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

таким давлением, что оно было твердым. От внутреннего ядра отделился внешний жидкий слой – внешнее ядро, и, поскольку оно вращается, возникло магнитное поле, которое сегодня защищает планету. Исследователи полагают, что это разделение и формирование ядра планеты, а следовательно, и образование магнитосферы Земли происходило в период между 4,2 и 3,3 млрд лет назад – началось в гадее и продолжилось в архейском эоне. Данные о возрасте магнитосферы получены в результате изотопного анализа минералов, которые уже обсуждались, – цирконов в обломочных отложениях Джек-Хиллс в Западной Австралии[394]. Трудности датирования таких материалов, как цирконы, связаны с тем, что они должны сохраниться неизмененными в результате метаморфических процессов под действием температуры и давления, которые нарушают первоначальную сигнатуру кристалла.

Сначала магнитное поле планеты было не очень сильным, и потребовалось время, чтобы оно полностью сформировалось. Но с момента его формирования роль магнитосферы в истории Земли и жизни нельзя переоценить, поскольку она обеспечивала и продолжает обеспечивать необходимую защиту от повреждающих солнечных лучей, солнечного ветра и других видов космического излучения (рис. 8.3). В периоды, когда происходит инверсия геомагнитного поля, в течение относительно короткого времени, оно ослабевает или, возможно, отсутствует, что порождает колебания величины поля. Последняя инверсия геомагнитного поля произошла 773 тыс. лет назад, и хотя одни исследователи полагают, что для завершения этого процесса потребовалось 22 000 лет[395], другие считают, что инверсия произошла за 8000 лет. Инверсии магнитного поля – нередкое явление: за последние 20 млн лет они происходили каждые 200–300 тыс. лет[396]. Никто не знает точно, что происходит во время инверсии, но тем не менее магнитное поле ослабевает, и космические лучи могут бомбардировать Землю и оказывать влияние на живые организмы.

Рис. 8.3. Магнитосфера Земли (NASA/Goddard, 2017; изображение создал Аарон Каас)

Землю трудно представить без тектонической активности, без создания и разрушения коры и движения больших литосферных плит в том виде, в каком сейчас эти процессы знают геологи. Тем не менее данные показывают, что температуры и давление не способствовали формированию подвижной коры на ранних этапах истории планеты, особенно в случае существования условий теплой или горячей ранней Земли. По мнению ученых, в первые 2 млрд лет в мантии Земли существовали условия «инертной покрышки», и всю поверхность планеты покрывала одна большая плита базальта[397]. В таких температурных условиях на ранних этапах, вероятно, преобладали горячие мантийные плюмы, и, возможно, в результате оборота мантии происходила переработка покрышки. Как бы то ни было, из-за огромных температур все эти процессы должны были происходить без образования конвективных ячеек (в отличие от современных тектонических условий)[398]. Геодинамические модели (такие, что дают прогнозы о температурном режиме ранней Земли, геотермальных условиях и состоянии мантии) показывают, что в этот период ранней истории Земли высокие температуры в мантии играли основную роль в снижении давления и вязкости мантии, поэтому конвективные ячейки не образовывались.

Планетологи и геологи полагают, что условия на современной Венере (которая обладает инертной покрышкой) похожи на те, что существовали на Земле на раннем этапе ее истории: тектоническая активность отсутствует и имеется всего одна доминантная плита, которая не движется. Еще одним доказательством служит тот факт, что положение магнитных полюсов, данные о которых зафиксированы в древних породах Земли (см. главу 5), значительно отличалось, когда начались тектонические движения в середине и конце докембрия. Горные породы, относящиеся к периоду инертной покрышки, не демонстрируют изменений положения магнитных полюсов со временем, в отличие от горных пород периода, когда началось движение плит. Как бы то ни было, споры о том, когда условия инертной покрышки на Земле сменила тектоника плит, все еще продолжаются, но положение полюсов указывает, что распад покрышки произошел около 1,1 млрд лет назад, в середине протерозоя.

Первая атмосфера Земли состояла из инертных газов, содержавшихся в протопланетном диске, которые были захвачены из облака, окружавшего зарождавшуюся Землю. Однако энергетический поток от Солнца был гораздо выше, чем в наши дни, и он уносил атмосферную оболочку из водорода и гелия, рассеивая ее в космосе[399]. Кроме того, в гадейском эоне гравитационное поле Земли или вообще отсутствовало, или было слишком слабым, чтобы сохранить первую атмосферу планеты.

Один из цирконов Джек-Хиллс предоставляет волнующее указание на возможное присутствие первых живых организмов в гадейском эоне. Исследователи проверили тысячи этих обломочных цирконов и обнаружили два, имеющих включения (материал, содержащийся внутри минерала) графита – минерала, представляющего собой одну из модификаций чистого углерода. Один из кристаллов исследователи забраковали, поскольку на нем была трещина, через которую мог проникнуть посторонний материал. Но в оставшемся кристалле циркона графит оказался старше самого кристалла и датируется периодом 4,1 млрд лет назад[400]. Графит в зависимости от его изотопной сигнатуры, определяемой по результатам изотопного анализа, может выступать косвенным индикатором присутствия жизни, и палеонтологи относят его к химическим ископаемым (хемофоссилиям). Химические ископаемые образуются, когда в результате разложения организма остаются молекулы, о биологическом происхождении которых свидетельствует их изотопная сигнатура. Графит может не только указывать на присутствие первых живых организмов, но и пролить свет на планетарные процессы и на самое начало тектонических движений плит с образованием зон субдукции. Подобное могло происходить только в том случае, если Земля остывала в гадейском эоне гораздо быстрее, чем полагали ученые ранее[401]. Исследователи утверждают, что углерод во включении, должно быть, имеет континентальное происхождение и указывает на то, что планета остыла гораздо быстрее. Наличие континентов указывает на ранние тектонические процессы. Конечно, такие выводы сделаны на основе очень скудных данных, поэтому споры о том, что значат цирконы для первых живых организмов и что происходило в гадейском эоне, продолжатся до тех пор, пока детали не будут уточнены с помощью моделей и, если повезет, не будут найдены другие образцы, относящиеся к самому раннему периоду истории Земли.

Архейский эон, 4,0–2,5 млрд лет назад

Следующий эон, архей, начался около 4,0 млрд лет назад и состоит из четырех эр: эоархея (ранней), 4,0–3,6 млрд лет назад; палеоархея (древней), 3,6–3,2 млрд лет назад; мезоархея (средней), 3,2–2,8 млрд лет назад и неоархея (новой), 2,8–2,5 млрд лет назад. Стратиграфы не определили точную дату начала архея. По мере того как геологи находят и идентифицируют минералы и горные породы все более древнего возраста, граница эоархея отодвигается все дальше и дальше[402]. Эры архейского эона определены хронометрически с использованием количественных методов датирования минералов и горных пород того времени.

Ранний архей ознаменован и приблизительно совпадает с окончанием тяжелой бомбардировки Земли астероидами и кометами, хотя в период с 3,9 до 3,8 млрд лет назад интенсивность этих процессов возросла,