Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

• Название: История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет
• Автор: Роберт Хейзен
• Жанр: Биология
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-9614-3691-4

Книга известного популяризатора науки, профессора Роберта Хейзена, знакомит нас с принципиально новым подходом к изучению Земли, в котором переплетаются история зарождения и развития жизни на нашей планете и история образования минералов. Прекрасный рассказчик, Хейзен с первых строк увлекает читателя динамичным повествованием о совместном и взаимозависимом развитии живой и неживой природы. Вместе с автором читатель затаив дыхание совершает путешествие сквозь миллиарды лет: возникновение Вселенной, появление первых химических элементов, звезд, Солнечной системы и, наконец, образование и подробная история Земли. Движение целых континентов через тысячи километров, взлет и падение огромных горных хребтов, уничтожение тысяч видов земной жизни и полная смена ландшафтов под воздействием метеоритов и вулканических извержений – реальность оказывается гораздо интересней любого мифа. Воображение астробиолога, методология историка и острый глаз натуралиста помогают автору изумительно ясно описывать самые сложные вопросы науки. Однако Хейзен не останавливается на нашем времени, основываясь на последних научных открытиях, – он дает читателю захватывающую возможность заглянуть в будущее.

---

Неизбежное образование базальтовой коры впервые осчастливило Землю устойчивой, твердой поверхностью, способной плавать поверх магмы. До образования коры, когда поверхность планеты формировалась только магмой и перидотитом, ничто не могло возвышаться над земной поверхностью сколько-нибудь заметно и достаточно долго. Раскаленная докрасна перидотитовая каша не годилась для поддержки гор. Совсем другое дело – прочный базальт относительно малой плотности. Средний удельный вес базальта примерно на 10 % ниже, чем у перидотита. Благодаря этому плавающий в магме массив базальта мощностью 16 км мог выступать из океана магмы более чем на 1,6 км. Быстро нарастающие вулканические конусы могли подниматься еще выше, вероятно, выше 3 км над средним уровнем поверхности. Итак, исполненная хаоса поверхность Земли начала приобретать более-менее отчетливые очертания.

Враждебный мир

Если смотреть из космоса – например, с безопасного расстояния молодой Луны, базальтовая оболочка Земли выглядела бесконечно черной с красными дуговидными трещинами и отдельными яркими пятнами, где гигантские, фонтанирующие лавой вулканы вздымались над поверхностью. Облака грязновато-белого, смешанного с золой пара окутывали некоторые из наиболее богатых летучими веществами вулканы и окружающую территорию.

Вообразите себя на только что образовавшейся, черной земной коре гадейской эпохи, более 4,4 млрд лет назад. Вы не смогли бы долго просуществовать в суровом, чужеродном мире. Метеориты неустанно обрушиваются на поверхность планеты, разбивая тонкую, хрупкую кору, разбрасывая вокруг камни и расплескивая магму. Повсюду вздымаются конусы вулканов, поднимаясь на тысячи метров ввысь и выбрасывая громадные фонтаны магмы под воздействием взрывов пара и летучих веществ, которые в один прекрасный день охладятся настолько, что превратятся в океаны и атмосферу. И ни следа жизненно необходимого кислорода. Над суровой, совсем еще юной Землей витает невыносимый запах сернистых соединений, вашу кожу ошпаривает раскаленный пар, ваши глаза выжигает ядовитый газ. В этом враждебном мире вас ждала бы короткая, но мучительная агония.

Удалявшаяся Луна все еще играла важную роль в образовании земной коры. Охватывавшие весь земной шар приливы раскаленных камней и магмы, хотя и не с той мощью, что в первые века после катастрофы с Тейей, постоянно раскалывали и коробили земную поверхность, образуя трещины, сквозь которые красная жижа вновь и вновь выплескивалась наружу, препятствуя образованию твердой поверхности. Неприятное соседство с Луной вызывало бешеное вращение Земли вокруг собственной оси: сутки по-прежнему продолжались пять часов, бушевали неистовые бури и немыслимой силы ураганы, куда более жестокие, чем все те, что нам показывают сегодня в метеосводках.

Но под этой неприглядной поверхностью уже начались неотвратимые процессы превращения Земли в живую планету. В ее перемешанных, расплавленных глубинах начали формироваться определенные структуры – вещество, из которой впоследствии образуются континенты и океанское дно, атмосфера и моря, растения и животные. Нагрев, охлаждение и кристаллизация с последующим разделением кристаллов, часть из которых оседала, а часть всплывала, накапливание перидотита, частичное плавление – все это формировало Землю в те далекие времена юности планеты, 4,5 млрд лет назад. Эти процессы продолжаются даже и по сей день.

