12.13. ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ ВЕЩЕСТВА, ОБУСЛОВЛЕННАЯ ТЕПЛОВЫМ ФРОНТОМ АККРЕЦИИ
Можно ожидать, что в объеме вещества, расплавленного при соударении крупных зародышей, происходит разделение по химическому составу. Оно обусловлено погружением тяжелых и всплыванием легких компонент в жидкости или жидкостях, образовавшихся при плавлении. Данное явление типично для глубоких слоев земной коры, где, однако, нагрев вызван иными, чем соударения, причинами. Гравитационная дифференциация на тепловом фронте аккреции планет, существование которого предполагается здесь и ранее предполагалось Альвеном и Аррениусом [18], наблюдается на Луне (см., например, [407]).
Кроме того, в расплавах данного вида ионы с благоприятствующими их накоплению в жидкости коэффициентами разделения жидкость — твердое тело будут сохраняться в легком остаточном расплаве и переместятся в верхнюю часть объема, занятого жидкостью. В частности, в этот процесс вовлекаются ионы с большими радиусами, например калия, бария, редкоземельных элементов (особенно в двухвалентном состоянии) и актинидов, включая (вслед за калием) наиболее важные источники радиоактивного нагрева — уран, торий и плутоний.
Каждый раз, когда новый удар случается в той нее самой, что и прежде, зоне, происходит повторная дифференциация, и фронт тепловых пятен аккреции будет создавать в целом дифференцированный поверхностный слой. Таким образом небольшое количество подвергшегося дифференциации вещества может быть перенесено через всю область от внутренних частей тела до его поверхности. Нижний предел существования этого эффекта определяется значением
Тяжелые компоненты, такие, как плотные силикаты магния, окислы металлов переходной группы, сульфиды и металлы, будут погружаться в локально разогретые области. Но если тепловой фронт оставляет за собой область затвердевшего вещества, то тяжелые компоненты не могут погрузиться более чем на толщину нагретой области. Эта толщина будет зависеть от размера ударяющегося зародыша и скорости соударения. Как правило, она редко превышает несколько километров.
Следовательно, тепловой фронт аккреции может переносить легкие компоненты и связанные с ними тяжелые ионы от внутренних частей тела к поверхности. Но плотные компоненты тепловой фронт аккреции будет перемещать вглубь лишь на очень малое расстояние. Вследствие этого изменение в соотношении плотных веществ при аккреции планетезималей будет в основном вторичным эффектом перемещения легких компонент.
Гравитационная дифференциация внутри фронта тепловых пятен аккреции объясняет, почему внешние слои и Земли и Луны содержат необычно большое количество компонент низкой плотности и радиоактивных элементов. Хорошо известно, что недра этих тел должны содержать значительно меньше таких элементов, так как в противном случае суммарный разогрев был бы слишком велик. Поскольку в ядре Луны
оно не должно быть существенно обеднено радиоактивными элементами. Этим можно объяснить, почему недра Луны частично расплавлены.
Ограничения, налагаемые явлениями аккреции на эволюцию Земли, более детально рассматриваются в гл. 26.