ОСОБЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОХИМИИ ЛУНЫ И ЗЕМЛИ, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ МЕХАНИЗМОМ ОБРАЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯ-ЛУНА (ДОКЛАД НА 81-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ МЕТЕОРИТНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, МОСКВА, ИЮЛЬ 2018)

摘要

В статье рассматриваются некоторые черты геохимии Земли и Луны, в которых проявляется специфика механизма их образования путем фрагментации протопланетного газо-пылевого сгущения (Galimov, Krivtsov, 2012). Принципиальное отличие этой модели от других гипотез образования системы Земля-Луна, в том числе гипотезы мегаимпакта, состоит в том, что она предполагает существование длительной стадии дисперсного состояния вещества, начиная с формирования протопланетного газо-пылевого сгущения, его сжатия и фрагментации и кончая завершающей аккрецией на образовавшиеся высокотемпературные зародыши Земли и Луны. Наличие дисперсного состояния позволяет определенным образом интерпретировать наблюдаемые свойства системы Земля-Луна. Частичное испарение твердых частиц вследствие адиабатического прогрева сжимающегося сгущения приводит к утрате летучих, в том числе FeO. Компьютерное моделирование показывает, что заключительная аккреция в основном совершается на больший фрагмент (зародыш Земли) и лишь ненамного увеличивает массу меньшего фрагмента (зародыш Луны). Это объясняет относительное обеднение Луны железом и летучими и повышенную концентрацию тугоплавких компонентов по сравнению с Землей. Обратимый характер испарения в дисперсное пространство, в отличие от кинетического режима, и вынос летучих в гидродинамическом потоке за пределы газо-пылевого сгущения определяет утрату летучих без эффекта фракционирования изотопов. Обратимый характер испарения летучих обеспечивает также, в отличие от кинетического режима, сохранение части высоколетучих компонентов, например, воды, в планетном теле, в том числе в Луне. Из существа модели следует, что по крайней мере, значительная часть земного ядра образуется не путем сегрегации железа в расплаве силикат-металл, а путем испарения и восстановления FeO в дисперсной среде с последующим осаждением кластеров элементного железа к центру масс. Этот механизм образования ядра объясняет причину избытка сидерофильных элементов в земной мантии. Он позволяет также дать правдоподобное объяснение наблюдаемому характеру изотопного фракционирования железа (δ~(57)Fe‰) на Земле и на Луне. Он решает проблему формирования металлического ядра из первично окисленного железа FeO. Дисперсное состояние вещества в период аккреции дает основание предполагать, что утрата летучих происходила в течение времени аккреции. Используя тот факт, что изотопные системы U-Pb, Rb-Sr, ~(129)J-~(129)Хе, ~(244)Pu-~(13б)Хе содержат летучие компоненты, удается оценить хронологию событий в процессе эволюции протопланетного состояния. В результате получаются согласованные оценки времени фрагментации первичного протопланетного сгущения и образования зародышей Земли и Луны: от 10 до 40 млн лет, и время завершения аккреции Земли и рождения ее как планетного тела: 110-130 млн лет после возникновения солнечной системы. Представленная интерпретация согласуется с тем фактом, что минеральные образования на Луне уже возникли по крайней мере через 60 млн лет после зарождения солнечной системы (Barboni et al., 2017), а металлические ядра Земли и Луны не могли образоваться раньше 50 млн лет от момента зарождения солнечной системы, как следует из анализа Hf-W системы (Kleine et al., 2009). В работе показано, что гипотеза мегаимпакта не удовлетворяет многим ограничениям и не создает основу для объяснения особенностей геохимии Земли и Луны.