Как появилась Луна и что из этого вышло⁠⁠

А также с чего началась земная геология, и почему мы такие особенные в Солнечной системе.

Момент рождения (фото 4,5 млрд год д.н.э)

Довольно быстро Луна приобрела более-менее современный облик:

Седые тайны мирозданья

Нам не постичь путём наук.

Здесь не поможет ключ познанья.

Всё снова выскользнет из рук.

Учёный позабудь свой вывод!

Ну что твоя изменит мысль?

Зачем слону педальный привод?

Увы не в том ты ищешь смысл!

Не рассчитают инженеры и математики слабы,

И физики не знают меру расчёта происков судьбы.

Ещё никто не дал ответа на все вопросы слова как

Но…..

(с) (А. Яковенко)

…..Но мы немножко попробуем разобраться в вопросе.

Пользуясь методами, о которых говорилось тут, можно с очень высокой долей вероятностью сделать вывод, что на самой ранней стадии своей жизни Земля переживала весьма эпичный этап своей жизни.

Эпичный момент

В это время в солнечная система была крайне беспокойным местом: во все стороны носились булыжники и планетоиды. Всё это дело сталкивалось, меняло орбиты и в конечном итоге падало на планеты и Солнце, малая доля осталась между Юпитером и Марсом в виде пояса астероидов.

Это фотошоп! Воды на оригинальном снимке не было!

Как раз в это время в Землю по касательной врезалась вполне себе планета размером с Марс. На всякий случай ей даже придумали имя – Тея (То, что было Землёй до удара называют Гея). Часть вещества планет выбросило в космос с концами, часть упала на Землю. Есть предположения, что комок вещества от Теи до сих пор болтается в мантии Земли в виде огромной сейсмической аномалии.

Столкновение (Фото из частной коллекции)

Самое интересное получилось с тем веществом, что набрало скорость повыше первой космической (7,91 км/с) и поменьше второй (11,2км/с); оно образовало кольцевое облако, на околоземной орбите. Из этого облака за весьма короткий срок сконденсировалась наша Луна. Она же помогла расчистить пространство у Земли от всякой мелочи типа марсианских Фобосов и Деймосов. Вообще луна получилась на столько крупной, что вполне справедливо считать нас двойной планетной системой.

В принципе придумать можно любую движуху и любые истории. Критерием возможности будет подсчёт энергетики процесса. Если энергии в принципе хватает, то и процесс возможен. Так что без этого нам никуда.

Энергетика и энерговыделение Земли

Сейчас выделения тепловой энергии складывается из:

69% -энергия гравитационной дифференциации

Около 30 % радиогенная энергия. 22% выделяется в коре и 8% в мантии

Важно понимать, что радиогенная энергия от распада радиоактивных элементов выделяется в основном в континентальной коре, богатой кремнием, алюминием, калием и прочими элементами с которыми дружат ураны тории и всё что вместе с ними. В мантии, в которой калиев и кремниев не много, а железа и магния наоборот с избытком, концентрация радиоактивных изотопов раз в 200 меньше, т.к. химически они плохо совместимы. Вся эта хитрая взаимосвязь приводит к тому, что радиогенное тепло выделяется в основном в верхних слоях планеты, быстро рассеивается в космос и никак не влияет на прогрев глубинных частей. Понятно, что в далёком прошлом радиогенное тепло выделялось сильнее, т к нераспавшихся изотопов в тот момент было больше.

Ну а теперь самое интересное! То, что выводится не прямыми измерениями, а расчётами и моделями. Ну всё как мы любим!

«ИНТРИГИ! СКАНДАЛЫ! РАССЛЕДОВАНИЯ!»

Скользкий Сид Хадженс и позёр Джек Винсенс секретничают (Середина 50-х Лос-Анджелес)

Тот самый 1 (один) процент энергии выделяемый за счёт приливного взаимодействия в системе Земля – Луна. Луна приливными силами жамкает землю, внутреннее трение разогревает её, как проволоку, которую гнут в разные стороны, чтоб сломать. Сейчас высота твёрдых приливов в земной коре первые сантиметры, луна от нас на расстоянии почти 400 тыс. км. И, как мы помним, мееедленно отдаляется.

