3.2 Formación de un Planeta Dual Tierra-Luna

La Tierra y la Luna en realidad forman un sistema planetario dual. Su influencia mutua no es grande ahora, pero bastante notable. Sin embargo, en las primeras etapas de evolución de este sistema, era excepcionalmente fuerte. Llevó a consecuencias catastróficas y cambios radicales en el proceso de evolución de ambos planetas.

Es por eso que revisamos los orígenes de la Tierra y la Luna juntos. Es necesario afirmar aquí para justificar la mayor atención a la Luna en esta monografía dedicada a la evolución de la Tierra y su geodinámica que la Luna, como satélite de nuestro planeta, sirvió como el mecanismo de activación que inició y activó sustancialmente la evolución tectónica de la Tierra en Arqueas. Además, la Luna hizo girar nuestro planeta. Como se sabe, el origen del campo magnético está asociado con la rotación. En la parte superior, la órbita de captura lunar definió la inclinación inicial del eje de revolución de la Tierra, y esa fue la causa de toda su zonificación climática inicial. Además, ahora se puede afirmar con certeza que la Luna, al acelerar la evolución de la Tierra, predeterminó el surgimiento en su superficie de vida altamente organizada.

Estos son, por supuesto, problemas puramente terrenales que son imposibles de desenredar sin desarrollar una teoría de evolución adecuada del planeta dual Tierra–Luna y de la Luna propiamente dicha.

A diferencia de la sección anterior, describimos aquí no los conceptos convencionales de la formación del sistema Tierra–Luna, sino un nuevo modelo desarrollado por los autores (Sorokhtin, 1988) del origen debido a la destrucción de las mareas en el límite de Roche de un planeta más masivo, Proto-Luna. El modelo fue descrito en publicaciones con Ushakov (Sorokhtin y Ushakov, 1989a, b, 2002).

Parece explicar mejor que otros modelos todo el agregado del conocimiento moderno sobre la composición, la estructura y la evolución geológica de la Tierra y de nuestro satélite. También explica el origen de la revolución axial de la Tierra y la distribución existente de los momentos cinéticos entre la Tierra y la Luna.

En nuestra creencia, una dificultad importante para la construcción de una teoría adecuada del origen Lunar es su drástico empobrecimiento en elementos de hierro, siderófilos y calcofílicos. A juzgar por la densidad media de la Luna (pL = 3,34 g/cm3), no contiene más del 5% de la fase hierro–níquel (Ringwood 1975a,b, 1979), o teniendo en cuenta la concentración media de FeO en el manto lunar, solo el 13-14% de la fracción pesada. Esto es mucho más bajo que el contenido promedio de compuestos de hierro en la materia no diferenciada de las condritas carbonosas (22%) y especialmente en la materia de la Tierra (casi 37%).

Teniendo en cuenta estas diferencias, se propusieron hipótesis de origen Lunar en otras áreas del Sistema Solar empobrecidas en compuestos de hierro con captura posterior por el campo gravitatorio de la Tierra (Alfven, 1954, 1963; Urey, 1972).

Las hipótesis en este grupo tienen dos inconvenientes.

En primer lugar, la probabilidad de captura de gravedad desde una órbita distante de un cuerpo cósmico grande como la Luna es muy pequeña (prácticamente cero). Segundo, es imposible encontrar una explicación de por qué la materia lunar es tan deficiente en hierro cuando su contenido en las condritas carbonosas más primitivas es aproximadamente el doble de grande. Además, las condritas carbonáceas son ricas en elementos volátiles y muy móviles, mientras que la Luna se empobrece drásticamente en ellos.

Una dificultad para explicar la captura por la Tierra de un gran satélite desde un área distante del Sistema Solar resultó en la formación de otro grupo de hipótesis. Ahora, la Luna emergió en el área de formación de la Tierra e hizo junto con ella un sistema de planetas dobles.

La hipótesis más desarrollada es la de Ruskol (1960-1975). Una hipótesis similar fue sugerida por Harris y Kaula (1975). Propone la acumulación conjunta de la Tierra y la Luna que comenzó en el momento en que la Tierra tenía solo 0,1 de su masa actual. Según estas hipótesis, la Luna se estaba formando durante gran parte de su crecimiento a una distancia de unos 10 radios Terrestres.

Estas hipótesis postulan la aparición de nuestros planetas a partir de un único depósito de materia protoplanetaria. Pero también fueron incapaces de explicar la deficiencia en la Luna de hierro y elementos siderófilos, así como un alto grado de diferenciación de la materia lunar y valores «tornádicos» de proporciones del plomo radiogénico al 204Pb primario. Además, estos modelos se basaban en la suposición de que la revolución axial de la Tierra existía desde su inicio y actuaba en la misma dirección que la revolución del satélite, pero a la velocidad angular de la propia revolución que excedía la velocidad axial de la revolución orbital del satélite.

