与吸积(微行星合并,形成原地球)
微行星在星云盘的引力作用下,不断发生引力吸引和高速碰撞,小的微行星被大的微行星吞并,质量和体积持续增大,形成直径上千公里的行星胚胎(内太阳系最终形成了数十个行星胚胎)。
其中,一颗位于地球轨道附近、质量约为现在地球1/10的行星胚胎(被称为“原地球”)成为地球的核心雏形,它在旋转过程中不断吸引周围的微行星和行星胚胎,体积快速膨胀;同时,另一颗关键的行星胚胎——忒伊亚(theia)(直径约1000公里,与火星相当),因轨道扰动,以约10公里/秒的速度与原地球发生斜向碰撞(并非正面撞击),这一碰撞成为地球演化的关键转折点(后文详述)。
3. 第三阶段:原地球的熔融与分异(碰撞生热,形成圈层结构)
微行星碰撞和忒伊亚的巨大撞击,产生了海量的热能(撞击动能转化为内能),加上原地球内部放射性元素(铀、钍、钾)的衰变放热,使原地球的温度飙升至1000K以上,整个星球成为熔融的岩浆球,这一过程被称为全球熔融。
熔融的原地球在重力作用下,发生了物质分异——密度大的物质向中心下沉,密度小的物质向表面上浮,最终形成了地球的内部圈层结构,这是地球成为稳定行星的核心标志:
- 地核:铁、镍等重金属因密度最大(7-13g/cm3),向中心聚集,形成致密的金属地核(分为固态的内核和液态的外核),是地球磁场的起源;
- 地幔:硅、氧、镁、铁等组成的硅酸盐矿物,密度中等(3-5g/cm3),分布在地核与地壳之间,占地球体积的84%,是地球内部物质循环和火山活动的核心区域;
- 原始地壳:密度最小的硅酸盐物质(如长石、石英),上浮至地球表面,冷却后形成薄薄的原始地壳(厚度仅数公里,为玄武岩质,与现在的洋壳类似)。