Докажите что земля и луна продолжают эволюционировать и в настоящее время кратко
Обновлено: 05.07.2024
4,57 - 4,46 млрд. лет назад, горячая Луна, период формирования макроструктуры недр, осаждается расплавленное ядро (Fe - FeS), существует магнитное поле, Луна уже повёрнута к Земле одной стороной, а её кора асимметрична;
4,46 - 3,86 млрд. лет назад, образование макроструктуры материков, кристаллизация верхней мантии, вулканизм, интенсивная бомбардировка метеоритами и рост коры, Луна равномерно "побита" метеоритами - всюду кратеры с несколькими кольцами гор; на Земле от этой эпохи не осталось следов, и самые древние горные породы имеют возраст 3,8 млрд. лет [Жарков, Мороз, 2000];
4 - 3,9 млрд. лет назад, ударное образование круговых морей и исчезновение прежней поверхности;
3,9 - 3,16 млрд. лет назад (по другим данным - 2,8 млрд. лет назад) базальтовая лава заполнила впадины лунных морей, с тех пор в "морях" меньше кратеров, чем на "материках", где прежняя поверхность полностью уцелела; в это время исчезает магнитное поле;
послеморской период, добавились только отдельные кратеры с "лучами" (Коперник, Тихо и множество мелких).
Система Земля-Луна тоже прошла длительную эволюцию. Когда-то и Луна, и Земля вращались вокруг своих осей значительно быстрее, чем сейчас, и были ближе друг к другу. Потом вращение вокруг осей притормозилось из-за приливного трения: Земля стала вращаться медленней, а Луна относительно Земли полностью остановилась (более 4,5 млрд. лет назад). Но это означает, что Луна должна была постепенно отодвинуться от Земли согласно закону сохранения количества движения (медленней движение вокруг оси - быстрее движение по орбите). Отобрав у Земли часть энергии, Луна ускорилась и стала вращаться вокруг Земли по более далёкой орбите.
То же самое можно сказать более конкретно. Так как Земля вращается вокруг оси быстрее, чем вокруг неё вращается Луна, приливные выступы на Земле чуть опережают события. Ближайший к Луне выступ при этом разгоняет Луну на орбите, причём в большей степени, чем её тормозит отстающий дальний выступ [Жарков, 1983].
Система продолжает эволюционировать в том же направлении, и Луна каждый год отодвигается от Земли на 3,8 см (по данным лазерной локации). Или на 4,4 см в год (по данным изучения затмений) [Жарков, 1983]. Так будет происходить до тех пор, пока Луна не остановит Землю. Тогда воспреобладают силы трения о космическую среду (это не совсем пустота - там метеорные частицы, какое-то количество газа, частицы солнечного ветра, гравитационные поля и т.п.). Луна начнёт передавать энергию космической среде и постепенно сближаться с Землёй. Когда-нибудь она сблизиться так, что приливные силы Земли разорвут Луну и превратят в кольцо - примерно такое же, как вокруг Сатурна, но более значительное. Впрочем, Земля и Луна могут значительно измениться и даже исчезнуть ещё до этого из-за расширения Солнца.
Луна активно изучалась в середине века, а теперь интерес к ней упал. Его можно подхлестнуть только экономическим использованием Луны (перевалочный пункт на пути в более далёкий Космос, сырьевая база и т.п.). Одно из возможных использований - использование радиоактивного гелия (гелий три), принесённого солнечным ветром. Это хорошее термоядерное топливо, возможное топливо для будущих космических кораблей, и добыть его можно, нагрев лунный грунт до 600 градусов Цельсия (начало выделения - 200 градусов, при 600 градусах - выделяется 75%) [Кульчински, Шмитт, 1990]. Кто будет владеть Луной, тот будет владеть Землёй.
В системе Земля – Луна оба тела воздействуют друг на друга, вызывая приливы и отливы, изменяя периоды вращения этих тел и увеличивая расстояния между ними. Это приводит к изменению длительности суток и годов на Земле и преобразованию приливной энергии в тепловую. За счет приливных сил напарница Земли – Луна – обращена к своей более массивной соседке все время одной стороной. Это явление свойственно и многим другим близкорасположенным спутникам Юпитера, Сатурна и других планет. Вокруг Земли Луна движется со скоростью 1 км/с.
