Дж. Д. Макдугалл - Краткая история планеты Земля: горы, животные, огонь и лед

Таким образом, в эти первые дни истории развитие Земли протекало весьма хаотичным образом, с широким проявлением вулканизма и, может быть, появлением моря из расплавленных пород на ее поверхности. Первоначально на Земле не было никакой атмосферы. Однако такие химические соединения, как вода и углекислота, а также различные летучие элементы были принесены на Землю в химически связанном виде падающим на нее материалом и постепенно выделялись в горячих глубинах Земли в виде вулканических газов, образуя первоначальную атмосферу. До завершения процесса образования Земли путем накопления падающего вещества на ее поверхность непрерывно низвергался град больших и малых обломков. Даже через несколько сот миллионов лет после образования планеты поверхность ее для путешественников из будущего показалась бы очень незнакомой и негостеприимной. К этому времени на ней уже была, вероятно, жидкая вода, но не было никаких видимых признаков жизни — ни растений, ни животных, а атмосфера была непригодной для дыхания, поскольку в ней отсутствовал кислород. Не было и крупных материков, подобных нынешним, и хотя было много вулканов, горные цепи вроде Скалистых гор или Альп еще не существовали.

Не исключено, что в этот ранний период своей истории Земля периодически подвергалась сильным оледенениям, и тогда большую часть ее поверхности покрывали замерзшие моря. Такая возможность вытекает из того факта, что Солнце, если оно следовало нормальному пути эволюции звезд его размера, было в первую половину своей жизни значительно менее горячим и его энергетический поток был гораздо слабее, чем сегодня. Несмотря на энергию, выделяющуюся от вулканов и столкновений с метеоритами, в конечном итоге именно поток энергии, излучаемой Солнцем, определяет температуру земной поверхности. После этапа первоначального нагрева, который, вероятно, продолжался несколько сот миллионов лет, поверхность Земли должна была остыть, причем — в силу слабости энергетического потока, идущего от Солнца, — температура земной поверхности могла оказаться достаточно низкой, чтобы существовавшие тогда океаны замерзли. Некоторые ученые даже отмечают, что как только наша Земля оказалась покрытой слоем снега и льда, которые хорошо отражают обратно в космос падающую на них энергию, ее могло отражаться столько, что покров льда и снега на Земле мог и не оттаивать вовсе, даже при более горячем солнце. Этот аргумент, а также тот факт, что на сегодняшней Земле на большей части ее поверхности тепло и уютно, используется для доказательства того, что подобного древнего глубокого оледенения никогда не было. Однако существуют и другие способы расплавить лед, как мы увидим в следующей главе.

Первым крупным подразделением геологического времени является архейская эра (рис. 1.1). Этот очень длинный отрезок времени от момента образования Земли до приблизительно 2,5 миллиарда лет назад занимает около 44 процентов всей истории нашей планеты. Конечно, геологическая временная шкала является всего лишь конструкцией ученых, и в течение архея, вероятно, произошло много событий, которые — будь они нам известны — могли бы дать основание для дальнейших подразделений. Но несмотря на ее длительность, мы знаем очень мало об архейской истории. Отчасти это связано с тем, что лишь малая часть современной поверхности Земли сложена породами архейского возраста. Мы уже видели, что не сохранилось никаких пород, относящихся к первым 600 миллионам лет архея.

Хотя (а может быть, и потому, что) архейские породы встречаются редко, они стали предметом интенсивного изучения. Мы знаем, например, что они встречаются, хотя и в небольших количествах, на всех крупных континентах. Иногда они располагаются около центра континента и всегда окружены более молодыми породами. Такая конфигурация дает ключ к пониманию того, как росли континенты. Имеются данные абсолютного возраста пород, показывающие, что в течение архея происходило эпизодическое разрастание континентов, но это только предварительный вывод, поскольку сами архейские породы занимают малую часть континентов и их сохранность, возможно, носит избирательный характер. В архейских осадках были обнаружены и первые ископаемые остатки древних одноклеточных бактерий. В последние годы тщательные исследования показали, что они встречаются гораздо чаще, чем когда-то думали, но все же они по-прежнему весьма редки. Тем не менее, они показывают, что к середине архея жизнь уже вполне установилась.

На основании изучения австралийских цирконов мы узнали, что уже 4,2-4,3 миллиарда лет назад существовали небольшие материки. На протяжении всего геологического времени, начиная с архея и до сегодняшнего времени, континентальная кора образовывалась в результате расплавления пород в глубинах Земли и переноса расплавленного материала на ее поверхность. Однако даже в наше время континентальная часть земной коры составляет очень малую долю Земли как целого, как это видно из рис. 1.2, и ее химический состав очень резко отличается от состава остальных частей планеты. Некоторые другие планеты Солнечной системы тоже имеют кору, но материки, какими мы их знаем, по-видимому, являются уникальной особенностью Земли. Из этого следует, что вряд ли можно ожидать наличия на других планетах большого количества (или вообще наличия) тех разнообразных месторождений полезных ископаемых, которые встречаются на континентах Земли и снабжают нас большей частью тех материалов, которые необходимы для современной цивилизации. Почему же материки не могут существовать на других планетах? Ответ, вероятно, связан с наличием на Земле жидкой воды.

Подобно соли, добавленной в лед, вода, входящая в состав горных пород, понижает температуру их плавления. Она также влияет и на состав магмы, возникающей при расплавлении пород. На Земле движение слагающих кору тектонических плит обусловливает поступление воды в горячие глубины Земли, вызывая расплавление горных пород. Богатая водой океаническая кора затягивается в мантию вдоль длинных океанических рвов; с погружением, по мере увеличения температуры, эта вода вытесняется из пород. В результате этого процесса возникло так называемое Огненное кольцо, протянувшееся вокруг Тихого океана: все вулканы западного побережья Соединенных Штатов (штат Вашингтон), Чили, Аляски и Японии, а также Камчатки сосредоточены в тех регионах, где плиты дна Тихого океана, сталкиваясь с плитами окружающих континентов, ныряют под них, погружаясь внутрь Земли и обусловливая этим освобождение воды и плавление пород. Возникающие при этом расплавы имеют меньшую плотность, чем окружающие их породы, вследствие чего они поднимаются к поверхности, прибавляя к материкам новый материал из глубин Земли. Хотя геологи ведут споры относительно времени, когда начался процесс формирования и движения тектонических плит, наличие признаков существования архейской континентальной коры указывает на то, что уже очень рано в истории Земли вода поступала с поверхности в глубины планеты и процесс этот, по-видимому, не слишком отличается от того, как это происходит сегодня.