СОЗДАНИЕ ЗВЕЗДЫ СОЛНЦЕ И ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ — ОДИН ЭТАП В МИРОЗДАНИИ

Юные геологи изучают геохронологию и пытаются понять, что было в начале по страницам книг писателя-фантаста АЙЗЕКА АЗИМОВА (1920-1992) «ПУТЕВОДИТЕЛЬ ПО БИБЛИИ» и доктора геолого-минералогических наук, который многие годы работал начальником партии и главным геологом объединения «Аэрогеология» — ведущей геологической организации по региональному изучению геологического строения территории страны на основе аэрокосмических методов КОЗЛОВА ВЛАДИМИРА ВИКТОРОВИЧА (1931 — 2022) ««С геологией в Библию» (2020).

Часть 4

ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ КОЗЛОВ:

5 И НАЗВАЛ БОГ СВЕТ ДНЁМ, А ТЬМУ НОЧЬЮ. И БЫЛ ВЕЧЕР, И БЫЛО УТРО: ДЕНЬ ОДИН.

СОЗДАНИЕ ЗВЕЗДЫ СОЛНЦЕ И ПЛАНЕТЫ ЗЕМЛЯ — ОДИН ЭТАП В МИРОЗДАНИИ.

Считается, что подлинное Солнце как настоящая звезда с термоядерными процессами возникло около 5 млрд лет назад, и сейчас находится примерно на половине развития, среди звезд нижней части главной последовательности. Солнце как жёлтый карлик находится среди небольших звезд. В результате термоядерных реакций свет Солнца проникает лучами по всей Солнечной системе.

Для аккреции планет земной группы и самой Земли потребовалось не более 1 млрд лет с момента взрыва сверхновой звезды. Эти события заняли примерно 1/5 от всего времени развития Земли и являются актом творения в геологической истории.

Аккреция (приращение, увеличение) – это процесс захвата и падения вещества из окружающего пространства на поверхность космического объекта (планеты, звезды, галактики, черные дыры) под действием его гравитационного притяжения.

Протоземля возникла одновременно как Протосолнце, так как на Земле было много лития. Сейчас многие исследователи сравнивают время существования планет и Земли с возрастом метеоритов — примерно 4,6 млрд лет, но стоит уточнить, когда возникло Солнце.

СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА ИЗ ГАЗОПЫЛЕВОГО ДИСКА

Сейчас достаточно хорошо изучена Солнечная система с центральной звездой, группами планет и поясами астероидов. Солнце как плазменная звезда захватывает примерно 98% массы от бывшего диска. Группа Земли включает каменные по составу планеты Меркурий, Венеру, Землю со спутником Луной, тоже шаровидным телом, Марс с двумя небольшими захваченными астероидами-глыбами, на расстоянии от Солнца — в 0,4-3,6 а. е. (а.е. — астрономическая единица измерения расстояния, примерно 150 млн км, равная расстоянию от Земли до Солнца). Около 80 астероидов подходят к орбите Земли, а астероид Икар — даже внутрь орбиты Меркурия. С Земли заметили около 660 комет с хвостами из пыли, возникших из ледяного тела и комы от солнечного тепла. Главный пояс астероидов (или пояс Цереры) содержит около 30 малых планет, шаровидных тел диаметром 900-200 км, и множество астероидов с поперечниками в десятки тысяч км на орбите 2,2-3,6 а.е.

Группа Юпитера с гигантскими газовыми планетами — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — находится на орбите 3,7-30 а. е. Рядом с планетами собраны серии спутников, шаровидных, с диаметрами в сотни и тысячи километров, и глыбы обломков-астероидов. Вблизи с орбитой Юпитера располагается группа из 50 крупных астероидов. Они, как «троянцы» и «греки», находятся впереди и сзади главной планеты. Самый далёкий и крупный астероид Хирон замечен на орбите 12,7 а. е., между Сатурном и Ураном. Тела внутри орбиты Нептуна называют Кентаврами. Пояс Койпера (или группа Плутона) включает в себя карликовую планету