Что же было, когда Луна была близко, Земля вертелась быстро, старики были моложе, а пиво вкуснее?

Земля как единое космическое тело образовалось вместе с солнечной системой около 4,5 млрд. лет назад. Судя по всему, это произошло довольно быстро. Земля набрала основную массу, но структура её была в целом однородна и хаотична. Планета в своей массе не была расплавленной, скорее тёплой от первоначальной гравитационной энергии. Поверхность постоянно разогревалась ударами метеоритов, но также быстро отдавала тепло в космос.
Учитывая всё это получаем такую картинку распределения тепла в ранней Земле:

То есть без всяких дополнительных усилий у нас образуется слой повышенного прогрева на глубинах 300-700 км – потом это будет важно.

Так бы это всё и шло потихоньку, как на Марсе-Меркурии и прочих Венерах– медленное расслоение на лёгкие и тяжёлые оболочки, выделение железного ядра с медленным-же и слабым разогревом, а потом чахлым остыванием без нормального магнитного поля и без перспектив на вершину вселенской эволюции, о которой хорошо сказал Э. Амперьян ранним утром 1 января 1964 года:

«— … Сначала протовирус, потом белок, потом товарищ

Амперян, а потом вся планета заселяется нежитью.

— Именно, — сказал Витька.

— А мы все за ненадобностью вымерли.

— А почему бы и нет? — сказал Витька.

— У меня есть один знакомый, — сказал Эдик. — Он утверждает, будто человек — это только промежуточное звено, необходимое природе для создания венца творения: рюмки коньяка с ломтиком лимона.»

(с) АБС

Но вдруг! Жахнуло!

Тея влетела в нас и понеслось! Картинка это подтверждает!!

Результаты моделирования одного из возможных вариантов столкновения

Таким образом Луна быстро вращаясь весьма близко к земле поднимала на планете приливные горбы высотой около 2 км. Расходуя на это энергию вращения пары Земля-Луна, замедляя землю, и удаляясь от неё.

С наибольшей интенсивностью приливная энергия выделялась в Земле в самом начале ее геологического развития. В те далекие времена, сразу же после появления Луны около 4,6 млрд лет назад, скорость выделения приливной энергии, согласно расчетам, достигала гигантской величины – около 1,4х1017 Вт, что в 3000 (!) раз превышает скорость генерации всей эндогенной энергии в современной Земле. Тектоническая активность в этот период также была аномально высокой, хотя и весьма специфической: каждые лунные сутки вдоль экватора, обращенного к Луне, Землю обходил приливный горб высотой до двух километров!

Поскольку молодая Земля в то время еще не была дифференцирована и у нее отсутствовала астеносфера, то приливная энергия более или менее равномерно распределялась по большей части массы Земли и целиком уходила на ее разогрев.

В результате только за счет приливного взаимодействия с Луной Земля могла дополнительно прогреться примерно на 500°С.

Процесс шёл по уменьшающейся экспоненте и чем дальше, тем быстрее затухал. За несколько десятков миллионов лет с ведущих ролей до нынешнего 1 %. Когда прошёл пик энерговыделения приливной энергии (3,8 - 4 млрд. лет назад), земная кора перестала взбиваться в гоголь-моголь.

гоголь-моголь

Но это только начало всей истории!

С этого момента начинается нормальная геология, которую мы можем увидеть и пощупать на поверхности Земли.

Начало тектонической активности Земли очень неплохо соответствует эпохе интенсивного проявления базальтового магматизма на Луне. Она была вызвана импульсом ускоренного отодвигания Луны от Земли и выметанием ею других естественных спутников (микролун) из околоземного пространства. Такой импульс отодвигания Луны возник благодаря образованию в то время у Земли ее астеносферного слоя, резко снизившего механическую добротность нашей планеты быстрым расплавлением и перегревом вещества верхней мантии, а также обусловившего начало процесса дифференциации земного вещества. В этом пластичном слое быстро рассеивалась приливная энергия.

