Una Perspectiva Planetaria En La Profundidad De La Tierra

Una perspectiva planetaria en la profundidad de la Tierra David J. Stevenson

Composición, evolución y estructura de la Tierra son en parte un legado de procedencia (donde pasó a formar) y el azar (los procesos estocásticos de que la formación).

NATURALEZA | Vol 451 | January 17 2008 | doi: 10.1038 / nature06582 AÑO DEL PLANETA TIERRA CARACTERÍSTICA superar la Tierra en masa, pero en la zona terrestre que todavía están muy por debajo de masa final de la Tierra. Esto significa que debemos construir la Tierra desde un modesto número (100 o menos) de estos embriones, pero la adición de una rociada de planetesimales. La agregación de embriones para igualar cuerpos más grandes toma mucho más tiempo que su formación, que se extiende desde decenas de millones de año a tanto como 100 millones de años, ya que requiere la excitación de órbitas excéntricas de modo que los embriones tienen una oportunidada collide3-5.

Tierra y sus planetas terrestres de compañía son una pequeña parte de la Sistema Solar y que debería ser ninguna sorpresa que la presencia de laplanetas gigantes, especialmente Júpiter, el más masivo y más cerca de ellos para Tierra, tendría un papel en la formación de la Tierra. Júpiter debe haberse formado mientras que el gas de hidrógeno-dominada de la nebulosa solar era en su mayoría todavía present6 y observaciones astronómicas sugieren que el gas puede tener estado presente en suficiente abundancia para unos 5 millones de años como máximo.

Quizá podíamos imaginar que la formación de la Tierra es posterior al formación de Júpiter, y algunos modelos son de este tipo. Siendo realistas, un comprensión completa de la formación de la Tierra probablemente requiere una comprensión completa de la formación de Júpiter. Júpiter está enriquecido en elementos pesados en relación con el Sol, y una parte de que el enriquecimiento es probable que sea presente como un núcleo. Es probable, aunque no seguro, que este núcleo era formado primero, con el gas luego se coloca en la parte superior. Pero lo que cuento es correcta, la formación de Júpiter es mucho más que la física involucrados en los cuerpos de construcción tales como la Tierra porque hay que entender acreción de gas, así como la acumulación de sólidos. En la actualidad, esta comprensión es incompleta. Modelos de acreción de la Tierra son de muchas maneras mucho más detallado que los modelos de formación de planetas gigantes, pero son contingentes en la comprensión de Júpiter.

Embriología Planetaria

Tenemos pruebas sobre algunos de los planetesimales porque son la fuente de la mayoría de meteoritos presunta, pero los embriones mucho más grandes tienen no dejó evidencia directa de su existencia. No obstante, es probable que sus propiedades son importantes para la comprensión de la Tierra. Formaron tan rápidamente que probablemente en parte fundidos, debido a la presencia de el isótopo radiactivo de corta duración 26Al. Puede que incluso han sido grandes suficiente para someterse a fusión por la conversión de energía gravitacional de formación en calor. La fusión parcial se puede esperar para hacer que el separación de una aleación de hierro líquido desde el manto de silicatos parcialmente fundido, y estos embriones pueden incluso tener atmósferas tenido. En resumen, son planetas con núcleos de hierro, propiedades de corta vida pero que poseen derivados de procesos planetarios en lugar de las propiedades del precursor

planetesimales. Estas diferencias de planetesimales pueden surgir en un número de maneras: ingassing (la incorporación de gas nebulosa solar, debe la superficie del embrión ser fundido), el papel de la presión (el mineral fases dentro de el embrión y su corteza pueden ser diferentes de los de un planetesimal de baja presión debido a la propia gravedad), y la pérdida de el material por el escape (ya sea debido a las altas temperaturas oa través de colisiones). Encuentros cercanos, la interrupción de las mareas y la creación de desechos durante las colisiones son procesos que actualmente no están bien incorporados en los modelos de formación planetaria.

