Геологические свойства

Геологические свойства говорят о том, что континенты пере­мещались по разным климатическим зонам: в высоких ши­ротах можно обнаружить залежи угля, хотя сформироваться они могли только у экватора. В то же время у экватора мож­но обнаружить признаки полярных ледяных шапок.

Окаменевшие шат­ки рептилии трпасо-вогоперпдалпсгро —

Рис. Часть единого суперконтинента Пангея. Карта показывает совпадение однотипных ископаемых остатков на современных континентах

Вегенер не мог указать, что служит причиной движения континен­тов. Это и сдерживало признание его Теории. Даже в 1948 году извест­ный американский геолог утверждал, что «теория движения континен­тов — это фикция, это захватывающая идея, вводящая наше воображе­ние в заблуждение». Но вскоре после этого теория Вегенера получила мощную поддержку от результатов изучения двух предметов:

Магнитаых свойств коренных и осадочных морских пород (палеомагнетизм);

Топографии (деталей поверхности) морского дна.

Мы еще вернемся к современным взглядам на движения конти­нентов и их физическое значение, но сначала опишем, как сформи­ровались Солнечная система и Земля.

Происхождение Земли как части Солнечной системы: современный взгляд

Наше Солнце, планеты и малые тела Солнечной системы сфор­мировались в обширном газовом облаке. Та часть облака, где это произошло, была очень холодной: около 260 °С. С астрономиче­ской точки зрения, облако было плотным (около миллиона атомов в кубическом сантиметре), непрозрачным и выглядело совершенно черным. Такие облака существуют в космосе и сегодня. В основном это газовое облако состояло из водорода и гелия с примесью около 1% более тяжелых элементов. Некоторая часть вещества была в виде льда и минеральной пыли, например кристаллов оливина, графита, очень мелких алмазов и других минералов. Облако сжималось и при этом сплющивалось и ускоряло свое вращение, как балерина в пи­руэте, из-за сохранения углового момента. Постепенно сформировался протопланетный диск, температура и плотность которого возрастали в направлении центра. Это как раз то место, где образовалось Солнце. В экваториальной плоскости диск тоже стал плотным, и там начали формироваться планеты.

Вблизи Протосолнца протопланетный диск был горячее, чем во внешних областях. К тому времени, когда большая часть пыли осела к экваториальной плоскости диска, температура на расстоя­нии будущей орбиты Земли повысилась до 700 °С. Когда горячее вещество протопланетного диска стало остывать, многие минералы начали кристаллизироваться. В зависимости от начальных условий, таких как температура и скорость остывания, образовывались раз­личные типы кристаллов. Их до сих пор находят в метеоритах. Са­мое древнее вещество Солнечной системы обнаружено в углистых хондритах. Эти метеориты содержат очень древнее вещество двух типов: углеродные хондрулы — маленькие черные сфероидальные частицы; а второй тип — это кальциевоалюминиевые включения, которые бледнее и немного больше хондрул (вплоть до 1 мм).

Возрасты измеряют по изотопам различных элементов. Возраст метеоритов определяется по отношению изотопов и и РЬ, изотопов А] и Мц и изотопов КЬ и 8г. Соотношение изотопов А1/М§ дает отно­сительный возраст, говорящий об истории протопланетного облака. Например, по распаду короткоживущего изотопа 2ГА1 можно опре­делить, что разные хондрулы в метеорите образовались в одно и то же время, с точностью до 1 млн лет. Изотопы КЬ/8г также показы­вают относительный возраст молодой протопланетной туманности, но чаще их используют для исследования относительных возрас­тов индивидуальных метеоритов. Изотопы 11/РЬ дают абсолютный возраст, поскольку количество родительских и дочерних изотопов можно прямо измерить. Определив возрасты нескольких хондрул из метеорита, можно сказать, когда сформировался этот метеорит. Абсолютный возраст, полученный по углеродным хондрулам древ­них метеоритов, составляет 4»5б7 ± 0,001 млрд лет. Сейчас это наи­более точное значение возраста Солнечной системы.

Характерное время формирования планет было довольно корот­ким. Нужно помнить, что 50 млн лет — это всего лишь х% от возраста Солнечной системы. Как мы далее увидим, образование планетной системы было почти мгновенным, по крайней мере, в астрономиче­ском и геологическом смыслах. Хотя еще не все детали изучены, но считается, что в целом формирование планет происходило так.

Частицы пыли начали слипаться в экваториальной плоскости протопланетного аккреционного диска. Эти конгломераты в тече­ние нескольких тысяч лет выросли в большие рыхлые пылевые ко­мья размером до 1 км. Двигаясь по орбитам внутри протопланетного диска, они собирали все больше пыли и сталкивались с другими по­добными им комьями. Их гравитация усиливалась и делала их бо­лее компактными, освобождая таким образом пространство. Когда размер этих планетезималей достиг примерно 8оо км, их собствен­ное тяготение стало таким сильным, что они приняли сферическую форму. Это превращение не было внезапным, а происходило посте­пенно по мере роста тела. Примерно в это же время планета доста­точно увеличилась, чтобы свом тяготением начать собирать из окру­жающего пространства пыль и газ и от этого расти еще быстрее.

На расстоянии современной орбиты Юпитера температура про­топланетного диска настолько низкая, что лед остается замерзшим. Это означает, что там было больше твердого вещества для образо­вания планеты. Юпитер продолжал расти и достиг массы в 30 раз большей, чем у Земли. При этом он обрел новое качество: форми­рующаяся планета стала настолько массивной, что ее тяготение спо­собно было удерживать даже самые летучие элементы — водород и гелий. С ростом массы гигантская планета сгребает все вещество из окрестностей своей орбиты. Пыль, лед, камни и газ — все это уве­личивает ее массу, пока не очистится пространство вдоль ее орбиты. От начала слипания пылинок и до окончания роста планеты про­ходит около 30 млн лет. То же самое, но медленнее, происходило и при формировании трех других планетгигантов — Сатурна, Ура­на и Нептуна. А за орбитой Нептуна еще сохранилось оставшееся от образования планет вещество: пыль, астероиды, кометы и объекты пояса Койпера («плутоиды») размером до 100 км.

Пока планеты росли и формировались, температура в центре Протосолнца продолжала повышаться. Когда она достигла при­мерно 4 млн градусов, начались ядерные реакции, и родилось Солн­це. Определить точную дату этого события трудно. Возможно, оно произошло через несколько миллионов лет после оседания пыли к плоскости аккреционного диска. Мощное излучение Солнца, особенно сильное в ультрафиолетовом диапазоне, как у всех звезд типа Т Тельца, а также солнечный ветер, представляющий быстрый поток вылетающих из Солнца частиц, очистили от остатков газа Солнечную систему.