De interés es la hipótesis de Gerstenkorn (1967) de la captura de la Luna y la posterior evolución de las mareas de su órbita. Durante esta evolución, la Luna se acercó al límite de Roche, es decir, a la distancia más cercana del satélite a la planta central (a una distancia más cercana, un satélite masivo sería destruido por el campo de gravedad del planeta). Bajo este concepto también, la Luna se mantuvo sin cambios desde su nacimiento hasta nuestros días, por lo que no había explicación para el origen de la deficiencia de hierro existente en la materia lunar. Además, los cálculos de Gerstenkorn tienen algunos errores. La hipótesis de Hannes y Alvén (1963) describe a la Luna como un satélite capturado por la Tierra en la órbita cercana al límite de Roche. La órbita actual se formó a través de las interacciones de las mareas con la Tierra.

Como se mencionó, la Luna es anómala en términos de su contenido de hierro. Al mismo tiempo, sus basaltos están maravillosamente próximos en su composición a los basaltos primitivos de las crestas oceánicas medias de la Tierra. Los datos de isótopos de oxígeno también apoyan los orígenes «consanguíneos» de la Luna y la Tierra y un origen diferente de los meteoritos de condrita carbonáceos y regulares. Basado en eso, Ringwood (1975a, b, 1979) fue capaz de mostrar de manera convincente la afinidad geoquímica de la materia lunar con la materia del manto de la Tierra. Sin embargo, Ringwood hizo una inferencia bastante exótica de este hecho: poco después de su formación y separación del denso núcleo, la Tierra giró rápidamente y, debido a la inestabilidad rotacional tan formada, un gran bulto fue arrancado de su manto, y más tarde se convirtió en la Luna.

Esta es una vieja idea que fue presentada hace unos cien años por Darwin (1865), un talentoso geofísico e hijo de Charles Darwin. Desafortunadamente, esta hipótesis también era mecánicamente errónea.

Cuando se trata del origen de la Luna, es necesario tener en cuenta el grado extremo de su diferenciación que llevó a la separación del hierro de los silicatos y su empobrecimiento sustancial en elementos siderófilos. Tal diferenciación total de la materia puede haber ocurrido solo dentro del cuerpo de un planeta bastante grande y derretido.

Este es un punto importante que no puede descartarse. El hecho de que la Luna se haya formado a partir del planeta originalmente derretido se apoya, en particular, en la composición de su gruesa corteza de anortosita (de hasta 80 km) compuesta principalmente por una anortita de feldespato de calcio. Tal corteza gruesa solo podría haberse separado de la materia totalmente derretida de un gran cuerpo cósmico, de tres a cuatro veces mayor que la Luna actual. Como se encontró en la determinación de la edad de la anortosita lunar (Tera y Wasserburg, 1974), este proceso se estaba llevando a cabo alrededor de 4.6–4.4 HACE, es decir, durante el período cercano en términos de tiempo a la formación del mismo sistema Tierra–Luna. Por lo tanto, es plausible esperar que el cuerpo Lunar padre sufriera el tonto derretimiento y diferenciación planetaria antes de la formación de la Luna propiamente dicha.

Uno necesita tomar en consideración un segundo y bastante notable hecho importante para la hipótesis de origen de la Luna. El momento cinético de la revolución total del sistema Tierra–Luna con precisión hasta el tercer punto decimal se ajusta a una situación en la que el satélite y el planeta central estaban situados a una distancia límite de Roche el uno del otro y tenían una velocidad de revolución axial sincrónica. Eso no puede ser sólo una coincidencia. Por el contrario, es una evidencia convincente de la situación en la que la Luna durante su origen estaba en el límite de Roche y podría haber sido destruida.

Parece bastante plausible, basado en los datos y consideraciones proporcionados, que la Luna es un remanente de un planeta más grande, la Proto-Luna, que fue capturada por la Tierra en crecimiento desde una órbita adyacente (más cercana) y destruida por el campo de gravedad de la Tierra en el límite de Roche. Consideraciones similares, en forma cualitativa, fueron publicadas anteriormente por Wood y Mitler (1974) y Opik (1961). De manera análoga a estas ideas, hemos propuesto anteriormente (Sorokhtin, 1988) una hipótesis según la cual la Luna se formó solo como un remanente, la joroba de marea de una Proto-Luna derretida y totalmente diferenciada preservada de la destrucción en la burbuja de Roche.»

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