ЗЕМЛЯ, ЛУНА И ТЕКТОНИКА

Source http://www.evolbiol.ru/sorohtin11.pdf

О.Сорохтин выполнил описание геологического развития Земли, пользуясь простой физической (энергетической) моделью глобальных процессов и основываясь на двух исходных предположениях:

- однородный состав первичной Земли, образовавшейся путем гомогенной аккреции
- состав земноймантии отвечает океаническому лерцолиту, состав внешнего земного ядра – эвтектическому сплаву железа с его окисью, а внутреннего – сплаву железа с никелем.

В основу модели положен физический принцип, согласно которому наибольший вклад в развитие планеты вносили те энергетические процессы, которые в максимальной степени снижали потенциальную энергию планетарной системы Земля-Луна. В качестве краевых условий задачи принималось их современное строение и состав, а также вся геологическая летопись развития Земли и Луны.

Луна, вероятнее всего образовалась благодаря разрушению некой более массивной Протолунной планеты с массой около 3–4 лунных масс. Эта планета сформировалась вблизи Земли или, что вероятнее, была захвачена растущей Землей с близкой орбиты.

Благодаря приливным взаимодействиям планет расстояние между ними стремительно уменьшилось, что привело к разогреву и перегреву Протолуны, ее расплавлению и полной гравитационной дифференциации, а Земля раскрутилась в прямом направлении и разогрелась.

После вхождения Протолуны в сферу Роша Земли массивный спутник стал разрушаться. На земную поверхность около 4,6 млрд лет назад выпала большая часть вещества Протолуны, в том числе и расплавленное железо ее ядра. Луна же сформировалась из обедненного железом силикатного вещества внешнего приливного горба протопланеты.

Во время этих катастрофических событий Земля раскрутилась до предельной угловой скорости вращения спутника на пределе Роша (один оборот за 6 часов), после чего Луна стала стремительно удаляться от Земли, а вращение Земли начало замедляться.

В самом начале катархейской (догеологической) эпохи земную поверхность буквально сотрясали интенсивные экзогенные землетрясения, вызываемые лунными приливами в “твердой” Земле. Амплитуда этих приливов достигала 1км, но затем быстро снизилась до десятков и единиц метров (в настоящее время приливы “твердой” Земли достигают приблизительно 30 см).

Учет приливной энергии, “накачанной” в Землю ее гравитационным взаимодействием с Луной и родительской (протолунной) планетой, показывает, что тектоническое развитие Земли было ускорено этим влиянием на 2,5–3 млрд лет.

На катархейской стадии Земля была относительно холодной и тектонически пассивной планетой и еще только разогревалась под влиянием мощных приливных взаимодействий с Луной и благодаря распаду радиоактивных элементов.

Как только температура верхней мантии Земли около 4 млрд лет назад поднялась до уровня плавления силикатов и началась ее дегазация, приливное взаимодействие Земли с Луной опять возросло и это, в свою очередь, привело к столь же резкому ускорению отодвигания Луны от Земли. В результате Луна начала “выметать” из околоземного пространства сохранявшиеся мелкие спутники и микролуны. Выпадая на поверхность молодой Луны, эти спутники пробивали ее анортозитовую кору и открывали доступ на лунную поверхность подкоровым базальтовым расплавам, образовавшим так называемые “лунные моря”.

Благодаря этому лунный базальтовый магматизм точно маркирует начало тектонической активности Земли. Кроме того, усиление приливного взаимодействия Земли с Луной привело к дополнительной “накачке” приливной энергии в образовавшуюся астеносферу, ускоряя тем самым разогрев и расплавление верхней мантии в экваториальной зоне Земли.

В первичном земном веществе содержалось около 13–14% металлического железа и до 24% его двухвалентной окиси, поэтому расплавление верхней мантии Земли в раннем архее возбудило в этой геосфере процесс плотностной дифференциации земного вещества с сепарацией жидких расплавов металлического железа. Первоначально такая дифференциация возникла только в экваториальном поясе Земли, где приливные деформации достигали максимума. В дальнейшем дифференциация происходила по механизму зонной плавки и распространялась сверху вниз, постепенно расширяясь от экваториальной зоны в сторону умеренных и высоких широт. Этот процесс питался энергией гравитационной дифференциации земного вещества. Выделяемая энергия расходовалась как на поддержание теплового режима самого процесса дифференциации, так и на разогрев нижележащего сравнительно холодного вещества глубинных недр молодой Земли. Процесс зонной дифференциации железа и его окислов в архее привел к существенному перегреву верхней мантии и к массовым излияниям высокотемпературных коматиитовых лав.

