Образование Земли¶

Образование Земли — процесс формирования планеты из протопланетного диска, окончившийся около 4,5 миллиарда лет назад. Земля возникла в результате гравитационного сжатия газопылевого облака вращавшейся вокруг молодого Солнца туманности, последующего слияния планетезималей и, вероятно, гигантского столкновения с протопланетой размером с Марс, породившего Луну.

¶Солнечная система до Земли

Около 4,6 миллиарда лет назад на периферии галактики, в небольшом звёздном скоплении, сформировалась протозвёзда — протосолнце. Вокруг неё возник протопланетный диск из газа (преимущественно водорода и гелия) и твёрдых частиц пыли. Внутренняя часть диска, близкая к протосолнцу, была слишком горячей для конденсации льда, поэтому из тяжёлых элементов — силикатов и металлов — здесь могли сформироваться только плотные твёрдые тела. Именно из этого материала впоследствии выросли планеты земной группы.

¶Аккреция планетезималей

Первые твёрдые сгустки пыли, размером с миллиметры и сантиметры, слипались под действием электростатических сил и слабой гравитации. За сотни тысяч лет из них выросли планетезимали — каменные тела диаметром от сотен метров до нескольких километров. Их столкновения были всё более разрушительными, но постепенно преобладал рост: более массивные тела притягивали соседей и увеличивались. Через 10–100 миллионов лет после начала аккреции из скопления планетезималей вблизи орбиты Земли сформировалась протоземля — протопланета размером с современную планету.

¶Железное ядро и дифференциация

На раннем этапе Земля была почти однородной по составу. Однако по мере накопления энергии от столкновений и распада радиоактивных изотопов (в первую очередь алюминия-26 и железа-60) температура внутренних слоёв росла. Когда она превысила точку плавления железа и силикатов, более тяжёлые элементы — железо, никель — погрузились к центру, формируя ядро, а лёгкие силикаты поднялись, образуя мантию и первичную кору. Этот процесс, называемый планетарной дифференциацией, завершился примерно через 30–50 миллионов после начала формирования Земли.

¶Теория гигантского удара и образование Луны

Наиболее распространённой гипотезой происхождения Луны является теория гигантского удара. Согласно ей, примерно через 50–100 миллионов после образования Земли в неё врезалась протопланета Тейя, размером с Марс. Удар выбросил в космос огромное количество раздробленного вещества мантии Земли и самой Тейи. Из этого облака осколков за несколько тысяч лет сформировалась Луна. Химический состав лунных пород, привезённых советскими аппаратами «Луна» и американскими миссиями «Аполлон», совпадает с составом земной мантии, что подтверждает общее происхождение вещества.

¶Поздняя тяжёлая бомбардировка

Примерно 4,1–3,8 миллиарда лет назад Солнечная система пережила период интенсивных столкновений с крупными телами — так называемую позднюю тяжёлую бомбардировку. Множество астероидов и комет обрушилось на молодую Землю, Луну и другие планеты. Столкновения с кометами, богатыми летучими веществами, вероятно, принесли на Землю значительную часть воды, хотя часть её могла быть уже в составе исходной туманности.

¶Атмосфера и океаны

Первичная атмосфера, состоявшая из водорода и гелия, была почти полностью унесена солнечным ветром. Вторичная атмосфера формировалась из газов, выделявшихся при вулканизме: водяной пар, углекислый газ, азот, аммиак, метан. По мере остывания поверхности водяной пар конденсировался, и около 4,4–4,0 миллиарда лет назад на Земле появились первые океаны. Точные датировки формирования первых океанов остаются предметом дискуссий: древнейшие известные минералы (цирконы из Западной Австралии) указывают на наличие жидкой воды уже 4,4 миллиарда лет назад.

¶Дальнейшая эволюция

После завершения основных этапов аккреции Земля продолжала эволюционировать. Платектектоника, вероятно, началась не позднее 3,2–3,0 миллиардов лет назад, формируя мантийные конвекционные потоки и перемещение литосферных плит. Магматическая активность постепенно снижалась, поверхность охлаждалась, а биологические процессы начали преобразовывать состав атмосферы — прежде всего кислородный фотосинтез, ставший массовым около 2,4 миллиарда лет назад.

¶Источники

• Солнечная система. Энциклопедия (под ред. М. Ю. Марова)
• Hartmann W. K. Origin of the Moon // The Giant Impact Hypothesis
• Wilde S. A. et al. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago // Nature, 2001
• Canup R. M. Simulations of a late lunar-forming impact // Icarus, 2004