Приливное действие Луны ведет к замедлению вращения нашей планеты и к ускорению движения Луны на орбите, что в итоге ведет к удалению ее от Земли. В прошлом, как уже отмечалось, Луна была значительно ближе к Земле. Большинство планетологов в настоящее время считают, что Луна сформировалась около Земли 4,55 млрд лет назад на расстоянии 5…20 радиусов Земли. Российская исследовательница Е.Л. Рускол отмечает, что при расположении Луны на расстоянии 10 земных радиусов или порядка 60 тыс. км длительность земных суток составляла 5…7 ч. Продолжительность земного года в соответствии с астрономической теорией устойчивости планетных движений (см. п. 2.5) в тот период была такой же, как и в настоящее время, то есть 365,24 · 24 = 8766 ч. Таким образом, суткам, состоящим из 6 ч, будет соответствовать длительность года, равная 1461 таких суток. Астрономы CША и Англии на основе расчетов пришли к выводу, что 4 млрд лет назад Луна находилась на расстоянии 128 тыс. км от Земли, то есть в 3 раза ближе, чем сейчас, а земные сутки равнялись 8 ч. Есть и иные точки зрения по поводу положения Луны на орбите, о чем расскажем далее.
Об изменении длительности земных суток и года в последующие эпохи исследователям удалось узнать на основе изучения древних окаменелых водорослей, двустворчатых моллюсков и кораллов, в строении которых обнаружены суточные и годовые наросты. Автором этой книги по этим данным построены графики, показанные на рис. 1.1. Из них видно, что в первые 2,5 млрд лет изменения длительности суток и года происходили медленно, а в течение последних 2 млрд лет – более интенсивно.
Рис. 1.1. Изменение со временем длительности земных
Рис. 1.2. Изменение со временем расстояния от Луны до Земли:
1 – по автору;
2 – по О.Г. Сорохтину и С.А. Ушакову
А.Б. Биндером (Германия) аналогичные данные использованы для определения расположения Луны по отношению к Земле в прошлом (рис. 1.2). На нем показана и кривая, рассчитанная О.Г. Сорохтиным и С.А. Ушаковым с учетом различных гипотетических данных о физических свойствах нашей планеты.
Из этого рисунка видно, что кривые резко различаются. Пользуясь этими кривыми, автор настоящей книги рассчитал скорость удаления планет друг от друга (рис. 1.3). Из этого рисунка также видно, что на одной кривой наблюдается один максимум, а на другой – три максимума. Наличие максимума на кривой 1 в интервале 1,5…2,5 млрд лет назад, по мнению автора, связано с приливным возмущением жидкого ядра Земли.
Рис. 1.3. Изменение со временем скорости удаления Луны от Земли:
1 – по автору; 2 – по О. Г. Сорохтину и С.А. Ушакову
И.Б. Иванов и другие болгарские геофизики показали, что на жидкую оболочку ядра Земли оказывают воздействие длиннопериодные лунно-солнечные волны. Это явление, по их мнению, приводит также к горизонтальным и вертикальным перемещениям литосферных плит, из которых сложена земная кора. По-видимому, эти силы в период 1,5…2,5 млрд лет назад и приводили к более быстрому удалению Луны от Земли. Есть и еще одна точка зрения. Российский астроном Е.П. Левитан отмечает, что в указанное время Луна располагалась от Земли на расстоянии всего лишь трех земных радиусов или примерно 20 тыс. км. И с этого периода Луна стала вращаться вокруг Земли по направлению ее суточного вращения, а до этого Луна вращалась, по его мнению, в обратном направлении. В период расположения Луны в 20 тыс. км от Земли, как отмечает Е.П. Левитан, морские приливы достигали высоты нескольких километров.
О.Г. Сорохтин и С.А. Ушаков отмечают, что первый этап экстремального удаления Луны от Земли обусловлен сильным влиянием приливных сил планет (см. рис. 1.3).
Второй максимум, по их мнению, связан с началом формирования вязкой оболочки Земли или астеносферы, сравнительно быстро превращавшейся в “магматический океан” верхней мантии, а третий максимум небольшой амплитуды – с подъемом поверхности океана до среднего уровня континентальных шельфов.
