26.4.3. ДЕТАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ
Использовавшийся выше в разд. 26.3-26.4 подход был сознательно упрощен, для того чтобы еще раз рассмотреть основы энергетики роста планеты и проиллюстрировать процесс сохранения компонент океана и атмосферы со временем. Здесь имеется несколько осложняющих факторов, часть которых в настоящее время с известной определенностью можно рассмотреть качественно; для других все еще отсутствует наблюдательная основа. Ниже рассмотрены некоторые из порождаемых этими факторами изменений и неопределенностей.
26.4.3.1. Механизм потери атмосферы. Выше в разд. 26.4 предполагалось, что на стадии роста зародыша планеты молекулы водяного пара улетучивались из экзосферы. По достижении планетой такого радиуса, при котором молекулы воды уже не могут ускользать из гравитационного поля, должны доминировать иные механизмы потери воды. Если считать, что поток солнечной энергии на протяжении большей части истории Земли был по меньшей мере таким же, как теперь (см. разд. 25.5), то водяной пар в верхней атмосфере должен был диссоциировать и образовать ряд
компонент, включая атомарный и молекулярный водород, гидроксил и ионы кислорода. При этом водородная компонента обладает высоким темпом ускользания и преимущественно теряется в космическом пространстве. Темп ускользания, вероятно, определяется скоростью переноса водяного пара из тропосферы через холодную область захвата в стратосфере [210, 402, 403].
Существует общее мнение, что часть кислорода на Земле является остатком воды, из которой в результате ускользания удалена водородная компонента. Оценить относительную роль такого избирательного механизма потерь можно из распределения, приведенного в табл. 26.4.1.
Таблица 26.4.1 (см. скан) Распределение кислорода на Земле
Из таблицы следует, что если принять крайне необычное предположение, по которому весь кислород, содержащийся ныне в известняках, образовался из диссоциировавшей воды в результате реакции кислорода с первичными соединениями углерода, то в известняках будут заключены основные запасы этого кислорода. Однако известняки могли частично или полностью образоваться в результате других реакций. Одной из первичных газовых компонент планетезималей могла быть двуокись углерода [166]. Возможно, она образовалась путем реакции углерода планетезималей с кислородом силикатов железа на тепловом фронте аккреции [353]. Карбонаты могли образоваться и в результате реакции метана и воды с силикатами [402]. Следовательно, наибольшим количеством воды, которое могло быть потеряно при ускользании водорода, было бы примерно 25% массы воды, существующей на Земле сейчас. В действительности эта величина, по-видимому, гораздо меньше.
Количество атмосферного кислорода, затраченного сверх того на окисление соединений элементов переходной группы, главным образом железа, оценено на основе следующих крайних предположений: 1) в среднем первоначальному окисленному состоянию пары кислород — железо соответствует 
все железо в современных осадках находится в форме 
и составляет в среднем 3,5%
от количества глинистых сланцев и глубоководных осадков. Получаемая таким образом масса кислорода составляет лишь небольшую долю от кислорода, находящегося в современном океане. Однако в этих расчетах не учитывается неизвестное количество высвобожденного из воды кислорода, связанного с двух- или трехвалентным железом в мантии и изверженных породах земной коры [217]. Наибольшая неопределенность связана с количеством кислорода в мантии.
На скорость уноса газа из тел в космическое пространство оказывает также влияние взаимодействие с корпускулярной радиацией Солнца. Иногда принимается, что после образования планет разразилась «солнечная буря», которая смела все атмосферы планет во внутренней части Солнечной системы.
Необходимость в привлечении такого специального механизма была связана с существовавшим общим мнением, что первичные компоненты исчезли из атмосферы Земли. Напротив, из рассмотрения в разд. 26.2 становится ясно, что современную атмосферу можно понять лишь как продукт первичной аккреции, подвергшийся изменению вследствие потерь водорода и гелия, фотохимических и биологических процессов, взаимодействия с твердым веществом Земли и радиогенного потока газа из недр Земли. Данные прямых исследований Луны и метеоритов также не дали свидетельств какого-либо значительного увеличения интенсивности солнечной корпускулярной радиации во время образования планет или позднее. Анализ эффектов корпускулярной радиации в этот период содержится в разд. 16.8 и 25.5.
26.4.3.2. Влияние атмосферы и океана на нагрев в процессе аккреции. В принципе развитие гидросферы и атмосферы могло изменить распределение тепла в процессе аккреции. Атмосфера и океан должны приводить к диссипации энергии ударяющих тел путем нагрева трением и уменьшать эффективность радиационного охлаждения нагретых при столкновениях участков поверхности. Последний эффект был бы важен, если бы значительная часть накопленной воды испарилась в горячую атмосферу. Однако это маловероятно, поскольку такой «неустановившийся парниковый эффект» [349] мог быть необратимым. В то же время геологические данные свидетельствуют о существовании осадков и органической жизни на Земле уже около 3 млрд. лет назад [147]. То, что развития горячей атмосферы не произошло, можно понять, так как, согласно вычисленному распределению накапливающихся планетезималей по размерам, основная часть массы заключена в ударяющих телах больших размеров (разд. 26.4.2). В силу этого тепло в процессе аккреции должно было сосредоточиваться в ограниченных областях, а при достаточно большом интервале времени между крупными соударениями могло происходить эффективное
переизлучение тепла с поверхности в космическое пространство.
Для ударяющих тел с большим отношением массы к площади поверхности диссипация энергии в атмосфере и океане также была бы малой по сравнению с энергией, высвобождаемой по достижении телом твердой поверхности, даже в случае объектов типа комет [266].
26.4.3.3. Влияние соударения планетезималей. Земной опыт дает немного сведений о природе ударных процессов с параметрами, характерными для аккреции планет. В пределах тех масс тел, для которых на Земле проведены контролируемые эксперименты по соударениям о массивные тела, масса выброшенного вещества при сверхзвуковых соударениях превышает массу ударяющего тела (см. разд. 7.4).
Однако, если масса ударяющих тел значительно превышает этот предел, доля вещества ударяющего тела, которая остается в мишени, по-видимому, должна увеличиваться, особенно при скоростях удара, в несколько раз превышающих скорость звука в веществе ударяющего тела. На это указывают следы крупных ударов на поверхности Луны. Следовательно, локальное поступление кинетической энергии с превращением ее в тепло, вероятно, было важным процессом в период аккреции Земли.
