностей функционирования земных систем, я не очень доверяю. Надеюсь, ещё на моей памяти в вопрос происхождения и эволюции системы Земля-Луна будет внесена ясность путём подтверждения одной из существующих теорий или создания новой.

Ещё раз напоминаю, что я не являюсь специалистом ни в одной из областей знаний, описывающих лунные и земные процессы, так что этот пост можно рассматривать лишь как мнение интересующегося дилетанта.

  • 1
Поправки:

- По Сорохтину Протолуна массивнее Луны раза в 3-4 (правда, вроде это не критично).
- Захват происходит РАСТУЩЕЙ Протоземлёй на ОЧЕНЬ ВЫТЯНУТУЮ орбиту с близкой (вокругсолнечной) орбиты.
- Переход на круговую орбиту Протолуны происходит в основном за счет приливного трения. Происходит довольно быстро (кажется, около 10 тысяч лет). Быстро, потому что Протолуна захвачена на довольно невысокую орбиту, взаимодействие с Протоземлёй сильное. Именно за счёт этого перехода Протолуна и расплавилась — пока орбита была эллиптической, переменное гравитационное поле деформировало спутник с выделением тепла.
- Гравитационная отдача не есть что-то грандиозное. Просто в один момент обнаружилось, что Земля стала вращаться чуть быстрее, чем то, что осталось от Протолуны. В результате "огрызок" стал удаляться.
- "Отскок" Луны происходил за миллионы лет. Это собственно не отскок, а всё то же приливное трение. Просто теперь Земля вращается быстрее Луны и Луна удаляется. Крупная Луна вызывала большие приливные горбы на Земле, чем мелкие "Луны". Отчего удалялась быстрее, чем они. Поэтому мелкие "Луны" были ей "сбиты".

  • 1