Необъятное хранилище внутренней тепловой энергии Земли, о котором мы в основном и рассуждаем в этой главе, продолжает играть важнейшую роль в формировании нашей родной планеты. В наши дни самым очевидным проявлением мощи раскаленных недр являются действующие вулканы с их фонтанами раскаленной магмы и огненными реками лавы. Об адском пекле, скрытом глубоко в недрах планеты, напоминают гейзеры и горячие сернистые источники. Вот уже более 4,5 млрд лет земной истории поверхность планеты держит удар тепловой энергии, рвущейся из раскаленной сердцевины к растрескавшейся поверхности и далее в космическое пространство. Под напором конвективных завихрений мантии и непрерывным давлением приливных сил Луны поверхность Земли изгибается и коробится, раскалывается и скручивается. Континенты находятся в постоянном движении, расходятся, сталкиваются, трутся друг о друга в бесконечном танце тектонических плит под управлением тепловой энергии. В течение всей нашей жизни внутреннее тепло Земли изменяет твердь, по которой мы ходим, перерабатывает воду, которую мы пьем, и изменяет воздух, которым мы дышим.

Из-за внутреннего жара Земля какое-то время оставалась черной планетой, глазированной тонкой базальтовой коркой. Но детство планеты не могло длиться долго. Новый ярко-голубой слой вот-вот должен был окутать земной шар в результате вулканической активности.

Глава 4 Голубая Земля

Образование океанов

Возраст Земли: от 100 до 200 млн лет

Раннее детство Земли, первые полмиллиарда лет или около того, окутаны мраком тайны. Горные породы и минералы предоставляют нам осязаемые данные о большей части исторического прошлого планеты, но мало что из горных пород и минералов сохранилось от самого древнего из периодов – гадейской эпохи. По этой причине любое описание процесса первичного охлаждения Земли и появление на ее черной поверхности воды опираются на предположения, основанные на экспериментах, моделях и расчетах. При этом неизбежны различного рода неточности.

Впрочем, это тоже полезно. Ведь ничто не приносит такое разнообразие и оживление в работу лаборатории, как осознание того, что «мы знаем, что мы ничего не знаем», и вероятность того, что в любой день мы можем обнаружить какой-нибудь мелкий факт, который приблизит нас к истине. Еще более соблазнительной представляется возможность обнаружить в природе вещей нечто такое, о чем «мы не знали, что мы не знали», т. е. сделать такие открытия, которые расширят пределы таинственного[7]. Именно способность ставить вопросы по-новому торит дорогу к прорывным открытиям: например, вместо того, чтобы просто спросить «Каковы химические и физические свойства минералов?», можно задаться вопросом «Как эволюционировали минералы?».

Очень важно составить список того, что мы не знаем. Все данные свидетельствуют о том, что Луна образовалась в результате сильнейшего столкновения, однако мы не можем с уверенностью сказать, ни когда именно это столкновение произошло, ни какова была заключительная траектория Тейи. Учитывая колоссальную мощь этого удара, можно представить, что на магматический океан Земли обрушился проливной дождь раскаленных силикатов, но у нас столь мало данных о длительности и интенсивности остывания перегретой планеты, что это может на десятилетия остаться предметом научной полемики. Столь же неточными представляются данные о первичном расстоянии и скорости удаления Луны, хотя они являются решающими для понимания ее эволюции. Точно так же мало известно, когда впервые образовались океаны и как они выглядели. Как бы то ни было, они образовались, и наш последующий рассказ, основанный на всех новейших данных, имеет полное право на существование.

Черная Земля не могла долго оставаться черной. По всей планете вулканы ежедневно миллиардами тонн выбрасывали в густеющую атмосферу азот, углекислый газ, ядовитые сернистые соединения и водяной пар. Эти летучие вещества и соединения – те же молекулы, которые образовали различные виды льдов в первичном газово-пылевом облаке, те же атомы, которые мы вдыхаем и которые входят в состав сложнейших тканей нашего организма, – выполняли множество функций в процессе быстрой эволюции Земли. Горячая вода, смешиваясь с горными породами магмы, снижала их температуру плавления, превращая их в чрезвычайно перегретый суп, устремлявшийся к поверхности. Вблизи поверхности газы, растворенные в этом магматическом супе, превращались из жидкости в бурно расширяющийся газ, вызывая массированные извержения вулканов, нечто вроде газированной воды, вырывающейся из-под крышки бутылки после хорошего взбалтывания. В насыщенных водой флюидах (жидких и газообразных легкоподвижных компонентах магмы) растворялись также и концентрировались редкие элементы: бериллий, цирконий, серебро, хлор, бор, уран, литий, золото и многие другие – все это впоследствии превратится в разнообразные рудные тела в становящейся более сложной земной коре. В хаосе земной поверхности бурлящие потоки и сокрушительные волны выполняли главную роль в эрозии горных пород, образовании первых песчаных отмелей и накоплении прибрежных осадочных отложений. Коротко говоря, вода явилась главным архитектором твердой поверхности Земли.

Внимание к океанам и атмосфере носит несколько антропоцентричный характер, поскольку эти подвижные среды занимают незначительное место на планете в целом. В наше время океаны составляют всего 0,02 % всей массы Земли, а атмосфера занимает примерно одну миллионную часть от ее массы. Тем не менее Мировой океан и атмосфера оказали и продолжают оказывать невероятно большое влияние на превращение Земли в уникальную планету, каковой она является сегодня.