Зонная дифференциация Земли в архее создала ситуацию резкой гравитационной неустойчивости земных недр, поскольку под слоем тяжелых расплавов железа и его окислов в первичной “сердцевине” Земли тогда располагалось менее плотное (еще не прошедшее дифференциации) первозданное земное вещество. Гравитационная неустойчивость разрешилась катастрофическим процессом сравнительно быстрого опускания железных и окисно-железных расплавов к центру планеты. Таким путем в самом конце архея, около 2,6 млрд лет назад, произошло образование плотного земного ядра. Процесс этот сопровождался генерацией в мантии интенсивных конвективных течений, сгруппировавших все образовавшиеся до этого континентальные массивы в единый суперконтинент – Моногею. Тогда же впервые должно было возникнуть и дипольное геомагнитное поле современного типа.

После образования на рубеже архея и протерозоя земного ядра, в котором концентрировалось до 63% его современной массы, дальнейший рост ядра происходил по более спокойному сценарию механизма бародиффузионной дифференциации мантийного вещества. С этого момента тектоническое развитие Земли пошло по законам тектоники литосферных плит.

Тектоническая активность Земли количественно измеряется величиной суммарного теплового потока, поступающего из ее глубинных недр. Своего максимума тектоническая активность достигала в позднем архее. В протерозое и особенно в фанерозое активность Земли стала существенно меньшей и будет уменьшаться в дальнейшем.

За все время жизни Земли в ее недрах выделилось 3,11•1037 эрг радиогенной и 3,08•1037 эрг приливной энергии, из которой в мантии выделилось около 2,24•1037 эрг. При этом заметная часть радиогенной энергии (около 1,3•1037 эрг) выделилась в земной коре и поэтому не участвовала в энергетическом балансе тектонической активности Земли. К настоящему времени в земных недрах выделилось около 18•1037 эрг тепловой энергии. Таким образом, тектоническое развитие Земли на 70,2% питалось энергией гравитационной дифференциации земного вещества, на 17,3 – энергией распада радиоактивных элементов и только на 12,5% – энергией приливного торможения Земли. В настоящее время 89% эндогенной энергии Земли генерируется процессом плотностной дифференциации мантийного вещества и продолжающимся ростом земного ядра, 10% добавляется
радиогенной энергией, а на диссипацию энергии приливных деформаций в “твердой”Земле приходится всего около 1%.

За время жизни Земли ее тепловой запас увеличился с 7,12•1037 эрг при образовании до 16,74•1037 эрг в конце архея, но затем несколько снизился до 15,9•1037 эрг в настоящее время. Это значит, что в катархее и архее Земля существенно разогревалась, а начиная с протерозоя и в настоящее время она понемногу остывает. Тектоническая активность Земли, измеряемая ее глубинным (мантийным) тепловым потоком, достигала своего максимума в конце архея около 2,7 млрд лет назад и приблизительно равнялась 48,33•1020 эрг/с, в раннем протерозое, около 2,5 млрд лет назад, она резко снизилась до 10,33•1020 эрг/с, а к настоящему времени еще уменьшилась до 3,39•1020 эрг/с. В далеком будущем, приблизительно через 1,6 млрд лет, ожидается прекращение активной тектонической деятельности Земли (определяемой процессами тектоники литосферных плит) и начало ее тектонического умирания.

Если бы у Земли не было массивного спутника, то она скорее всего очень медленно вращалась бы вокруг своей оси (может быть даже, как и Венера, в обратную сторону), на Земле сейчас господствовали бы условия архея с плотной углекислотной атмосферой и высокими температурами, а вместо современной высокоорганизованной жизни ее населяли бы только примитивные бактериальные формы.

ЗЕМЛЯ
Астрометрические данные и физика земли
Уникальность Земли
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗЕМЛЕ
процессы в оболочках Земли