Модель аккреции Левина и Сафронова

0
662

Поскольку ни механизм конденсационно-гетерогенной аккреции, ни гипотеза гомогенной аккреции не находят подтверждения в данных о термическом режиме недр Земли, обратимся к механизму полихронно-гетерогенной аккреции, согласующемуся с этими данными и основанному на модели длительно протекающей аккреции, обоснованной Б. Ю. Левиным и В. С. Сафроновым.

Изначальный зародыш Земли (современное внутреннее ядро) складывался из реликтовых тел протосолнечной туманности, отличающихся небольшой разницей в орбитальных скоростях, составом железных метеоритов  и размерами. Время его формирования оценивается в 16 млн. лет  при относительно небольшой общей и удельной скоростях аккреции, достигших к концу формирования ядра соответственно 0,5-10й т/сут и 0,24-10й г/год-км2. Температура поверхности за счет гравитационной потенциальной энергии аккреции не превышала 250° С.

По мере роста Земли скорость аккреции возрастала, приводя к повышению температуры ее поверхности за счет ГПЭ. При этом, если максимальная общая скорость аккреции (см. рис. 8; и — =3,4-10″ т/сут) достигалась в районе формирования нижней мантии Земли, то наибольшая удельная скорость приходилась на время формирования внешнего ядра (V—4,\5 г/год-км2). В связи с этим наибольшие температуры поверхности растущей Землей за счет ГПЭ достигались при формировании внешнего ядра (до 1000 °С), образовавшегося примерно в течение 28 млн. лет. Учитывая также и то, что по мере роста Земли, начиная примерно от массы, сравнимой с массой Луны (0,012 земной массы), зародыш Земли начинал захватывать тела с более высокими орбитальными скоростями, падение которых вызывало значительный термальный эффект. Благодаря совместному воздействию указанных видов энергии температура растущего внешнего ядра, по-видимому, могла достигать 1500—1750° С. По мере вычерпывания крупных реликтовых фрагментов железного состава термальный эффект за счет ударного воздействия снижался, так же как снижался и тепловой баланс, вносимый ГПЭ в результате уменьшения скорости роста Земли и, как следствие, резкого увеличения доли теплоизлучения ГПЭ в космическое пространство. Этот переход, по-видимому, обусловлен сменой аккреции вещества типа железных метеоритов на аккумуляцию материала, отвечающего по составу каменным метеоритам.

Такая смена аккрецируемого материала была, по-видимому, достаточно быстротечной, на что указывает наличие резких изменений геофизических параметров на границе мантия — ядро. Причиной ее может быть закономерность, установленная В. Латимером на основании закона Стокса, объясняющая несравненно более быструю аккрецию металлического материала по сравнению с силикатным. Действительно, даже на основании простой систематизации данных по плотностным свойствам метеоритов  можно установить существование огромной «гравитационной ямы» между железными, железо-каменными и каменными метеоритами, а также наличие гравитационного фракционирования метеоритного вещества вокруг такого большого массоносителя, каким стала Земля к моменту формирования внешнего ядра. Все же другие обстоятельства не исключают возможности аккреции в область растущего внешнего ядра и каменных метеоритов, особенно из области составов с наибольшими плотностными свойствами. Количество такого материала неизвестно, но согласно расчетам  масса аккрецированного внешним ядром вещества каменных метеоритов (включая и силикатную часть железо-каменных) могла составлять 20—25 % от массы всего вещества внешнего ядра.

Увеличивавшаяся общая скорость аккреции привела к перекрытию вещества внешнего ядра мощным слоем материала каменных метеоритов, характеризующегося пониженной по сравнению с железным веществом ядра теплопроводностью благодаря меньшим плотностным свойствам слагающих его минеральных компонентов — железо-магнезиальных силикатов. Благодаря подобным термоизолирующим свойствам вещества нараставшей мантии тепловая энергия, аккумулированная в материале внешнего ядра за счет ГПЭ и энергии падавших тел, была законсервирована в этой оболочке Земли. Первоначальные температуры 1500—1750°С при сохранении тепловой энергии в недрах внешнего ядра позволяют довольно быстро перевести частично или полностью металл ядра в расплавленное состояние. По определению Т. Ханкса и Д. Андерсона (1969 г.) время, необходимое для такого расплавления, составляет 109 лет. Время же аккреции внешнего ядра оценивается в 28 млн. лет Следовательно, процесс расплавления вещества ядра со всеми присущими ему признаками магматической дифференциации происходил или в последующие почти 100 млн. лет аккреции, или частично в раннюю геологическую стадию развития Земли.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