Строение первичной Земли

Зная состав первичного вещества и с большим основанием предполагая, химическую однородность молодой Земли, уже можно рассчитать распределение плотности в её недрах, например, по данным ударного сжатия силикатов и железа. Такой расчёт был выполнен нами для наиболее вероятного распределения температуры в недрах только что образовавшейся Земли (см. рис. 29). Результаты такого расчёта приведены в табл. 4 и показаны на рис. 13. Как видно из приведённых расчётов, в первичной Земле не было никаких границ раздела, кроме зон фазовых переходов на глубинах от 300 до 700 км. В те далёкие времена на Земле ещё не существовало ни земной коры, ни мантии, ни тем более земного ядра. Все эти геосферы обособились значительно позже — только в архее, а тогда (в катархее) была лишь однородная по составу Земля, расчленённая на зоны только полиморфными минеральными ассоциациями в зависимости от господствующих на данных глубинах давлений. Плотность вещества на поверхности молодой Земли достигала 3,92 г/см³, а к её центру она повышалась до 7,2 г/см³.

Таблица 4. Распределения плотности, температуры, давления и ускорения силы тяжести в молодой Земле
При расчёте распределений плотности, ускорения силы тяжести и давления использовалось значение массы Земли М = 5,977×10²⁷ г, при этом безразмерный момент инерции сферической Земли J оказался равным 0,374.
Глубина, км	Плотность, г/см³	Температура, К	Давление, кбар	Ускорение силы тяжести, см/с²
0	3,92	260	0	985
200	4,21	1 147	82	980
400	4,51	1 385	168	973
400	4,63	—	—	—
600	4,89	1 457	261	986
670	4,98	1 294	285	955
670	5,14	—	—	—
800	5,24	1 433	358	941
1 000	5,38	1 411	456	921
1 200	5,50	1 400	556	898
1 400	5,62	1 393	656	874
1 600	5,73	1 387	754	848
1 800	5,83	1 384	852	821
2 000	5,94	1 381	948	793
2 200	6,06	1 379	1 042	764
2 400	6,17	1 378	1 133	734
2 600	6,27	1 377	1 223	703
2 800	6,36	1 376	1 309	670
3 000	6,46	1 375	1 393	638
3 400	6,63	1 373	1 548	569
3 800	6,78	1 371	1 688	498
4 200	6,91	1 369	1 810	425
4 600	7,0	1 367	1 912	350
5 000	7,06	1 365	1 995	273
5 400	7,12	1 363	2 057	196
5 800	7,16	1 361	2 097	119
6 200	7,18	1 359	2 116	52
6 360	7,18	1 358	2 116	0

Рисунок 29. Температура молодой Земли: 1 и 2 предельные распределения начальной температуры Земли:
1 — по В. С. Сафронову (1969) с учётом ударов тел разных размеров, но вначале мелких, а затем и более крупных; 2 — по А. В. Витязеву и др. (1990) с учётом ударов крупных тел в начале процесса аккреции Земли; 3 — принятое распределение начальной температуры Земли, учитывающее как ударное нагревание планеты, так и её приливное разогревание при захвате и разрушении Протолуны.

Рисунок 13. Распределение плотности в разных моделях Земли:
1 — модель Наймарка-Сорохтина (1977а); 2 — модель Жаркова «Земля-2» (Жарков и др., 1971); 3 — модель Буллена А1 (1966); 4 — модель Буллена А2 (1966); 5 — модель первичной Земли Наймарка — Сорохтина (1977б).

Радиус молодой Земли, по-видимому, мало отличался от современной его величины, равной 6 371 км. Связано это с тем, что в процессе эволюции Земли на её размеры одновременно действовали сразу два противоположно направленных фактора. С одной стороны, дифференциация земного вещества, сопровождаемая выделением плотного ядра, увеличением давления в центральных частях Земли и перераспределением ускорения силы тяжести в её недрах, все это должно было бы приводить к уменьшению объёма Земли и её радиуса на 150-200 км. С другой стороны, после дифференциации Земли плотность её верхних слоев должна была заметно снизиться (с 3,9 до 3,2 г/см³), а это уменьшало давление в верхней мантии и увеличивало глубину расположения границ главных фазовых переходов в подстилающем её слое Голицына, что должно было приводить к расширению Земли.

Такой же эффект возникал и за счёт дополнительного разогрева земных недр приблизительно на 2 000 °С. Поэтому суммарный эффект расширения от этих двух воздействий также приблизительно равнялся все тем же 150-200 км. Поверхностные слои Земли практически в течение всего периода её формирования состояли только из мелкопористого реголита, постоянно возникавшего за счёт оседания тонкодисперсной пыли и конденсации испарявшегося при ударных взрывах вещества падавших на Землю планетезималей. Сорбционная способность такого грунта была исключительно высокой, и он, безусловно, активно поглощал собой все те остатки летучих, которые выделялись при тепловых взрывах планетезималей или захватывались растущей Землёй из протопланетного облака (правда, уже практически полностью потерявшего ко времени образования Земли все свои летучие компоненты). Сказанное полностью относится и к таким ныне достаточно распространённым во внешних геосферах летучим, как вода и углекислый газ. В процессе образования Земли вода и углекислый газ, частично освобождавшиеся при испарении падавших на Землю планетезималей, сразу же усиленно связывались с ультраосновным по составу реголитом, например, благодаря реакции серпентинизации

Формула 9. Реакция серпентинизации

Поскольку протопланетное вещество в зоне формирования Земли уже ранее было существенно обеднено содержанием H₂O и CO₂ (о чем говорилось выше), то такой процесс серпентинизации и другие аналогичные ему реакции гидратации реголита практически полностью поглощали и погребали под новыми наслоениями земного вещества практически все поступавшие на Землю количества воды и углекислого газа. Из всех летучих лишь тяжёлые благородные газы (Ne, Ar, Kr, и Xe), попадавшие на Землю в исключительно малых количествах, возможно, с солнечным ветром, ещё могли сохраняться в газовой фазе протоатмосферы молодой планеты.

Из приведённых теоретических соображений и расчётов вытекает важный геологический вывод: первичная Земля не имела ни гидросферы, ни плотной атмосферы. Всё это появилось значительно позже, приблизительно через 600 млн лет после образования Земли, а в ту далёкую эпоху молодая Земля могла обладать лишь сравнительно разреженной атмосферой из азота с небольшой примесью благородных газов. Суммарное давление такой примитивной атмосферы тогда не превышало 0,5-0,6 атм.

Информация:

— Следующая статья | О. Г. Сорохтин: «Развитие Земли»