Гравитационное поле Луны, воздействуя на Землю, приводит к образованию приливных волн не только в морях и океанах, но и в твердой оболочке планеты, лишенной океанов. Так, после образования Луны, когда она располагалась вблизи Земли, величина приливных волн в теле Земли превышала 1,5 км, что приводило к мощным землетрясениям. Однако через 1 млн лет удалившаяся Луна стала меньше влиять на Землю. Лунные приливы к этому времени снизились до 130 м, а спустя еще 10 млн лет – до 45 м, через 100 млн лет – до 15 м. Ко времени 4 млрд лет они уменьшились до 7 м, а в настоящее время земная кора под их влиянием в средних широтах поднимается примерно на 45 см. Воспользовавшись кривой 2 (см. рис. 1.3), автор рассчитал длительность земных суток, спустя 1 и 1,5 млрд лет. Они станут равными 26,9 и 27,53 ч соответственно, им будет отвечать длительность года 325,86 и 318,36 таких суток. Из этого следует, что длительность суток и года изменится не очень существенно.
По поводу удаления Луны от Земли существуют и другие гипотезы. Так, американский исследователь Т. Ван Фландрен связывает эту причину с ослаблением всемирного тяготения. Это явление должно также приводить к расширению Земли, Луны и других планет. Прекрасным объектом для выяснения этого вопроса служит сама Луна, тектонические процессы на которой, по мнению многих планетологов, прекратились 1…3 млрд лет назад. В результате изучения датированных лунных структур исследователи пришли к заключению, что за последние 4 млрд лет радиус Луны не менялся с точностью ±1 км. Из этого следует, что радиус Земли за указанное время не мог существенно увеличиться за счет ослабления сил тяготения. Отсюда также вытекает, что скорость изменения гравитационной постоянной не могла превышать 5 · 10 -9 % в год и, следовательно, не могла оказывать существенное влияние на скорость удаления Луны от Земли.
При вращении вокруг Земли по эллиптической орбите Луна за полный оборот, длящийся 27,3 суток, подходит в перигее к нашей планете на расстоянии 357000 км и удаляется от нее в апогее на 407000 км. Естественно, в перигее приливное воздействие Луны на Землю возрастает, а в апогее снижается. Кроме того, дважды в течение синодического месяца, равного 29,5 суток, Земля, Луна и Солнце выстраиваются в одну линию, что приводит к возникновению наиболее мощных приливов. В связи с этим еще в ХIХ веке Перрей пришел к выводу о том, что вероятность землетрясений возрастает в периоды перигея, новолуний и полнолуний. В эти периоды сильнее горбится океан, изгибаются и чаще лопаются пласты горных пород.
Плоскость, в которой Луна вращается вокруг Земли, совершает полный оборот за 18,6 год, меняя наклон к нашему экватору от 18°40′ до 28°40′. Это явление получило название нутации. С таким же периодом меняются частота землетрясений, высота приливов, течений в океанах, появление засух на Земле и т.д. Так, на основе статистической обработки результатов наблюдений установлено, что именно в годы максимальных и минимальных склонений чаще проявляются на Земле землетрясения и вулканизм.
Российский геофизик Ю.Н. Авсюк (г. Москва) показал, что за счет приливных явлений в системе Земля – Луна наблюдается колебательный режим, связанный с галактической цикличностью, при котором скорости движения Луны и вращения Земли периодически изменяются: при возрастании скорости движения Луны скорость вращения Земли уменьшается и наоборот. За последнее время амплитуда прихода – ухода Луны меняется пределах 7…8 радиусов Земли или 44 646…51 024 км, длительность сидерического лунного месяца – в пределах 24…30 сут, продолжительность земных суток – в диапазоне 23 ч 50 мин…24 ч 10 мин, наклон экватора к эклиптике – в пределах 10°. За последний галактический год Луна дальше всего была от Земли 160 млн лет назад, а ближе всего к Земле – 40 млн лет назад, и через 40 млн лет Луна вновь будет находиться на более далекой орбите. В такие периоды в мантии Земли начинается перетекание вещества с глубин до 700 км. В земной коре при этом возникают упорядоченные трещины. В итоге поступающий из мантии расплав уничтожает намагниченность горных пород (и магнитную аномалию) возрастом 160 млн лет и т.д. Таким образом, исчезновение пород с более древними магнитными свойствами Ю.Н. Авсюк объясняет их размагничиванием, а не явлением субдукции, то есть опусканием пород в мантию и расплавлением там.
Естественно, сокращение указанного среднего расстояния между Землей и Луной на 45…51 тыс. км приводит к резкому возрастанию приливных сил и катаклизмов на планете.