Плутон (бывшая девятая планета в Солнечной системе) со спутником Харон и двумя небольшими спутниками, их можно разглядеть с помощью телескопа «Хаббл». В этом поясе обнаружено также более крупное тело — Зена (или Ксена, новое название — Эрида) с небольшим спутником Габриель и телами Седна и Квавар. Это — сферические тела со льдом из метана и азота. Они расположены на орбите 35-50 а. е., так как Плутон пересекает в перигелии орбиту Нептуна. Ещё дальше находится пояс или облако Оорта с множествами ледяных глыб — с орбитами 50-150 а.е. Из них приходят будущие кометы, которые тают ближе к Солнцу. Может быть, существует ещё молекулярный пояс (как мазерные источники с гидроксилом и воды) на расстоянии до 200 а.е., так как некоторые считают, что вся Солнечная система движется в галактическом цикле — около 220-230 млн лет.

Была ли планета на поясе астероидов? Немецкие астрономы И.-Д. Тициус и И.-Э. Боде в 1772 г. создали формулу определения расстояния между планетами Солнечной системы и Солнцем с периодами дальности и увеличения от центра Солнечной системы. Между Марсом и Юпитером оказался промежуток, в котором по расчётам должна быть планета с орбитой на 2,8 а. е. В 1801 г. Дж. Пиацци выявил малую планету (сейчас её диаметр составляет около 960 км), которую назвали Церера, на орбите 2,77 а. е., а позднее — ещё малые тела и множество астероидов как Главный пояс.

В 1804 г. Г. Ольберс высказал предположение, что малые планеты являются обломками древней планеты, которую стали называть планетой Ольберса, а затем — Фаэтоном. Эта гипотетическая планета была в недавнем времени 10-й планетой Солнечной системы. Некоторые считали, что она была крупной, даже больше Земли, и взорвалась под влиянием гигантского Юпитера. Многие учёные придерживались концепции планеты Фаэтон. Другие доказывали, что под воздействием Юпитера из общего газопылевого сгустка должны были развиваться отдельные тела — плапетезимали. Есть ученые, которые придерживаются концепции о множестве астероидов или малых тел в газопылевом облаке.

В книге «Общий курс астрономии» (Э. В. Канонович, В. И. Мороз, 2004), классическом университетском учебнике, излагается современный взгляд на этот вопрос: «Как раз в промежутке между Марсом и Юпитером, где должна была быть ещё одна планета, находится пояс астероидов. По-видимому, в этой части Солнечной системы условия были таковы, что промежуточная планета не могла сформироваться или оказалась неустойчивой. Возможно, что на каком-то этапе эволюции Солнечной системы в поясе астероидов существовала одна или несколько крупных планет, но они были разрушены вследствие столкновений с другими телами или в результате действия какой-либо другой силы, например приливного действия Юпитера». Любопытно, что в прошлом много говорили о концепции газопылевого вещества в материи Ю. Г. Шмидта как общепринятой, а сейчас в учебнике её не упоминают.

В книге «С геологией в космосе» я постарался развить тему планеты Ольберс-Фаэтон, сейчас же буду называть древнюю планету Ольберсом отдельно от Фаэтона.

В группах Земли и Юпитера на орбитах вращаются единичные планеты. Возможно, существовала планета, представлявшая собой остаточные узлы из газопылевой массы. Всегда проще изучать существующие объекты и их системы, труднее представить, что на близких орбитах возникали малые планеты и астероиды разного состава: железные, железокаменные, каменные, что было выявлено спектральным методом при изучении метеоритов как обломков астероидов.

Сейчас с помощью космических аппаратов было установлено, что по форме астероиды представляют собой крупные обломки. Астероид Ида имеет удлинённое тело с оборванным косым концом. Малые планеты как шаровидные тела могут состоять в концентрации из газопылевой массы, но они имеют разный состав. Наиболее крупные тела по своим свойствам совпадают с каменными метеоритами, углистыми хондритами и эвкритами, редко — железокаменными (Ирида) или частично железными (Метида). Следовательно, тела с разным составом образовались не из газопылевого сгустка, а из одного конкретного объекта. Более вероятно, что они возникли из разных частей разрушенной протопланеты.

