Курс «Происхождение солнечной системы и ранняя эволюция Земли»

Количество лекционных часов: 36

Количество лабораторно-практических занятий: не предусмотрено

Преподаватель: к.ф-м.н. А.Б. Макалкин

Содержание курса

1.Земля как планета. Информация о глобальном внутреннем строении Земли по сейсмическим наблюдениям, данным о гравитационном и магнитном полях и тепловом потоке из ее недр.

2.Вещество Земли. Данные о валовом химическом составе Земли, полученные из сравнительного анализа вещества Солнца, примитивных метеоритов (хондритов) и примитивных мантийных ксенолитов.

3.Современные данные о планетах Солнечной системы. Сравнительный анализ планет по данным об их массах, радиусах, периодах вращения, гравитационных и магнитных полях. Планеты земной группы и планеты-гиганты. Сравнение важнейших характеристик Земли, планет земной группы и Луны.

4.Модели внутреннего строения Земли и планет. Сходство и различие методов построения моделей Земли и других планет. Моменты инерции планет. Давления и температуры внутри планет. Средние плотности планет: наблюдаемые и приведенные к нулевому давлению. Сходства и различия в строении и химическом составе планет земной группы.

5.Основные динамические закономерности Солнечной системы, а также физические и химические особенности планет и малых тел, которые должна объяснять теория происхождения Солнечной системы.

6.Происхождение Солнечной системы в межзвездном молекулярном облаке (по астрономическим данным). Гравитационный коллапс плотных ядер молекулярного облака. Критерий Джинса для коллапса. Свойства образующихся систем в зависимости от величины углового момента ядра. Начальные условия для образования Солнечной системы; образование протосолнца, окруженного вращающимся газопылевым протопланетным диском.

7.Эволюция протопланетного диска вокруг молодого Солнца по данным о дисках вокруг молодых звезд солнечного типа. Перераспределение массы и углового момента в диске благодаря турбулентной и/или магнитогидродинамической вязкости. Нагрев диска диссипацией энергии турбулентных движений и излучением молодого Солнца. Температурные условия в диске и следствия для химического состава планет.

8.Основные стадии образования Земли и планет: образование агломератов пылевых частиц, их оседание к средней плоскости диска, образование самогравитирующих сгущений астероидной массы, их уплотнение и объединение с образованием крупных допланетных тел. Гравитационное взаимодействие и объединение допланетных тел, аккумуляция (аккреция) планет. Скорость аккумуляции Земли.

9.Понятие о космо- и геохронологии. Роль изотопных методов для определения возраста Солнечной системы, Земли, возрастов ее основных оболочек и характерных времен их образования.

10.Процессы на поверхности и в недрах Земли на стадии ее формирования. Кратерообразование, ударный нагрев, перемешивание вещества падающими телами. Влияние на нагрев, структуру и состав Земли размеров падающих на нее тел, вариаций их строения и химического состава.

11.Гравитационная дифференциация Земли на стадиях ее роста и ранней эволюции. Образования ядра и первичной мантии. Тепловой эффект образования ядра.

12.Начальное тепловое состояние Земли. Сравнение мощностей основных источников нагрева: ударов падающих тел, гравитационной дифференциации планеты, распада радиоактивных изотопов, адиабатического сжатия Земли. Теплоперенос в недрах ранней Земли: сравнение вкладов теплопроводности, тепловой конвекции, ударного перемешивания, гравитационной дифференциации.

13.Ранняя эволюция Земли. Ранняя дифференциация мантии: противоположное действие конвекции и седиментации кристаллов в магматическом океане.

14.Ранняя эволюция Земли. Образование первичной коры, гидросферы и атмосферы.

15.Эволюция Земли в течение 4.5 млрд. лет (краткий обзор современных моделей). Влияние термических условий и динамических процессов в ранней Земле на ее современное состояние.

16.Происхождение Луны и приливная эволюция системы Земля–Луна.