В настоящее время за счет приливного лунного трения и других факторов длительность земных суток возрастает примерно на 0,002 с за 100 лет, и за последние 4 тыс. лет они увеличились на 0,07 с. За счет этого фактора происходит смещение суток примерно на 1 ч за 1000 лет. Не подозревая об этом явлении, историки науки долго недоумевали, почему не совпадают во времени расчетные данные солнечных и лунных затмений, найденных в записях древних народов Египта, Китая, Ассирии и Вавилона. И только благодаря открытию указанного эффекта удалось понять это явление.
Появление и развитие жизни на Земле — это уникальное явление во всей Солнечной системе. Но оно не случайно, а было подготовлено сочетанием ряда благоприятных условий. Прежде всего для зарождения жизни должен был сформироваться сложный комплекс активно взаимодействующих природных компонентов, которые в течение чрезвычайно длительного времени в относительно стабильных гидротермальных условиях испытали строго направленную эволюцию.
Фаза аккреции — это образование ее из хаотического роя твердых, преимущественно каменных, некрупных тел и пылевых частиц. Ее надо представлять себе как непрерывное выпадение на растущую Земли относительно все большего количества крупных тел, укрупняющихся в своем полете при соударениях между собой, и притяжением к себе более удаленных мелких частей материи. Вместе с крупными телами на Землю падали макрообъекты — планетезимали, неудавшиеся планеты. Они имели размеры астероидов или некрупных спутников больших планет.
В фазу аккреции Земля приобрела приблизительно 95% современной массы, на что потребовалось по разным оценкам от 17 млн. лет до 400 млн. лет, в период с 4,6 по 4,2 млрд. лет назад. Во время аккреции Земля долго оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества внешней зоны планеты.
Фаза расплавления внешней сферы Земли устанавливается сообразно с ранней историей других планет, в первую очередь Луны, а также Меркурия, Марса. Лунная поверхность образована магматическими породами, которые отвердели 4,0 млрд. лет назад, т.е до этого Луна была расплавленным шаром. К этому же времени относят образование у Земли ядра, мантии и коры. Образование ядра создало условия для образования у Земли диполярного магнитного поля. Установление на Земле самых древнейших палеомагнитных пород с возрастом 3,7 млрд. лет — свидетельство существования в то время ядра, и естественно, мантии
Ландшафты того далекого времени были уникальны. Вся поверхность Земли представляла собой океан раскаленного тяжелого расплава с прорывающимися из него газами. В этот своеобразный океан продолжали стремительно врываться как малые, так и крупные космические тела, удары которых о жидкую поверхность вызывали образование всплесков, фонтанов и другие формы взлета и падения тяжелой жидкости. Над раскаленным океаном простиралось сплошь укутанное густыми тучами небо, с которого на поверхность не падало ни капли воды.
В лунную фазу существования Земля постепенно охлаждалась от температуры плавления базальтов (1000°- 800°) до 100° С. С преодолением температурного рубежа + 100° С связано все последующее преобразование природной среды и эволюция земной коры.
Геологическое время эволюции Земли это принципиально новый период развития нашей планеты в целом, особенно ее коры и природной среды.
Как только температура опустилась ниже 100° С, состояние воды, которая находилась в атмосфере в виде горячего пара, изменилось. Водяные пары атмосферы, а в них была сосредоточена практически вся гидросфера Земли, почти целиком превратились в жидкость, наиболее активное состояние воды по сравнению с ее газовой и твердой фазами. Сухая до того времени Земля стала необычайно обводненной. Сформировались поверхностный и грунтовый стоки, возникли водоемы, и, наконец, океаны. Начался круговорот воды в природе.
