Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Компьютерное моделирование показывает, что как только в какой-то части межзвездного облака начинается коллапс, то стремительно формируется плоский вращающийся диск материи с протозвездой (в нашем случае с протосолнцем) в центре. Когда материя, окружающая протозвезду, начинает сжиматься в диск, она нагревается до высоких температур — настолько высоких, что из межзвездного облака испаряются все или почти все пылевые частицы. Наблюдения подтверждают эти теоретические выкладки: астрономы обнаружили диски из газа и твердых частиц, окружающих формирующиеся звезды, а исследования хондритов показывают, что многие их минеральные составляющие выпали в осадок из горячего вещества диска при его охлаждении. В метеоритах удавалось обнаружить лишь незначительное количество неизмененных пылевых частиц, оставшихся от межзвездного облака.

Имеются некоторые наблюдения, которые помогают нам разобраться в процессах, превративших протосолнце и окружающий его горячий диск в современную Солнечную систему; однако большей частью мы вынуждены полагаться на компьютерное моделирование. Далее идет очень краткое описание того, как ученые представляют себе этот процесс. Сначала (это один из самых надежных фактов во всей истории) протосолнце поглотило почти всю окружающую материю и стало в достаточной степени плотным и горячим, чтобы внутри него пошли реакции ядерного синтеза. Это было настоящее рождение нашего Солнца: реакция превращения водорода (преобладающего элемента в химическом составе Солнца) в гелий была и остается основным источником его энергии. Солнце содержит 99,9 % всего вещества в Солнечной системе, однако оставшегося материала хватило, чтобы появились все остальные ее обитатели — планеты, их спутники, астероиды и кометы.

Когда диск вокруг юного Солнца остыл, из газов начали выпадать минеральные зерна, а по мере увеличения их количества они стали сталкиваться друг с другом, двигаясь по своим орбитам вокруг Солнца. Компьютерное моделирование показывает, что при столкновении мелкие зерна обычно слипаются, а потому средний размер объектов в диске быстро увеличивался. Вскоре большая часть мелких зерен превратилась в камни — вероятно, размером от кулака до валуна. Однако путь от валунов до планеты размером с Землю непрост: сталкивающиеся валуны будут скорее разваливаться, чем слипаться, а оставшийся в диске газ создает сопротивление, которой замедляет движение этих тел по орбитам и заставляет их приближаться по спирали к Солнцу — в итоге они станут не планетами, а частью звезды. Недавние исследования предполагают, что важную роль в соединении камней в более крупные тела сыграла турбулентность в диске: кружащиеся тела размером с валун соединялись в кластеры без сильных столкновений. Когда такие кластеры становятся достаточно большими, гравитация объединяет их в «планетезимали» — слабо связанные тела, являющиеся предшественниками планет; их размер, возможно, составлял несколько сотен километров в поперечнике.

По современным оценкам, переход от газопылевого облака к первобытному Солнцу, окруженному планетезималями, занял примерно 10 миллионов лет. По мере того как планетезимали продолжали расти, собирая все больше материи из окружающего пространства, самые крупные из них обгоняли соседей и забирали себе все вокруг. Постоянный дождь из камешков, валунов и планетезималей, падающих на поверхность растущих планет, быстро нагревал их, и внешние части некоторых из них могли полностью расплавиться.

В этом хаотичном жестком процессе быстро росла и Земля, впоследствии ставшая самой крупной из внутренних планет. Она тоже нагревалась, поскольку падающие тела передавали ей свою энергию. Наша планета стала настолько горячей, что железо в накопленном материале (вспомните, что хондриты содержат массу зерен железа) начало плавиться. Будучи очень плотным, жидкий металл стал погружаться и образовал ядро Земли. Существует масса геохимических данных (они слишком обширны, чтобы излагать здесь подробно, и многие из них были получены за последние несколько десятилетий), которые подтверждают, что металлическое ядро сформировалось на самой ранней стадии жизни Земли, когда планета еще росла. Сегодня, спустя 4,5 миллиарда лет, железное ядро все еще частично расплавлено — это пережиток того первого высокотемпературного отрезка времени. Аналогичным образом железное ядро появилось и у других планет земной группы, а также у планетезималей, которые стали астероидами, а не планетами. Железные метеориты вроде Мыса Йорк — это, вероятно, фрагменты таких ядер, полетевших к Земле после того, как их родительские астероиды столкнулись с другими. Эти железные метеориты рассказывают нам, на что похоже ядро нашей собственной планеты.