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

В течение следующего полумиллиарда лет движение мантии стало более упорядоченным. Десятки небольших конвективных ячеек, вспучивая магму и опуская вниз блоки старой коры, образовали несколько крупных циклических потоков глубиной сотни и шириной тысячи километров. Там, где такие потоки поднимались на поверхность вдоль глубоководных хребтов, они образовывали новую базальтовую кору, а старый, остывший базальт погружался в мантию под крутым углом – в зонах тектонического разлома. Так на Земле возобладал новый процесс преобразования – глобальная тектоника. В поперечном сечении наружные турбулентные слои Земли, должно быть, представлялись в виде огромных крутящихся воронок, вращение каждой из которых продолжалось не менее 100 млн лет.

Тогда, как и теперь, эволюция земной поверхности является отражением мощных процессов, происходящих в глубинах. В зонах конвекции магмы вздымались громадные базальтовые вулканы. Гигантские впадины образовывались там, где участки старой базальтовой коры погружались в глубины, искривляя и выгибая дно океана. Тектонические сдвиги ускоряли образование гранита. Когда остывшая, влажная базальтовая кора погружалась в недра Земли, она постепенно нагревалась и начинала плавиться – не полностью, но примерно на 20–30 %. Эти растущие массы гранитной магмы поднимались на поверхность, образуя вереницы серых вулканических островов протяженностью сотни километров. На этой стадии началось формирование материков.

Круговорот

Гранит всплывает на поверхность, базальт опускается – вот формула происхождения материков. Магма с гранитной примесью гораздо легче порождающей ее базальтовой породы, а потому эта расплавленная масса медленно и неуклонно поднимается к поверхности и либо по пути кристаллизуется, либо извергается из вулканов, которые выбрасывают на поверхность огромное количество шлаков и пепла. За миллиарды лет истории Земли бесчисленные гранитные острова образовались именно таким образом.

Тектоника плит не только породила цепи таких гранитных островов, но и собрала их в целые материки. Причина кроется в том, что гранит не поддается субдукции. Подобно пробке, он как бы плывет по плотному базальту, который постепенно опускается в мантию. Образовавшись на основе базальта, гранит так и остается на поверхности. Чем больше островов образуется в результате субдукции, тем больше увеличивается площадь гранита. Представим себе погружающуюся тектоническую плиту, усеянную непотопляемыми гранитными островами. Базальтовая плита движется, но острова остаются неподвижными. Они остаются на поверхности, образуя полосу суши как раз над зоной субдукции. Минуют десятки миллионов лет, и таких гранитных островов накапливается в этом месте все больше и больше, формируя все более обширную полосу, по мере того как расплавленный гранит поднимается к поверхности, густеет и превращается в растущий материк. Острова срастаются в протоматерики, которые, в свою очередь, срастаются в континенты, подобно тому как хондриты Солнечной системы когда-то срастались в планетезимали, а потом образовывали целые планеты.

Эпическое движение тектонических плит меняет нашу планету. Тонкая, остывшая и хрупкая земная кора трескается и смещается, словно накипь на поверхности кипящего супа. Цепи вулканов, из которых выплескиваются новые массы базальта, указывают на места восходящих конвекционных потоков. Старая часть коры поглощается в зонах субдукции, которые очерчивают те места конвекционных сот, в которых потоки погружаются. Самые мощные потрясения земной коры – крупные землетрясения, извержения вулканов – всего лишь мелочь, по сравнению с теми глобальными процессами, что происходят в недрах планеты.

Тектоника плит перевернула многие представления науки о Земле. В смутные времена вертикальной тектоники каждая из геологических дисциплин рассматривалась отдельно, без связи с другими. До тектонической революции палеонтологам не о чем было говорить с океанографами; изучение вулканов имело мало общего с исследованием горных руд; геофизиков не интересовало происхождение и эволюция жизни; горные породы одной страны не имели ничего общего с горными породами другой и еще меньше – с породами глубоководных хребтов.