ГЕОСФЕРЫ ЗЕМЛИ И МЕТЕОРИТЫ

Метеориты на поверхности Земли детально изучены, классифицированы, являются разными по своей природе. Строение внутренней части нашей планеты изучено только с помощью геофизических методов, но метеориты из Главного пояса астероидов можно сопоставить с ядром и геосферами Земли. В метеоритах содержится около 200 минералов, обычных для Земли, а также особые минералы с необычным составом. Отдельно выделяются также высокобарические минералы, по мнению многих учёных, появившиеся из-за столкновений с астероидами.

Главные части твёрдой Земли: центральное ядро, глубокая мантия и поверхностная литосфера с земной корой. Многие исследователи уже сравнивали метеориты с геосферами и ядром Земли, хотя трудно представить, как вещества в недрах планеты при взрыве и мгновенном выбросе в пустой космос могут совпадать. Мне и многим другим кажется, что именно так образовались железные метеориты со своеобразными структурами из ядра. Каменные метеориты, основные хондриты — мельчайшие частицы минералов из мантии. Также особые минералы с гипергенными ассоциациями связаны, возможно, с корой настоящей планеты.

ТВЁРДОЕ ЯДРО И ЖЕЛЕЗНЫЕ МЕТЕОРИТЫ

Средний радиус Земли — 6371 км. Давление и плотность вещества очень высоки. Внутреннее ядро должно быть твёрдым, а внешнее ядро — жидким и пластичным. В дифференциации протопланеты ядро должно концентрировать тяжёлые металлы, именно там образовались железные метеориты. При том, что ядро обладает высокой плотностью (около 14 г/см3), самая высокая плотность железных метеоритов — 7,8-8,0 г/см3. При взрыве из ядра древней планеты Ольберс-Фаэтон в малых телах (малых планетах) могло образоваться вещество железистых метеоритов, с меньшей плотностью у ядра. Земное ядро при большой плотности содержит 32% массы и 16,2% объёма.

Древняя планета образовалась в промежутке между сравнительно небольшими каменными планетами группы Земли и газовым гигантом Юпитером. Можно представить, при сравнении с Землёй, что размер мог быть больше, плотность — меньше, а ядро — с меньшим содержанием доли массы и объёма от всего тела. Найденные и собранные железные метеориты вместе с каменными метеоритами преобладают по количеству, но считается, что они лучше сохраняются в атмосфере и при выветривании, лучше обнаруживаются после падений. В космосе небесные тела, метеоры, состоят из железного метеоритного вещества только на 10-20%.

ЖИДКОЕ ЯДРО И ЖЕЛЕЗОКАМЕННЫЕ МЕТЕОРИТЫ

Можно представить, что железокаменные метеориты возникают из верхней части ядра, например, знаменитое Палласово Железо: губка из железа с никелем и хромом с округлыми зёрнами оливина (1-2 см). Трудно представить или смоделировать взрыв планеты, когда от высокого сжатия из ядра отдельными кусками во внешний космос выделяется жидкий металл. Гипотетически так и возникли железокаменные метеориты с необычной структурой.

Необычные железокаменные метеориты — между ядром и мантией. Между ядром и мантией Земли выделяют промежуточную зону на глубине 2700-2900 км — слой D, где и сейчас происходит интенсивная дифференциация планеты. Геофизики установили, что с этого уровня в мантию идет поток сравнительно лёгкого вещества — силикатных минералов, составляющих основную часть каменных метеоритов. По Д. Ю. Пущаровскому, этот слой состоит из минерала, магния силиката (постперовскитовая фаза), и кальцита (структура пироксена). Возможны в этой зоне редкие железокаменные метеориты, но вряд ли они сохранились в космосе как устойчивые формы.