На заре геологической истории существовали обширные водоемы — моря и, вероятно, какие-то первоначальные океаны. В 1973 г. геологи Оксфордского университета обнаружили в юго-западной части Гренландии бурый железняк возрастом 3,76 млрд. лет (+- 70 млн. лет). Бурый железняк — осадочная порода, сформировавшаяся в водном бассейне. Еще раньше те же геологи вместе с сотрудниками Управления геологической съемки Гренландии обнаружили в 1971 г. метаморфизованные осадочные породы возрастом 3,98 млрд. лет. Факт обнаружения осадочных пород такого древнего возраста трудно переоценить. Это означает, что временной рубеж между ранней и геологической историей проходит где-то около 4 млрд. лет назад. Следовательно, на всю раннюю историю Земли остается всего 0,6 млрд. лет. Если помимо внешней сферы Земли расплавлялась и центральная область, то на планете могли образоваться океаны, близкие по объему современным. После охлаждения земной поверхности до температуры ниже 100° С на ней образовалась огромная масса жидкой воды, которая представляла собой не простое скопление неподвижных вод, а находящихся в активном глобальном круговороте. Несмотря на эволюцию этого круговорота в ходе времени, основные особенности его сохранились неизменными. В структурном отношении круговорот, как и в настоящее время, распадался на звенья: атмосферное (испарение, перенос влаги, осадки), литосферное (поверхностный и подземный стоки) и океаническое. В процессе функционирования круговорота воды в природе происходит поглощение солнечной энергии и распределение ее по земному шару. Вода благодаря своей необычайной подвижности и химической активности вступает во взаимодействие с природными компонентами, способствуя их взаимосвязям, чем и обеспечивает формирование того глобального природного комплекса, который в настоящее время называется географической оболочкой.
Геолого-геофизические исследования Луны дали в руки ученых новые важные аргументы, без которых гипотезы ее происхождения носили подчас умозрительный характер и их успех зависел в значительной степени от заражающего энтузиазма авторов.
Физические свойства недр свидетельствуют о высокой начальной температуре Луны и ее ранней дифференциации с выделением легкой коры, а также о существовании и по сию пору центральной зоны, по крайней мере, частично расплавленного вещества.
387 килограммов лунных образцов доставлены на Землю из девяти точек видимой стороны, находящихся на больших расстояниях одна от другой. По-видимому, по составу пород Луна однороднее Земли, так что привезенные образцы представительны для ее характеристики в целом, хотя совсем не исследованными остались высокоширотные районы и обратная сторона Луны.
Каждый из лунных камней драгоценнее бриллианта Коллинза. Все они исследуются в земных лабораториях самым тщательным образом. Ни один земной образец не удостаивался столь пристального внимания.
Изученные образцы показали, что породы Селены, хотя и разные на ее морях и континентах, в общем напоминают земные. Там нет ни одного элемента, выходящего за рамки таблицы Менделеева, и найдено всего четыре новых минерала.
Обеднение летучими сопровождается обогащением лунных пород тугоплавкими элементами, такими, как уран, торий, барий, цирконий, ниобий и другие. По-видимому, дефицит летучих в значительной мере имел место в исходном материале, из которого компоновалось тело Луны.
Все изученные образцы лунных пород представляют выплавки и дифференциалы некоего первичного вещества. Само оно в явном виде пока не найдено. Породы Луны не так разнообразны, как земные, это означает, что процесс дифференциации исходной магмы имел здесь малую интенсивность, да это и естественно, если учесть низкое содержание в расплаве летучих компонентов.
Все это не благоприятствовало образованию на Луне месторождений полезных ископаемых. Самый распространенный на Луне, впрочем, как и на Земле, окисел — кремнезем.
Луна имеет резкий дефицит планетарного содержания железа: на Земле его более трети массы, на Луне — менее 1/6 . Уже простое сравнение средних плотностей планет свидетельствует о глобальном отличии их химического состава. И сейсмические исследования обнаружили лишь совсем небольшое, да и то пока проблематичное, железное ядро.
Очень существенно, что на Луне не было встречено пород моложе 3 миллиардов лет. Это значит, что так давно там прекратилась активная тектоническая, магматическая и вулканическая деятельность. А в том, что Луна была активной и горячей, ученые не сомневаются. Об этом говорят непосредственно наблюдаемые астронавтами застывшие потоки лавы, прорывавшие стенки кратеров. По-видимому, многие крупные кратеры диаметром более нескольких километров имеют вулканическое происхождение.
Именно так получилось при определении возраста образца № 69415 из района Фра-Мауро.
Происхождение Луны
Новые факты, в том числе самые, фундаментальные, касающиеся различия химического состава Земли и Луны, существования в Луне внутренней расплавленной зоны и прочего, представляются многим ученым далеко не бесспорными и не всегда статистически обоснованными.
