Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

информацию из этих пород оказалось не так просто, как могло бы показаться — хотя на Луне не идут процессы, которые нагревают и трансформируют породы земной коры, поднятые районы Луны сильно страдают от метеоритной бомбардировки. Большинство старых пород оказались разбитыми, а некоторые даже расплавленными. Однако тщательные хронологические исследования показывают, что магматический океан имел какую-то твердую кору уже 4,46 миллиарда лет назад — спустя всего 50 миллионов лет после столкновения, породившего нашу спутницу. Самый старый образец с Земли — кристалл циркона возрастом 4,4 миллиарда лет — лишь слегка моложе, и поэтому ясно, что если на Земле также был ранний магматический океан, то кора образовалась тоже к этому времени или даже раньше (см. хронологическую шкалу на рисунке 9). Здесь следует отметить, что, хотя я указываю эти даты как абсолютные числа, у каждой из них есть некая погрешность — как правило, в диапазоне от десяти до нескольких десятков миллионов лет. Это отражает тот факт, что аналитические измерения — даже если их выполнять с помощью самых сложных современных инструментов — всегда обладают некоторой небольшой неточностью. Следует подчеркнуть: небольшой. Хотя 10 миллионов лет могут показаться огромным промежутком времени, это всего лишь несколько десятых процента от возраста самих материалов.

В исследованиях самого старого тела Земли — того кристалла циркона возрастом 4,4 миллиарда лет — примечательно то, что удалось не только измерить его возраст, но и определить многие параметры химического состава. Кристалл не больше песчинки размером, однако с помощью современных инструментов, способных анализировать области размером намного меньше, чем диаметр человеческого волоса, геохимики смогли добыть информацию об условиях, которые царили на Земле 4,4 миллиарда лет назад. Главный вывод состоит в том, что на поверхности присутствовала жидкая вода. Возможно, это не выглядит слишком удивительно, если учесть повсеместное распространение океанов сегодня. Однако вспомните, что это происходило всего через 100 миллионов лет после того, как сильнейший удар вызвал крупномасштабное плавление пород. Это было начало катархея — эона, который продолжался до момента 3,8 миллиарда лет назад: тогда Землю бомбардировали космические тела, а на поверхности, вероятно, стояла высокая температура. До появления результатов изучения древних кристаллов циркона многие геологи полагали, что в ту раннюю эпоху вся вода существовала только в виде пара в атмосфере, но не в виде жидкого первобытного океана.

Рисунок 9. Простая хронологическая шкала для первых двух миллиардов лет Земли, начиная с возраста старейших известных объектов Солнечной системы. Возраст указан в миллиардах лет; хотя информация указана на время написания книги, по мере новых открытий данные могут меняться.

Это еще не всё. Самая прямая интерпретация химических характеристик этого зерна циркона показывает, что гранитоподобная порода, в которой оно сформировалось, сама по себе образовалась в результате плавления еще более древних пород с довольно сложной собственной историей: породы-предшественницы выветривались на поверхности Земли, погружались вглубь и нагревались до температуры плавления. Все это могло происходить довольно быстро по геологическим меркам: возможно, первоначальные породы были всего на несколько миллионов лет старше тех, в которых рос наш циркон. У нас нет информации о хронологии событий, влияющих на породы-предшественницы, но само их существование означает, что некоторые известные нам процессы, образующие кору (а именно — расплавление старых материалов коры с образованием гранитоподобных пород) шли уже в самом начале истории нашей планеты. Таким образом, один крошечный кристаллик циркона открыл большое окно к древней Земле. Картина, которую мы наблюдаем через это окно, сильно отличается от той, которую представляли себе геологи всего несколько лет назад.

В чем заключались основания теперь уже явно ошибочной идеи, что ранняя Земля была слишком горячей для наличия на поверхности жидкой воды — возможно, на протяжении всего катархейского эона? Особенно важными были два фактора. Первый — идея, что массивная атмосфера, изобилующая водяным паром из-за первоначальных высоких температур, окутывала нашу планету как изолирующее одеяло, предотвращающее охлаждение. Второй — то, что непрерывная бомбардировка — последняя стадия процесса аккреции (накопления массы планеты) — в течение многих сотен миллионов лет держала поверхность Земли на уровне выше точки кипения воды.

Нет сомнений, что после образования Земля была очень горячей, и что грандиозное столкновение, образовавшее Луну, расплавило часть ее внешних областей или, возможно, даже всю поверхность. Земля до сих пор остывает после этого огненного начала — факт, который мы не часто замечаем, расположившись на поверхности планеты. Но с геологической точки зрения магматический океан начал застывать достаточно быстро. Раскаленная лава, текущая по склонам вулканов, например, гавайского вулкана Килауэа, покрывается коркой почти мгновенно и — в зависимости от мощности потока — может превратиться в холодный камень за срок от нескольких дней до года-двух. Конечно, по сравнению с Килауэа магматический океан огромен, но его поверхность все равно бы затвердела и остыла довольно быстро.

Однако еще долгое время после удара, образовавшего Луну, столкновения с крупными и мелкими телами продолжали добавлять тепловую энергию на поверхность Земли, хотя этот процесс был нерегулярным и в разное время затрагивал разные части нашей планеты. Судя по исследованиям лунных пород и датировке лунных кратеров, бомбардировка, прекратилась около 3,8 миллиарда лет назад. В течение предыдущих 200 миллионов лет (в промежутке между 4 и 3,8 миллиардами лет назад) частота столкновений была крайне высокой — это явление получило название «поздней тяжелой бомбардировки». К этому времени тяготеют крупные окаймленные горами бассейны на Луне (например, легко видимое Море Дождей). По сути эти бассейны — гигантские дыры, пробитые в первоначальной лунной коре упавшими телами; позже их заполнили базальты, поднявшиеся из мантии Луны. Объекты, создавшие такие бассейны, имели диаметр в десятки километров, в то время как дождь обломков, падавших на Землю, должен быть еще сильнее (из-за ее большего размера и потому большего гравитационного притяжения). Хотя такие удары локально плавили бы земную кору и испаряли верхние слои океанов во всем мире, данные кристаллика циркона возрастом 4,4 миллиарда лет показывают, что всего через 150 миллионов лет после начала формирования нашей планеты она сохраняла на поверхности какое-то количество жидкой воды.

Поскольку вода является главным компонентом для жизни, наличие воды на ранних этапах существования Земли немедленно ставит вопрос: когда на планете зародилась жизнь? Самые старые окаменелости — это тонкослойные структуры, которые называются строматолитами (рисунок 10). Эти объекты могут иметь самые разные формы — от простых конусов до крупных ветвящихся колонн, и они являются преобладающим типом окаменелостей во всех осадочных породах, возраст которых превышает 600 миллионов лет. Самые старые строматолиты