Аккреция и дифференциация Земли

Более крупные тела эффективнее притягивали вещество. Они сталкивались, рассеивали друг друга и иногда теряли массу. Поэтому рост Земли был меняющимся балансом слияний, разрушений и гравитационных взаимодействий. Чтобы узнать больше об общем контексте, изучите формирование планетных систем.[4]

Аккреция делала больше, чем просто добавляла вещество. Она поставляла энергию. Крупные столкновения могли расплавлять обширные области молодой Земли, а последовательные удары могли прерывать её остывание. Магматический океан означает значительный слой расплавленной или частично расплавленной силикатной породы; это не обязательно одна непрерывная планетарная стадия.[6]

Остывание зависело не только от температуры породы. Атмосфера над расплавленной поверхностью могла замедлять выход тепла, а последующие столкновения снова добавляли энергию. Поэтому разные истории аккреции приводят к разной глубине и продолжительности плавления.[6]

Окончательное крупное формирование Земли продолжалось десятки миллионов лет; в некоторых моделях этот процесс длится более 100 миллионов лет. Продолжительность зависит от физических допущений и использованных свидетельств, поэтому одна дата завершения около 30 миллионов лет скрывает эту неопределённость.[8]

Ведущее объяснение происхождения Луны предполагает гигантское столкновение с формирующейся Землёй. Материал, вышедший на орбиту, впоследствии собрался в Луну. В привычной версии небесное тело, часто называемое Тейей, имело примерно размер Марса, но его размер и геометрия столкновения являются параметрами модели, а не измеренными фактами. Другие успешные симуляции начинаются с иных соотношений.[9]

Земля и Луна имеют очень схожий изотопный состав нескольких элементов. Модель столкновения должна объяснять это сходство наряду с движением системы и относительно низким содержанием металла в Луне. Обломки не обязательно должны были происходить исключительно из мантии Земли: то, сколько материала внесло каждое тело и насколько тщательно он перемешался, различается в разных моделях.[9]

Состав делит Землю на кору, мантию и ядро. Физическое состояние добавляет ещё одно различие: у ядра есть жидкая внешняя область и твёрдая внутренняя область. Эти описания отвечают на разные вопросы - что содержит слой и как он себя ведёт.[1][2]

Как мы можем знать это, не пробурив скважину?

Землетрясения посылают волны через планету. Время их прохождения, преломление и отражения выявляют границы глубоко под поверхностью. Поперечные волны не проходят через жидкое внешнее ядро. Измерения собственных колебаний Земли также дают убедительные доказательства того, что внутреннее ядро твёрдое. Вместе такие наблюдения позволяют делать выводы о строении, которое невозможно изучить непосредственно.[2][13]

Ранняя кора сформировалась при остывании расплавленного материала, но позднее столкновения, плавление и переработка неоднократно изменяли её. Реконструировать эту поверхность трудно, поскольку сохранившийся минерал может быть старше породы, в которой он теперь находится. Возраст кристалла и возраст неповреждённого породного массива - разные виды свидетельств.[14]

У воды есть собственная история.

Поступление составляющих воды, их накопление на планете и появление поверхностных океанов - разные события. Водород может поступать в составе твёрдого строительного материала, проникать в породу или расплав, а позднее становиться частью атмосферы или океана.

Исследование метеоритов - энстатитовых хондритов обнаружило достаточно водорода, чтобы подтвердить значительный ранний вклад материала, похожего на строительные блоки Земли. Поэтому вода не обязательно полностью поступила в результате поздних столкновений с кометами или астероидами. Соотношение источников, потерь и сохранившихся резервуаров всё ещё уточняется.[16]

Минеральные свидетельства существования воды в ранний период дают представление о местных условиях. Это не означает, что вся молодая Земля постоянно оставалась прохладной или что её поверхность уже напоминала известный нам мир. Продолжите чтение: ранняя Земля и происхождение жизни.[14]

Одни из лучших свидетельств формирования Земли дают объекты, которые никогда не стали частью Земли. Изотопы метеоритов помогают определить резервуары вещества, из которых формировались планеты. Анализ 2021 года показал, что Земля и Марс сформировались преимущественно из вещества внутренней части Солнечной системы, включая компонент, плохо представленный в сохранившихся коллекциях метеоритов. Ни один тип метеоритов не даёт полной рецептуры нашей планеты.[19]

Разные свидетельства проверяют разные части этой истории.

Изотопы помогают установить хронологию и происхождение. Эксперименты проверяют, как элементы распределяются между металлом и горной породой. Моделирование изучает возможные истории столкновений. Удачная реконструкция должна согласовать эти независимые свидетельства.[8][3]

Сравнение с другими каменистыми мирами расширяет эту проверку. Сходные исходные материалы и одни и те же физические законы могут приводить к разным историям роста и охлаждения. Земля даёт нам необычайно подробный пример для изучения, а исследования планет продолжают проверять, насколько широко применима её история.[4]