3. Происхождение жизни на Земле

3.1. Образование мантии и ядра Земли.

Образование Земли связано с аккумуляцией вещества, представленного преимущественно высокотемпературными конденсатами солнечного газа. Однако относительно способа аккумуляции существуют различные мнения. В процессе формирования Земли можно допустить три варианта аккумуляции.

1. Гомогенная аккумуляция, нашедшая наиболее полную раз­работку в гипотезе О. Ю. Шмидта и его сторонников. Она привела к образованию квазиоднородной первичной Земли. Модель пер­воначально гомогенной по составу и строению Земли пользова­лась наиболее широким признанием. Согласно этой модели, со­временное зональное строение Земли возникло лишь в ходе эво­люции, что выразилось в разогревании, частичном плавлении и дифференциации земного вещества под воздействием радиоактив­ных источников тепла.

2. Гетерогенная аккумуляция, определившая с самого начала главные черты строения земного шара — наличие в первичной Земле металлического ядра и мантии. При аккумуляции метал­лических частиц сначала возникло ядро, затем на него осели бо­лее поздние конденсаты в виде силикатов, образовав мощную ман­тию первичной планеты.

Идею о том, что Земля начала аккумулироваться первоначаль­но из металлических частиц, высказали В. Латимер, Э. В. Соботович, П. Гаррис и Д. Тозер, а позднее Э. Орован. В дальнейшем она была поддержана К. Таркяном и С. Кларком, Дж. Джекобсом, А. П. Виноградовым. По К. Таркяну и С. Кларку, первичная Земля аккумулировалась в той последо­вательности, в которой происходила конденсация веществ из пер­вичной солнечной туманности. Крайний вариант гетерогенной ак­кумуляции Земли был недавно предложен Д. Л. Андерсоном и Т. Ханксом, которые полагают, что внутреннее ядро Земли приобрело свой состав за счет самых ранних дометаллических конденсатов, внешнее ядро возникло из металлической фракции и серы, а мантия—за счет аккумуляции силикатной фракции. На заключительных стадиях аккумуляции произошло осаждение ма­териала типа углистых хондритов, включая гидратированные силикаты, летучие и органические соединения.

3. Частично гетерогенная аккумуляция без резких перерывов в составе материалов, строящих земной шар. В этом случае наи­более резкая разница в составе имела место лишь между цент­ральными частями Земли и поверхностными слоями первичной мантии. При таком способе аккумуляции первоначально не было pезких границ между ядром и мантией, подобно современному состоянию. Границы эти установились позже в ходе дальнейшей химической дифференциации, связанной с нагревом. Ядро Земли возникло в результате комбинации процессов гетерогенной аккреции и последующей химической дифференциации. Выплавление железо-сернистых масс и удаление их из разных горизонтов первич­ной Земли путем стекания в центральные области было процессом, протекавшим асимметрично и в дальнейшем определившим асим­метрический характер коры и верхней мантии.

В настоящее время нам довольно обоснованной представляется идея о том, что происхождение земного ядра связано с проис­хождением (способом формирования) самой Земли и Солнечной системы. Химическая эволюция протопланетной туманности, рас­смотренная нами выше, при остывании газа солнечного состава определила то обстоятельство, что в районе аккумуляции веще­ства Земли возникли химические соединения, которые определили химический состав нашей планеты в целом. Начало формирования Земли по всей вероятности, было связано с первичной аккумуля­цией именно металлических частиц. В пользу этого мы можем привести следующую аргументацию.

В процессе аккумуляции планет железоникелевые частицы имели явное преимущество в отношении объединения перед ча­стицами другого состава. Если аккумуляция первоначально про­исходила при высоких температурах, то капли железа при со­прикосновении друг с другом легко сливались в тела компактной массы, образуя зародыши планет. Если агломерация имела место при низких температурах, то металлические частицы ввиду своей пластичности и хорошей теплопроводности объединялись при столкновении. В этом случае происходило поглощение кинетиче­ской энергии. Таким образом могли происходить процессы как “горячей сварки”, так и “холодной сварки” в зависимости от тем­пературы частиц. Заметим, что в некоторых железных метеоритах обнаружены признаки объединения металла в результате соуда­рений.

Наконец при температурах ниже точки Кюри (1043 К для Fe, 598 К для FeS) частицы железа и троилита могли легко намаг­ничиваться в сильном магнитном поле первичного Солнца ив дальнейшем объединялись силами магнитного притяжения. По­скольку силы магнитного притяжения для мелких металлических частиц на много порядков превосходят гравитационные силы, за­висящие от масс, аккумуляция частиц никелистого железа из охлаждающейся солнечной туманности могла начаться при тем­пературах ниже 1000 К в виде крупных сгущений и во много раз была более эффективной, чем аккумуляция силикатных частиц при прочих равных условиях. По Ф. Хойлу и Н. Викрамасингу, когда происходило непрерывное сжатие Солнца, напряженность магнитного поля могла достигать высоких значений, на два поряд­ка превышающих современную. В этих условиях аккумуляция ферромагнитных материалов типа железоникелевых частиц и трои­лита должна протекать наиболее эффективно, образуя зародыши планет земного типа. Поскольку точка Кюри для железа и же­лезоникелевых сплавов находится вблизи 1000 К, магнитные силы как фактор аккумуляции могут вступить во взаимодействие за­долго до начала окисления железа. П. Гаррис и Д. Тозер вычислили поперечное сечение захвата взаимно намагниченных частиц, которое оказалось в 2-104 раз выше их реального попереч­ного сечения. В то же время они показали, что магнитное взаи­модействие зависит от размеров частиц. Оно весьма незначитель­ное для частиц с диаметром менее 10--5 см, но при размерах частиц 10-4 см агрегация наступает довольно быстро. При высоких температурах (свыше 1273 К) в газопылевом облаке все частицы могли сосуществовать независимо до падения температуры ниже точки Кюри. Но при падении температуры ниже точки Кюри маг­нитное взаимодействие железоникелевых частиц становилось ре­шающим фактором аккумуляции в процессе рождения планет.

Из сказанного совершенно естественно вытекает вывод, что при самых разнообразных условиях в первичной туманности железоникелевые сплавы должны аккумулироваться первыми. При дости­жении достаточно крупных масс зародыши планет в дальнейшем могли захватывать более поздние конденсаты солнечного газа пу­тем непосредственного гравитационного захвата.

Совершенно очевидно, что описанные выше процессы вполне относят к нашей планете, для которой гетерогенная аккумуляция представляется совершенно неизбежной. Эта аккумуляция определила первоначальную химическую неоднородность Земли, ее термодинамическую неустойчивость, которая в дальнейшем предопределила ход развития Земли—дифференциацию ее мате­риала, что привело к четкому обособлению границы между ман­тией и ядром, между внутренним и внешним ядром .