Книга Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты - Элизабет Эрвин-Бланкенхайм

через вещество в зависимости от его агрегатного состояния: твердого или жидкого.

Геологам немногое известно о самом древнем эоне. Некоторые полагают, что гадейский эон был очень жарким, с расплавленными горными породами и лавовыми бомбами, и в целом условия были очень суровыми. В такой версии горячей ранней Земли вода могла существовать только в форме пара, океаны состояли из горячей магмы, и никакая суша не формировалась – действительно похожий на преисподнюю сценарий. Другие ученые предполагают, что температуры были гораздо ниже и жидкая вода появилась довольно рано в истории планеты[387]. Доказательствами в пользу холодной ранней Земли в гадейском эоне служат геохимические модели глобального круговорота диоксида углерода и данные об изотопах кислорода. При таких условиях жизнь на Земле могла появиться раньше, поскольку этому способствовало наличие жидкой воды.

В условиях горячей ранней Земли в гадейском эоне даже не могло быть и намека на тектонические процессы, и поэтому, скорее всего, континентов не существовало. Для возникновения динамики и создания условий для тектонической активности необходимы особые температуры, строение и параметры текучести, но если, как утверждают некоторые ученые, в гадейском эоне температура была ниже, то, возможно, началось и зарождение тектонических процессов.

В течение первого миллиарда лет, с гадейского эона и в архее, ранняя Земля подвергалась бомбардировкам метеоритов и астероидов: это время называется периодом тяжелой бомбардировки[388]. Кратеры не образовывались, потому что не было литосферы, которая бы сохранила сведения о столкновениях. Тем не менее ученые обнаружили аналогичные свидетельства столкновений на других внутренних планетах, на Луне и на других спутниках планет Солнечной системы.

До сих пор были найдены лишь несколько пород, относящихся к гадейскому эону. В 1980-х гг. геологи (см. главу 4) обнаружили кристаллы циркона в обломочных отложениях из Джек-Хиллс на западе Австралии, датируемые периодом 4,4 млрд лет назад[389]. Геологи предполагают, что эти кристаллы циркона сформировались в древних магматических камерах. Горные породы гнейсов Акасты в Канаде датируют периодом около верхней границы гадейского эона – 3,96 млрд лет назад[390].

Значительным событием на раннем этапе истории Земли было формирование Луны. 4,5 млрд лет назад, в гадейском эоне, в результате катастрофического столкновения Земли с крупной протопланетой сформировалась Луна. Согласно наиболее популярной теории, выдвинутой астрономами, после столкновения с Землей объекта, названного Тейей – размером с Марс, – образовалось кольцо частиц, в результате слипания которых образовалась Луна. Астрономы называют это событие Гигантским столкновением, или Большим всплеском (рис. 8.2).

Как ученые могли выдвинуть подобные теории о событиях, которые произошли так давно в геологическом прошлом? Конечно, у исследователей не было прямых доказательств того, что именно происходило при образовании Луны, но с начала 1970-х гг. ученые начали разрабатывать математические модели (воспроизводящие условия в Солнечной системе) для проверки гипотез о происхождении Луны, в том числе и гипотезы Большого всплеска[391]. Позже ученые создали новые модели для уточнения гипотезы Большого всплеска. Более современные данные показали, что, вероятно, было необходимо множество столкновений – так родилась гипотеза о «малых спутниках». Астрономы предполагают, что в результате столкновений из фрагментов, по-видимому, образовались разные спутники, которые в конечном итоге объединились в одну лунную массу. Предметом обсуждения по-прежнему является сходство состава Луны и Земли и похожие смеси изотопов кислорода, которые подобны отпечаткам пальцев при определении возраста и истории конкретной породы. Еще один вопрос касается характера столкновения Земли с Тейей (если таковое было): был ли это скользящий удар или прямой.

Рис. 8.2. Формирование Луны: Большой всплеск (Memomiguel, 2012)

Теория Большого всплеска соответствует большинству данных о Луне, имеющихся у физиков и астрономов, в том числе о параметрах вращения (об угловом моменте) Земли и Луны. Ученые сначала полагали, что Тейя столкнулась с Землей по касательной, вырвав 40 % материала, из которого сформировался новый спутник. В этой теории учитывается наличие на Луне богатых диоксидом кремния материалов, летучих веществ (вещества с низкой температурой кипения, такие как азот, вода, диоксид углерода, аммиак, водород, метан и диоксид серы) и низкое содержание железа. Согласно этой точке зрения, железное ядро Тейи при столкновении с Землей расплавилось и объединилось с ядром Земли. Проблема этой модели заключается в том, что хотя она и учитывает низкие концентрации летучих веществ на Луне, но не затрагивает вопрос о том, что Луна состоит, по-видимому, из тех же изотопов, что и Земля.

В 2014 г. физики уточнили свои модели и получили удивительные результаты. Последние вычисления показывают, что Тейя ударилась о Землю на высокой скорости, что привело к возникновению невероятно высоких температур и давления и полному уничтожению протопланеты, которая «вплавилась» в Землю. Удар огромной силы создал условия, в которых преодолевался сверхкритический порог для материалов: больше не существовало ни жидкостей, ни газов (и большинства твердых веществ). Все превратилось в текучую субстанцию, обладавшую уникальными свойствами – и газа, и жидкости одновременно, что позволяло ей и проникать через твердые вещества (как газу), и растворять материалы (как жидкости). Физики полагают, что Тейя слилась с Землей, в результате чего образовался сверхкритический флюид, который распространился из зоны, бывшей когда-то ядром Земли, породив «облако» – не твердое и не жидкое, а представлявшее собой массу сверхкритического вещества[392]. Это было сплошное гладкое образование, радиус которого, по оценкам, составлял 10 000 км. Вероятно, это была непрерывная структура, в отличие от колец Сатурна. Астрономы называют эту новую структуру синестией (от греч. syn – «одинаковый» и имени богини домашнего очага Гестии). Гипотетическая синестия, возможно, имела форму, похожую на пончик без отверстия в середине, но теоретически могли существовать и другие геометрические формы. И Земля, и Луна конденсировались из этого суперкритического флюида. Ученые никогда не наблюдали подобного феномена в Солнечной системе, но имеются новые данные анализа изотопов, которые подтверждают эту гипотезу[393].

Тем временем химики добились прогресса в области анализа изотопов, позволившего определять еще меньшие количества, чем прежде. Эти новые разработки поддерживают гипотезу синестии, потому что теперь ученые могут выявить минимальные различия между изотопами на Луне и на Земле. При анализе лунных пород ученые обнаружили, что изотопы калия в них чуть тяжелее, чем изотопы калия на Земле. Эта разница, по мнению исследователей, может объясняться охлаждением во время разрушения суперкритического флюида, когда вещества отделялись от общей массы. Медленное столкновение, которое сначала предполагалось при разработке теории Большого всплеска, не породило бы достаточное количество энергии для того, чтобы такой след появился в лунном изотопе калия. Но гипотеза о существовании синестии так и останется гипотезой до тех пор, пока во Вселенной не обнаружат настоящую синестию.

Когда все более тяжелые атомы стали осаждаться под действием гравитации, в центре Земли из железа и никеля сформировалось ядро, которое находилось под