Los embriones responsables de la formación de la Tierra no eran - de hecho podía no han sido - construido a partir de planetesimales que se formaron al 1 pair, porque la coalescencia de los embriones requiere necesariamente su dispersión alrededor de la parte interior de la System3-5 Solar. Por tanto, es incorrecto pensar en la procedencia y la composición de la Tierra como definido con precisión, y diferente de, digamos, los de Venus. Por otro lado, algunas diferencias se espera que por pura casualidad y, sobre todo, se piensa poco probable que cualquiera de los embriones de la Tierra de formación formada a cabo en lugares donde el hielo de agua podría condensarse. De hecho, la Tierra es relativamente seco, al menos para el inventario de agua que podemos medir (los océanos y superior del manto), y el agua pueden haber surgido a través de acuíferos planetesimales procedentes de grandes distancias y no a través agua incorporada en los embriones primarios. Esto sigue siendo un tanto polémica, y uno de los objetivos de la ciencia de la Tierra es conseguir una mejor comprensión del presupuesto integral del agua de la Tierra Impactos gigantes y la formación lunar El predominio probable de los embriones como bloques de construcción para la Tierra implica el predominio de los impactos gigantes. No debemos pensar en la Tierra formación como la acumulación constante de la masa, sino más bien como una serie de eventos poco frecuentes, altamente traumáticos separados por períodos de enfriamiento y curación. El más grande, y posiblemente la última, de estos eventos se cree que han sido responsables de la formación de la Moon7,8 (Fig. 2). Reciente evidence9 isotópica ahora Fechas de este evento en un tanto como 100 millones años después de que el origen del Sistema Solar. Muchas de las funciones de que el evento también se aplican a los eventos que forman no lunar anteriores, excepto que los haría han sido menos extrema. El origen impacto de la Luna fue una vez una polémica idea, pero se ha aceptado gradualmente por dos razones: la falta de una alternativa realista, y la creciente evidencia de su compatibilidad con los datos - los datos isotópicos en particular. Particularmente importante, está pensado para sentar las bases para la posterior evolución de la Tierra.

La colisión lunar formadoras plausiblemente involucrado el impacto oblicuo de un embrión planetario Mars-masa (10% de la masa de la Tierra) con el ~ 90% completar la Tierra. La velocidad de impacto probablemente habría estado dominado por el infall en el campo de la gravedad mutua, y la mayor parte de esta energía habría sido convertida en calor. A diferencia de la energía, momento angular está mucho más cerca conservado a lo largo del tiempo geológico, y este tipo de impacto explica así el momento angular actual de el sistema Tierra-Luna. El aumento de la

temperatura media de la Tierra como consecuencia de esta colisión se puede estimar como DT ≈ 0.1GM / RCP ≈ 4.000 K, donde G es la constante gravitacional, M y R son la masa de la Tierra y radio, respectivamente, y Cp es el calor específico de roca. Impactos anteriores habría calentado la Tierra hasta un estado caliente, casi isoentrópica (un estado en el que la entropía es casi uniforme con la profundidad) cerca de, o en parte en exceso de, la fusión. Enfriamiento convectivo por debajo del punto de congelación es ineficiente, por lo que el estado inmediatamente antes del impacto es caliente, excepto tal vez a la derecha en la superficie.

Esperamos que la calefacción impacto habría sido desigual debido las diversas partes de la Tierra sería sorprendido en diferentes grados, pero el estado post-gigante-impacto inmediato sería relajarse con una configuración muy caliente, en el que la totalidad o la mayor parte de la roca y el hierro está en forma fundida y algunos de silicato (quizás incluso decenas de por ciento) está en forma de vapor. En la mayoría de las simulaciones de este tipo de impacto, se forma un disco, derivan en su mayoría desde el cuerpo de impacto. Para el área de superficie radiante esperado y temperatura radiante (~ 2000 K), el tiempo de enfriamiento para eliminar aproximadamente la mitad de la energía del impacto es de alrededor de 1.000 años, tal vez algo más corta para el disco. Este es un período muy corto en relación con el tiempo entre grandes colisiones, pero uno muy importante. Durante este corto periodo, las formas de la luna, la mayor parte del núcleo del proyectil se fusiona con el núcleo de la proto-Tierra, algunos de la atmósfera de la preexistente de la Tierra puede haber volado, y una parte significativa de las profundidades, inicialmente fundida, el manto de la tierra se congela sin tener la oportunidad de diferenciar (Porque los cristales se advección vigorosamente por la convección turbulenta movimientos que acompañan la refrigeración).

La Luna probablemente no se formó inmediatamente después del impacto gigante, a pesar de que los tiempos orbitales para el material colocado sobre la Tierra están a menos de un día. En cambio, parece ser necesario esperar a que cientos de miles de años, la escala de tiempo de enfriamiento de disco, como se cree probable que la Luna se formó completamente fundido. Por razones no del todo comprendido, la necesidad de enfriar el disco es de mayor importancia que el más corto escalas de tiempo de evolución dinámica. Tal vez la formación lunar no debería ser considerado como desconectado de la procedencia y la evolución de la profundo de la Tierra. La razón es que, después del impacto gigante, algún intercambio

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