Дифференциация Земли

Образовавшиеся планеты, поначалу рыхлые, сжимались под действием собственной силы тяжести. При этом внутренние их слои разогревались и расплавлялись. Основной вклад в первоначальное нагревание внутренних слоев внес распад радиоактивных элементов, которыми, как свидетельствует изотопный состав метеоритов, первичная туманность была весьма богата.

В составе Земли, как и других планет земной группы, весьма много железа, как чистого, так и в соединениях. Обладая значительно большей плотностью, чем остальные минералы, расплавленное железо опускалось к центру планеты. При этом его потенциальная энергия превращалась в тепловую, которой, по оценкам, было достаточно для нагрева всего земного шара до 2000 К. Таким образом, в истории Земли был этап, когда вся она находилась в расплавленном состоянии. Единственное исключение представляет внутреннее ядро. Оно находится под столь высоким давлением вышележащих слоев, что остается твердым даже при температурах в несколько тысяч градусов.

Изложенная картина расслоения Земли на железное ядро и силикатную мантию основана на модели гомогенной аккумуляции, в которой считается, что первоначально наша планета была химически однородной по всему объему. По-ви­ди­мо­му, более точной является модель гетерогенной аккумуляции, в которой расслоение возникает уже на этапе формирования протопланеты. В этой модели считается, что образование планет шло полным ходом, когда первичная газовая туманность была еще достаточно горячей.

Вначале из газовой фазы начали конденсироваться и слипаться друг с другом твердые частички наиболее тугоплавкого компонента — железоникелевой смеси (тем­пе­ратура затвердевания 1620–1790 К). Слипание железоникелевых капель друг с другом при соударениях облегчалось хорошей пластичностью, присущей металлам. Это должно было привести к образованию железного ядра Земли уже на ранних стадиях ее формирования. Когда температура туманности опустилась до 1400–1600 К, началась конденсация магнийсодержащих силикатов (MgSiO₃ и Mg₂SiO₄), частички которых оседали на готовое ядро планеты. При этом продолжалась конденсация и слипание железосодержащих (например, FeS) частиц, которая шла тем более эффективно, что они могли намагничиваться в магнитном поле Солнца. Поэтому первичная мантия Земли содержала как силикаты, так и соединения железа, что предполагает возможность дальнейшего расслоения.

Как и в модели гомогенной аккумуляции, дальнейшая эволюция Земли связана с ее нагревом и полным или частичным расплавлением благодаря гравитационному сжатию, распаду радиоактивных изотопов и ударам падающих частиц. Это неизбежно должно было привести к дифференциации вещества планеты на тяжелое ядро и более легкие вышележащие слои.

Процесс дифференциации не завершился и в наши дни. Он является основной движущей силой геотектонической активности планеты.