В связи с этим имеет место довольно типичная для науки ситуация, когда на определенном этапе ее развития добавление некоторого количества (явно недостаточного) новых данных только усложняет и запутывает картину. Гиперболизируя ситуацию, можно сказать: чем дольше изучается Луна, тем меньше о ней известно.
По отношению к разбираемому вопросу известная сложность возникла, в частности, в связи с противоречием некоторых аргументов небесной механики и новых геохимических и геофизических наблюдений.
Так или иначе, в конце космического этапа исследования Луны, так же как и задолго до его начала, бытуют многие точки зрения и гипотезы. Они объединяются грубо в те же три группы: отрыв Луны от Земли, захват ее с другой орбиты и образование на околоземной орбите. Однако гипотезы подстраиваются под новые факты, в частности рождаются гибридные варианты.
Наиболее заслуженная (по времени), но и наименее теперь популярная — гипотеза отрыва. Ее высказал в конце XIX века Дж. Дарвин. Он исходил из ориентировочного анализа приливной эволюции лунной орбиты, согласно которому Луна была много ближе к Земле. Предполагалось, что собственные колебания Земли, войдя в резонанс с солнечными приливами, привели к неограниченному росту приливного выступа вплоть до отрыва. Позже предпринимались попытки обосновать эту гипотезу расчетами из механики жидких сред: вследствие ротационной неустойчивости могло происходить истечение вещества с экватора в тонкий диск или отрыв грушевидного выступа. Однако вскоре были найдены ошибки в расчетах, а также стало ясно, что дела планет далеки от гидростатически равновесной формы.
Гипотезам отрыва противоречила величина вращательного момента системы Земля—Луна и несовпадение лунной орбиты с земным экватором.
Отнюдь — продолжаются попытки возродить ее в новой форме, например в такой: первоначальная жидкость из-за ротационной неустойчивости разделилась на планеты Землю и… Марс (?), а перешеек между ними стал Луной…
Странность спутниковых качеств Луны и в особенности новые данные об отличиях ее химического состава от Земли побудили ряд астрономов и физиков считать Луну пришельцем из Солнечной системы.
Все же большинство исследователей полагает, что захват Луны Землей целиком, в готовом виде, крайне маловероятен.
Признаются смешанные варианты, например приближение к Земле некоего космического объекта, разрушение его приливными силами Земли, постепенное отодвигание осколков и их повторная аккумуляция в Луну.
В этом случае предусматривается процесс образования Луны на околоземной орбите. Похоже, что гипотезы этой, третьей группы наиболее способны не погрешить против законов небесной механики и одновременно объяснить геолого-географические факты.
Обсуждаются варианты поэтапной конденсации элементов в тело планеты и спутника из первоначально горячего (2000° К) газового околосолнечного облака.
По-видимому, наименее противоречивой оказывается модель, разработанная в Институте физики Земли сперва его директором академиком О. Ю. Шмидтом, а затем развитая его учениками и последователями (В. С. Сафроновым, Е. Л. Рускол и другими). Согласно этой гипотезе, Земля сформировалась за 100 миллионов лет путем аккреции, слипания из газопылевых частиц протопланетного околосолнечного облака. Вначале она была однородной и относительно холодной.
Прослеживание во времени вспять приливной истории Луны говорит о том, что при своем рождении Луна была ближе к Земле (где-то в интервале 10 —30 земных радиусов), а эксцентриситет ее орбиты и наклон к экватору были меньше.
Точка зрения, развиваемая в ИФЗ возможно, лучшая, но, конечно, не окончательная. Здесь тоже свои сложности: экспериментально не изучены эффекты соударения частиц окислов в нужном диапазоне скоростей, непонятно, как удалось Луне сохранить тепло при столь долгой (108 лет) аккреции и т. д.
Около 4,6 миллиарда лет назад в окрестностях молодого Солнца закончились многозначительные, до конца не распутанные события — рождения планет и их спутников.
Закат Солнца на Луне тогда не был таким величаво-спокойным, как сейчас. Светило погружалось в пылающее, плещущее море расплавленных горных пород. Град метеоритов сыпался в него, приводя к перемешиванию, дегазации, закалке и переплавлению материнского вещества Луны. В расплавленной оболочке в планетарном масштабе совершалось фракционное разделение фаз — формировались кора и верхняя мантия Луны. При этом радиоактивные элементы концентрировались в коре, обусловливая аномально высокий поток тепла, подмеченный термозондами. Породы коры обогащались кальцием и алюминием (анортитовый плагиоклаз), в верхней мантии преобладали окислы железа и магния (пироксен и оливин).
