Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир

Изменения в микроскопическом масштабе – превращение крошечных зерен пыли в жидкую магму – были только самым началом трансформации. Вся внутренняя структура расплавленных астероидов была в корне преобразована процессом, называемым «дифференциацией», в ходе которого эти астероиды из пылевых тел, более или менее однородных по всему объему, трансформировались в тела, обладающие двумя разнородными геологическими слоями: металлическим ядром и окружающей его каменной мантией с тонкой наружной корой.

Схема внутреннего строения астероида, испытавшего на заре своей истории масштабное расплавление. Несмотря на то что Земля во много сотен или тысяч раз крупнее большинства астероидов, она в разрезе выглядит похожим образом.

Тяга к железу

Железо было одним из наиболее распространенных элементов в пылевой части первичной туманности. Когда пыль, слипшаяся в планетезимали, расплавилась, железо выделилось из ее состава. Хоть гравитационное поле планетезималей и было чрезвычайно слабым, его силы хватало на то, чтобы мягко стягивать высвобожденное железо к центру тела. Металлическое железо благодаря своей высокой плотности медленно погружалось в кипящую магму и, проходя сквозь нее, в больших количествах собиралось в центре планетезимали.

Существует целая группа химических элементов, которые геологи называют «сидерофильными». Это слово происходит от древнегреческих σίδηρος (сидерос), что значит «железо », и φιλία (филия), то есть «любовь»: сидерофильные элементы «железолюбивы». Они проявляют высокую степень химической тяги к железу. В геологических системах – как земных, так и небесных – сидерофильные элементы обычно следуют за железом при его переходах от одного минерала к другому. Куда бы ни отправилось железо, сидерофильные элементы устремляются за ним. Среди четырнадцати таких элементов – никель, платина, иридий, вольфрам и золото. И когда эти элементы тоже высвободились из состава первичной пыли в процессе расплавления, они вслед за железом погрузились к центру своей материнской планетезимали. Объединившись, все эти вещества образовали большой пузырь металлической магмы – ядро планетезимали.

Если бы мы могли взглянуть на расплавленное металлическое ядро недавно прошедшей процесс дифференциации планетезимали, мы увидели бы, что оно ярко, как Солнце, сияет ослепительным красным светом. На деле, однако, это ядро было бы скрыто от взора окружающим его слоем менее плотной магмы, сквозь который металлы погружались в центральную область планетезимали. Лишенный большей части железа и почти всех сидерофильных элементов, по химическому составу этот внешний слой очень сильно отличался от центрального шара из металлической магмы.

Тяга к кислороду

Магма, окружающая металлическое ядро в центре расплавленного астероида, была богата элементами, которые геологи называют «литофильными». Именно они в основном и образовывали слой, расположенный непосредственно над ядром: мантию. «Лито-»

происходит от древнегреческого λῐ́θος(литос), то есть «камень». Литофильные элементы – «камнелюбы»; у них высокое химическое сродство с кислородом, и они легко соединяются с богатыми кислородом минералами, обычно присутствующими в различных каменных породах. Плотность у них низкая, и поэтому они не опускаются к центру расплавленной планетезимали, а остаются в ее более высоких слоях, плавая на поверхности жидкого металла, который составляет ее ядро. Литофильные элементы очень широко распространены в камнях на поверхности Земли; среди них – знакомые нам кремний, алюминий, кальций, натрий и магний.

Ядра планетезималей занимали около половины их общего объема. В разрезе ядро выглядело бы кружком, внутри которого заключена плотная масса расплавленной каменной породы. Процесс образования ядер общий для Земли и всех остальных планет: Меркурий, Венера, Марс и Луна тоже имеют железо-никелевые ядра. Расплавленные планетезимали, хоть они в сотни или тысячи раз меньше, по своей внутренней структуре не намного отличались от планет. Вокруг Солнца бесшумно обращались по своим орбитам большие и малые шары из металла и расплавленного камня.