Наука о тектонике плит объединила разрозненные представления о Земле. Появилась возможность с высокой точностью искать по берегам расширяющегося океана местонахождения редких ископаемых организмов. Территории с угасшим вулканизмом указывают горнякам на отложения, содержащие ценнейшие руды, скрытые в соответственных зонах субдукции, давно превратившиеся в материковые горные породы. Геофизические исследования движения материков дают ключ к пониманию процессов эволюции животных и растений. Тектоника плит дает представление о Земле как о целостной планетарной системе, от коры до ядра, в микро– и макромасштабах, объединенной универсальными законами времени и пространства.

Потребовалось немало времени для накопления достаточного количества гранита, пока беспорядочная вертикальная тектоника образующихся в результате всплытия случайных мантийных потоков островов сменилась стройной сборкой континентов в результате субдукционных процессов. Но к тому времени, когда Земле исполнилось 1,5 млрд лет, конвекционные процессы в мантии – области, глубиной около 3 км, содержащей большую часть земной массы и тепловой энергии, необратимо изменили поверхность нашей планеты. В отличие от черного базальта, бесплодные гранитные массивы суши имели беловато-серый цвет, определяемый типичной смесью кварца и полевого шпата. Вообразите себя путешественником во времени – и, попав в тот древний мир трехмиллиардной давности, вы обнаружите знакомые черты. Вы окажетесь на протоматерике, лишенном всякой растительности, окруженные изломанными линиями гор и крутых, глубоких ущелий, отчасти напоминающими изрезанные береговые очертания в высоких арктических широтах. Вам предстоит испытать периоды бурной непогоды вперемешку с ясными солнечными днями, когда по голубому небу плывут белые облака. Вы обнаружите океан, в котором вода перенасыщена растворенными минералами, включая карбонаты кальция и магния, кристаллы, которые время от времени откладывались на базальтовой основе морского дна. Сможете полежать у прохладного голубого океана на первых белоснежных песчаных пляжах, образованных кварцевыми зернами, выветренными из серого гранита. Но вы быстро задохнулись бы в тяжелой атмосфере, содержащей большое количество азота и углекислого газа, без малейшего дуновения жизненно необходимого кислорода.

Образование материков – твердых гранитных массивов земной коры – было всего лишь интермедией в грандиозном спектакле эволюции Земли. Гранитные просторы, сформированные глубинным нагревом и частичным расплавлением приповерхностного базальта, напоминали серую коросту на первозданно-черной коже планеты. Постепенно гранитные плоты, плывущие поверх более плотного базальтового основания, утолщались и поднимались над уровнем океана, образуя корни огромных материков, – именно они, на наш антропоцентрический взгляд, и образуют земную твердь.

Глава 6

Живая Земля

Происхождение жизни

Возраст Земли: от 500 млн до 1 млрд лет

Кто бы мог подумать, что юную Землю (500 млн лет от роду) ждет столь бурное развитие. На ней буйствовали вулканы, но и на многих других планетах и даже спутниках Солнечной системы это происходило не менее бурно. Земля была покрыта океаном, но океан был и на Марсе в ранний период развития планеты, а гигантские спутники Юпитера Европа и Каллисто были покрыты обледеневшим океаном десятки километров глубиной, а значит, у них был куда больше запас влаги на поверхности. Движение тектонических плит преобразовало поверхность Земли, но в начальный период развития конвекционная тектоника, безусловно, действовала на Венере и, возможно, на Марсе.

Состав химических элементов на Земле также мало чем отличался от соседних планет. Базальты и граниты составляли основу всех каменистых планет. Кислород, кремний, алюминий, магний, кальций и железо повсюду преобладали. Земля располагала запасами углерода, водорода и серы, но и на других планетах Солнечной системы имелись те же необходимые для жизни вещества. По всем меркам 4 млрд лет назад Земля была самой что ни на есть заурядной планетой.

Но вскоре ей предстояло превратиться в нечто выдающееся в известном нам мире. По общему признанию, она стала уникальной уже в возрасте 500 млн лет, поскольку ни одна другая планета или спутник не перенесли столь драматических потрясений; ни одна из планет не менялась так основательно и так часто. Однако эти метаморфозы касались в основном масштаба, но не сути событий. Самый активный фактор изменения планеты (что, собственно, и сделало Землю уникальной) еще не вступил в действие. Только на Земле возникла обильная, постоянная жизнь. Происхождение и эволюция биосферы и отличает Землю от всех других планет и спутников.