НИЖНЯЯ МАНТИЯ И КАМЕННЫЕ МЕТЕОРИТЫ

Мантия находится на глубине 1000-2900 км, она составляет большую часть Земли — 82,3%, средняя плотность — 5,5 кг/м3 На поверхности мы не видим в достаточной мере горные породы, находящиеся в глубокой мантии, есть только мантийные ксенолиты из верхней мантии. В основной массе метеориты, такие как каменные, обычные хондриты, по составу соответствуют нижней мантии. Очень интересны хондриты с чёрными прожилками шириной 0,1-0,5 мм, с металлом и хондрами. В составе каменных метеоритов преобладают оливин и ортопироксен с хондрами — мельчайшими зёрнами и небольшим количеством металла с тонкими прожилками между ними.

По Д. Ю. Пущаровскому, в нижней мантии происходили трансформации атома железа с электронной структурой и металлизацией, твёрдые растворы с минералами магния, железа, алюминия и др. с необычными структурами в кристаллах (как стишовит в двуокиси кремния). Главные минералы были неустойчивыми, и при взрыве планеты в хондритах должны были возникать минералы.

ВЕРХНЯЯ МАНТИЯ ПОД АСТЕНОСФЕРОЙ

Мантия в целом состоит из силикатных ультрамафических пород с минералами высокого давления. В сейсмических границах мантии могли возникать минералы с кристаллическими решётками. Как считают геохимики (РГЭ, Е. В. Шарков, 2011), на глубине 660 км должны находиться магнезио-вюстит и пироксены со структурой перовскита. На глубине 500-530 км возникает модификация оливина со структурой шпинели и высокой плотностью. В интервале 300-460 км устойчивы твёрдые растворы пироксена и граната — мейджориты (или мэджориты). На 400 км развита модификация оливина с плотностью на 8% выше обычного оливина. Геофизики определили мантийные плюмы от границы ядра с перемещением вещества в дифференциации планеты. Высокобарические минералы метеоритов, в том числе с мэйджоритами, находятся в верхней мантии и Земли, и Ольберса.

АСТЕНОСФЕРА — ВЯЗКАЯ С КРИСТАЛЛАМИ

В строении верхней мантии выделяется особая сфера с пластичным строением. Всего только 1-2% вещества расплавлены, но в целом состояние этой сферы обеспечивает движение литосферных плит и изостатическое равновесие поднятия и опускания в виде гор и впадин в рельефе. Геофизики определяют глубину астеносферы примерно в 100—200 км, всего 50 км в абиссальных впадинах океана и свыше 250 км — на щитах в материках. По Д. Ю. Пущаровскому, на глубине около 140 км происходит структурная перестройка магний-железных силикатов, таких как оливин, в другую модификацию. С этой сферы на поверхности земной коры с трубками возникают кимберлиты с алмазами, но их нет в метеоритах. Растения и уголь возникли, когда в субдукции углерод оказался в астеносфере с давлением и высокой температурой, и возникли ювелирные кристаллы. В каменных метеоритах имеются минералы, близкие по составу и фазам, для их обнаружения необходимы специальные исследования.

ВЕРХНЯЯ МАНТИЯ — ОБЫЧНЫЕ И УГОЛЬНЫЕ ХОНДРИТЫ

Верхняя мантия изучена в горных породах, выявленных на поверхности Земли. Основное значение имеют базальты (25%) и перидотиты (75%). Они возникли в результате выплавки и образования остатка из пиро-лита или примитивного перидотита-лерцолита. Такая первичная порода верхней мантии, близкая по геохимическим характеристикам к углистым хондритам, говорит о строении основной части литосферы. Много углерода присутствует на кометах, а газопылевых скоплений — в межзвёздной среде. В метеоритах углистые хондриты в веществе содержат углерод (в среднем — 1,7%), при ударах возникают модификации алмаза. В верхней мантии на глубине 100-120 км возникают кристаллы алмаза с углеродом в дальних недрах. С кимберлитовыми трубками алмаз проникает на поверхность в отдельные геологические эпохи. В верхней мантии Земли в дифференциации скопился углерод. Также развиты углистые хондриты, вероятно, с планеты Ольберс.