МОДЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫПРИЛИВНОЙ ЭВОЛЮЦИИ СИСТЕМЫ«ЗЕМЛЯ-ЛУНА»
I. Образование Солнца, земли планет: гипотезы и модели.
Прежде чем говорить о приливном трении на ранней стадии существования СЗЛ необходимо отметить, что для построения более или менее стройной модели развития земли первое, что необходимо знать, это исходные условия её образования, а они в свою очередь в большой мере определяются условиями образования Солнечной системы. Второе, на что ориентируются при создании таких моделей, это сведения о внутреннем строении, динамике и химическом составе современной земли.
Теория «туманности».
Доминирующей и практически общепризнанной концепцией, касающейся исходного материала, из которого образовались Солнце и планеты, в наше время является так называемая “небулярная” теория, или теория туманности, предполагающая их образование из газопылевого облака, сжатие которого было вызвано взрывом сверхновой. Хотя облака этого уже не существует, следы его остались в свойствах наблюдаемых сегодня объектов Солнечной системы. В дальнейшем образование планет (по крайней мере планет земной группы) происходило в результате слипания частиц в планетезимали, и большая часть исследователей при построении моделей образования и развития земли и планет придерживается именно этой гипотезы. Начало этому процессу положило воздействие ударных волн, возникающих при взрывах сверхновых, в результате чего возникают сгущения, способные в дальнейшем к сжатию уже за счет самогравитации. По-видимому, около 4,7 миллиардов лет назад и создалась такая ситуация в окрестностях протосолнечного облака, которое пополнившись новым веществом, получило импульс сжатия и вращения, в результате чего в центре образовался гигантский газовый сгусток - протосолнце, которое впоследствии вышло на главную последовательность развития звезд по типу t-Тельца.
Как уже отмечено, на выбор авторами той или иной модели глобальной эволюции земли сильно влияло представление о внутреннем строении земли. На протяжении многих лет существовала масса гипотез, основанных на наблюдаемых на поверхности земли явлениях и большой изобретательности их авторов, но по-настоящему удалось заглянуть внутрь планеты только с помощью изучения отраженных и преломленных сейсмических волн. Впервые для изучения внутреннего строения нашей планеты их использовал Дж. Дарвин. Изучая нутацию, землетрясения и приливы он пришел к выводу о том, что в земных недрах массы находятся как в твердом, так и в вязком состоянии. Ещё одним шагом вперед стало предположение о существовании у земли железного ядра, что подтверждается составом метеоритов.
Модели «горячей» и «холодной» земли.
Одним из ключевых спорных моментов, возникающих при построении гипотез образования земли, является вопрос о “горячем” или “холодном” её происхождении. Модель “горячей” земли предполагает, что при образовании земли её недра находились в жидком разогретом состоянии, что привело к гравитационной дифференциации и образованию у земли тяжелого ядра. Тектоническая деятельность в этом случае объяснялась постепенным сжатием первоначально разогретой планеты и, как следствием, уменьшением площади поверхности. Такие сценарии предполагали бурную вулканическую и геотермальную деятельность на молодой земле, происходящую под плотной атмосферой. В.В.Кузнецовым, причисляющим себя к “катастрофистам”, предложена принципиально отличная модель “горячей” земли. Автор утверждает, что гравитационной энергии земли вполне достаточно для того, чтобы превратить все её вещество при быстром гравитационном сжатии в горячий “газ”. Далее, согласно этой модели, по мере роста планеты температура и плотность этого “газа”, а следовательно и его внутреннее давление, увеличиваются, и сжатие будет происходить до тех пор, пока внутреннее “газокинетическое” давление не уравновесит давление гравитационных сил. После прекращения процесса сжатия поверхностное вещество планеты радиационно охлаждается, конденсируется, кристаллизуется и образует твердую кору, которая препятствует дальнейшему охлаждению планеты. Перегретый и переуплотненный (до 30 г/см3) газ со временем переходит в жидкую фазу, составляющую внешнее ядро земли, переуплотненная область становится внутренним ядром (между ними - переходная зона); на периферии вещество кристаллизуется и образует твердую оболочку земли. Перечисленные фазовые переходы приводят к увеличению объема планеты, которое определяет её геодинамическую эволюцию. В рамках механизма расширения земли автор объясняет кинематику горизонтальных движений блоков литосферы. Эта не лишенная слабых мест концепция тем не менее достаточно естественно объясняет ряд геологических фактов. Теория образование Солнечной системы у Кузнецова основана на постулировании одновременного рождения звезды, системы планет и систем их спутников из протосолнечного и протопланетного вещества, изначально имеющего вид вращающегося диска, в результате коллапса. Различие этих объектов объясняется количественным различием исходного материала.
Сейсмологические исследования, которые привели к обнаружению твёрдого металлического ядра, сыграли в пользу модели “холодной” земли, ибо “горячая” модель предполагала горячее расплавленное ядро. В данной работе рассмотрена модель “холодной” земли в той форме, в какой она представлена у О.Г.Сорохтина и С.А. Ушакова. В начале авторы отмечают, что земля и Луна, как и другие планеты Солнечной системы, образовались за счет аккреции твердых частиц этого облака. Под влиянием сильного солнечного ветра из околосолнечного пространства на далёкую периферию были “выметены” все легкие элементы исходного протопланетного облака. Поэтому земля и планеты земной группы формировались из вещества, почти полностью потерявшего все газовые составляющие. Перераспределение вращательного момента между центром облака и периферией произошло в результате сцепления магнитного поля протосолнца с полем сильно ионизированного солнечным ветром протопланетного облака в пользу периферийного вещества. Важно отметить, что, по мнению авторов, большая часть гравитационной энергии терялась в процессе аккреции с тепловым излучением, поскольку почти полное формирование земли заняло примерно 100 млн. лет, и температура в её недрах в процессе образования все время была ниже температуры плавления недифференцированного первичного земного вещества.