Основное энерговыделение от приливных взаимодействий шло в верхних слоях земли: с поверхности тепло быстро рассеивалось, а на глубине первых сотен километров накапливалось. Так образовалась первая астеносфера, ещё далеко не всепланетная – скорее экваториальный пояс разогретых, частично расплавленных пород.

График выделения энергии в Земле

Сплошная линия – суммарная энергия, пунктирная – скорость выделения энергии

Дальше совершенно логично и неизбежно в этом слое началось конвективное движение и гравитационное разделение вещества.

Конвективное движение(конвекция)

В первичной земле содержание железа было более-менее равномерно и гораздо выше, чем в нынешней коре и даже в мантии, а потому процесс дифференциации развивался весьма энергично. Это даёт нам первый пик энерговыделения на графике. В районе 3,5 млрд. лет назад.

Ещё пол миллиарда лет всё шло по накатанной. В это время происходила дегазация планеты – выделялись водороды фторы и аргоны, но для нас главное - свободный кислород! Он резко повышает скорость выплавки и выделения железа из первичного вещества. А с этим и скорость выделения тепла при дифференциации в первичной астеносфере. Когда его выделилось много, процесс плавки железа сильно упростился. Гравитационное разделение и выход энергии ускорились.

Это нам даёт второй, гораздо более высокий пик на графике. Около 3 млрд. лет назад.

Теперь получается совсем круто:

В первичной астеносфере образовалась глобальная гравитационная неустойчивость – тяжелое обогащённое железом вещество в нижней части астеносферы лежало на заметно более лёгком веществе первичной земли. Понятно, что долго швабра на кончике ручки не простоит. Так и с этим тяжёлым слоем.

В какой-то момент неустойчивость схлопнулась – это было, пожалуй, самое грандиозное событие в жизни планеты! Хотя на поверхности, скорее всего это отражалось весьма умерено.

По сути, земля внутри себя вывернулась на изнанку! Появился глобальный поток проваливающегося к центру земли тяжёлого вещества и обратный поток вытесняемого\всплывающего лёгкого вещества!!!

Последовательные этапы развития (а—г) процесса зонной дифференциации земного вещества и формирования плотного ядра Земли

1— расплавы железа и его окислов; 2 — первичное земное вещество; З — континентальные массивы

Представляется весьма вероятным, что именно таким путем около 2,9—2,8 млрд лет назад у Земли началось формирование плотного ядра. Причем, раз начавшись процесс должен был развиваться лавинообразно и достаточно быстро, поскольку разность плотности между” ядерным” и первичным земным веществом достигала 3—3,5 г/см, а к концу архея в кольцевой зоне дифференциации уже скопилась большая масса тяжелых окисно-железных расплавов. Скорость развития этого процесса тогда сдерживалась только высокой вязкостью первичного вещества бывшей земной сердцевины, растекавшегося по активному поясу верхней мантии под влиянием гигантских избыточных давлений, действовавших на эту сердцевину со стороны формировавшегося тогда ядра Земли. Тем не менее, вероятно, что весь процесс формирования земного ядра по описанному сценарию занял не более 100—200 млн лет.

После выделения железистого ядра, его разогрева и частичного плавления стало возможно генерировать мощное магнитное поле, что сильнейшим образом сказалось на развитии жизни, поле защищало её от жёсткого космического и солнечного излучения. Заодно геомагнитное поле не давало солнечному ветру уносить нашу атмосферу, как это происходит на Марсе.

Над нисходящей ветвью этого глобального потока первые литосферные плиты собрались в первый мегаконтинент, над восходящей началось формирование океанской коры современного типа. Весь процесс сопровождался сильнейшим скачком выделения энергии, разогревом и понижением вязкости вещества планеты.

Это был первый глобальный конвективный процесс на планете – он запустил всю дальнейшую эволюцию Земли, которая сделала её столь непохожей на остальные планеты нашей системы.

Рождение Мира (визуализация результатов численного моделирования)

Оригинал

Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные посты!