Последняя глава активной эндогенной жизни Луны — затопление Больших Бассейнов видимой стороны ныне замерзшими морями темных базальтов. Базальты поднимались из недр, где распад радиоактивных элементов обеспечил необходимую для их расплава температуру. Излияния носили скорее всего пульсационный характер. Вариации в составе и температуре разных районов Луны привели к тому, что период заполнения морских бассейнов затянулся от 3,8 до 3,0 миллиарда лет.
На рубеже 3 миллиардов лет на Луне воцарилось относительное спокойствие. Столь древний образ космического мира подарила Луна умным автоматам и космическим экспедициям.
Есть ли на Луне тектоника плит?
Существует ли подобная конвекция в Луне? Вопрос решается, исходя из геофизических данных. Непрохождение поперечных сейсмических волн глубже половины радиуса означает, что центральная область Луны, по крайней мере, частично расплавлена. Однако тепловой поток через поверхность столь высок, что будь он даже на 10 процентов обусловлен остыванием ядра, оно бы затвердело и остыло за первый миллиард лет. Совместить эти данные с предположением о существовании твердой конвекции в мантии Луны можно, если вязкость мантии превышает 10 22 пуаз. Независимые наблюдения подтверждают высокую вязкость Луны. Во-первых, ее литосфера имеет очень большую сейсмическую добротность (порядка 5000—10000), волны распространяются в ней почти не затухая. Во-вторых, лунная литосфера удерживает масконы, приуроченные к круглым морям и содержащие избыток массы, составляющий 10 -4 — 10 -5 массы Луны.
Сопоставляя данные о температурном глубинном профиле Луны с температурой плавления пород, можно получить радиальное распределение вязкости в Луне. В верхней 200—300-километровой оболочке Луны коэффициент вязкости (10 26 —10 27 пуаз) в сотни раз выше, чем на соответствующих глубинах Земли, даже если брать наиболее жесткие регионы кристаллических щитов. От поверхности к центру Луны вязкость падает, глубже 500 км, в зоне гипоцентров лунотрясений, она уменьшается в 100—1000 раз. В центральной частично расплавленной области Луны вязкость, по-видимому, падает до значений, свойственных и астеносфере Земли: 10 20 — 10 21 пуаз.
Можно представить себе трехслойную конвективную модель Луны. В центральной частично или полностью расплавленной области происходит интенсивная конвекция. В лежащей выше части мантии конвекция протекает в твердой фазе. Наконец, внешний пояс Луны — жесткий и холодный, перенос тепла из нагретой центральной части происходит по механизму теплопроводности.
Реконструкция тепловой истории Луны свидетельствует о ее высокой начальной температуре и ранней дифференциации. До двух миллиардов лет конвективные ячейки охватывали в основном внешние зоны Луны, затем, по мере затвердевания и остывания литосферы, они начали отступать на глубину, и число ячеек уменьшилось. Сейчас в центральной зоне Луны глубже 800— 900 километров есть условия для существования конвекции, однако скорость потока вещества — 0,1 сантиметра в год — на порядок меньше, чем на Земле.
Луна – о будущем Земли
У Луны все иначе, внутренних сил ее ввиду малой массы и более низкой температуры недр хватило ненадолго. Нет на Луне магнитосферы, атмосферы, гидросферы, не было и не будет жизни. Не горные кряжи и не новые виды организмов расставили вехи на космическом пути Луны, а внешние события — удары метеоритов, создавшие структуру поверхности планетарного масштаба.
И все же было в эволюции планет нечто важное общее, что позволяет через совсем еще мало изученную Луну взглянуть на будущее Земли.
На Луне тоже происходила плотностная дифференциация вещества, кристаллизация коры из расплава, катастрофические лунотрясения и извержения вулканов, но все это — в далеком прошлом. Старенькая, холодная и пассивная Луна предрекает будущее Земле. Когда-нибудь и на Земле перестанут меняться очертания материков, затихнут вулканы, прекратятся землетрясения. Гигантская атмосфера своим давлением выровняет живописный рельеф нашей неповторимой планеты. Но будет это не скоро. И, надо думать, наука к тому времени откроет необходимые людям источники энергии для передвижения и устройства жизни в нужных местах и желательным образом.
Читайте также: