Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты

Одним из свидетельств динамического взаимодействия оболочек Земли являются три крайне отличающихся состава атмосферы (см. цветную вклейку 8.2), развитие которой происходило с докембрийского суперэона вплоть до формирования современной атмосферы. Первый состав атмосферы, который был бы токсичен для живых организмов, известных сейчас, сформировался в гадейском эоне и был представлен в основном водородом и гелием, газами из газопылевого облака и протопланетного диска. Солнце и планеты сформировались из вращающегося облака из частиц и газов. Эти легкие газы в конце концов улетучились из атмосферы Земли под действием солнечного ветра, потому что у планеты еще отсутствовали окончательно сформировавшиеся гравитационное и магнитное поля. В начале архейского эона атмосфера состояла из диоксида углерода, водяного пара, метана и азота, поступавших в атмосферу в результате выделения вулканических газов и тектонической активности. Атмосфера такого состава тоже была бы токсична для живых организмов в том виде, в каком они существуют сегодня. Азот, кислород и газовые примеси современной атмосферы стали результатом превращения газов того, второго состава атмосферы архейского эона. Цианобактерии, образующие строматолиты, стали все больше доминировать на протяжении сотен миллионов лет и в ходе непостижимо долгого процесса трансформации в результате фотосинтеза постепенно превращали атмосферный углекислый газ в кислород, создавая атмосферу, которая существует сегодня. Формирование современного состава атмосферы началось в конце архейского эона и продолжилось в протерозое. Эта атмосфера была и остается динамической системой: концентрации O₂ и CO₂ меняются на протяжении времени.

Гадейский эон, 4,6–4,0 млрд лет назад

Поэт Данте Алигьери и разные художники эпохи Возрождения представляли Аид как недра преисподней в центре Земли. Древние философы действительно предполагали, что Аид подобен преисподней (рис. 8.1). Тем не менее по мере изучения Земли научные открытия заменили фольклор, и ученые выяснили, что наша планета вместо Аида в центре имеет слои, а внутри находится ядро и мантия. Эти открытия были сделаны в результате изучения сейсмических волн, которые по-разному проходят 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).