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

Измерения более медленных геологических процессов позволяют еще глубже проникнуть в историю Земли. Для формирования массивных Гавайских островов потребовались нечастые, но регулярные вулканические извержения, в результате которых лавовые слои накладывались один на другой. Если судить по интенсивности современных извержений, это происходило в течение по меньшей мере десятков миллионов лет. Аппалачи и другие древние, пологие горные массивы приобрели свой современный вид за сотни миллионов лет постепенного выветривания, а едва ощутимые сдвиги тектонических плит, которые перемещают континенты и увеличивают океаны, происходят циклами в сотни миллионов лет каждый.

Не менее убедительные доказательства глубины времен представляют физика и астрономия. Постоянная и уже вычисленная скорость распада радиоактивных изотопов углерода, урана, калия, рубидия и других элементов является исключительно точным инструментом для установления возраста геологических процессов, и часы эти уводят в прошлое на миллиарды лет назад, к моменту формирования Солнечной системы. Если взять миллион атомов радиоактивного изотопа, половина из них распадется за срок, который называется периодом полураспада. Например, из миллиона атомов урана-238 с периодом полураспада 4,468 млрд лет к концу этого периода останется половина. Остальные атомы за это время распадутся, образовав до полумиллиона атомов других элементов, заканчивая устойчивыми атомами свинца-206. Еще через 4,468 млрд лет останется только четверть атомов урана. Так, с помощью радиометрического датирования был установлен возраст древнейших примитивных хондритов – 4,566 млрд лет.

А как насчет бесчисленных миллиардов лет до образования Солнечной системы? Астрофизические измерения перемещения отдаленных галактик указывают на то, что Вселенная гораздо старше 4,5 млрд лет. Все галактики удаляются от нас и друг от друга. Данные доплеровского (красного) смещения подтверждают, что чем дальше от нас расположены галактики, тем выше их скорость удаления. Если прокрутить обратно эту космическую ленту, то все сойдется в одной точке – 13,7 млрд лет назад. Это момент Большого взрыва. Свет от многих удаленных объектов идет к нам через космическое пространство более 13 млрд лет.

Эти данные доказаны со всей неопровержимостью. Любые заявления, что Земля не старше десяти тысяч лет, противоречат однозначным данным всех научных наблюдений. Единственная альтернатива состоит в том, что космос был создан десять тысяч лет назад сразу безмерно старым – именно к такому выводу пришел британский естествоиспытатель Филип Госсе в опубликованном в 1857 г. противоречивом трактате Omphalos[4] (в названии использовано греческое слово, означающее «пуп, пупок», поскольку не имеющий матери Адам был сотворен с пупком, чтобы выглядеть так, словно его родила женщина). Госсе каталогизировал сотни страниц свидетельств невероятной древности Земли, а затем выдвинул гипотезу о том, что Бог создал ее десять тысяч лет назад сразу со всеми признаками древности.

Некоторым может показаться удобной эта креационистская уловка «сотворенной древности» мира, известная как протохронизм. Астрофизикам, которые выдвигают свидетельства того, что звезды и галактики находятся от нас на расстоянии миллиардов световых лет, протохронисты возражают, что Вселенная была создана с уже идущим к Земле от дальних звезд и галактик светом. Горные породы с древним соотношением радиоактивных и дочерних изотопов, утверждают они, были сразу созданы с исходным смешением урана, свинца, калия и аргона, а потому выглядят старше, чем они есть на самом деле. Если вы придерживаетесь таких взглядов, то можете пропустить главу 11, повествующую о возможных сценариях будущего Земли. Если нет, то попробуйте вообразить прошлое на несколько миллиардов лет назад, когда возникла наша планета.

Рождение Земли 4,5 млрд лет назад – это событие, которое бессчетные триллионы раз повторялось в истории Вселенной. Каждая звезда или планета возникает в разреженном, почти вакуумном пространстве из газа и космической пыли – мельчайших частиц материи, невидимых невооруженным глазом, но заметных на расстоянии в полгалактики как огромные облака, из которых рождаются звезды. Миллиарды лет назад гравитация послужила повитухой при рождении Солнечной системы – Солнце стало единственным гигантом среди карликовых планетных тел. Ядерные реакции воспламенили вещество Солнца, которое окружило теплом и светом свои планеты. И наша Земля сделала первые робкие шаги к тому, чтобы стать обитаемым миром.

Какими бы чуждыми ни казались нам эти эпохальные события, мы ежедневно на протяжении всей жизни ощущаем на себе те же космические явления, которые привели к образованию Земли. Наши тела и среда обитания состоят из тех же самых веществ и атомов, которые сформировали Землю. Нас крепко удерживает на планете та же самая сила гравитации, которая скомпоновала звезды и планеты из газа и пыли и выковала химические элементы внутри звезд. Когда игра идет по универсальным законам физики и химии, ничего нет нового под Солнцем.

Горные породы, звезды и сама жизнь преподносят нам одни и те же уроки. Чтобы понять Землю, вы должны отвлечься от весьма незначительного пространственно-временного масштаба человеческой жизни. Мы живем в единственном крошечном мире среди необозримых просторов космоса, вмещающего 100 млрд галактик, каждая из которых состоит из сотен миллиардов звезд. Точно так же, день за днем мы живем в космосе, возраст которого сотни миллиардов дней. Ни смысл, ни путь космоса вы не найдете даже в самом лучшем мгновении или месте, связанном с человеческим существованием. Масштабы космического пространства и времени непостижимо велики. Поскольку появление Вселенной неизбежно вследствие непреложных универсальных законов космоса, которые дают нам надежду познать Вселенную, используя научный метод, такой космос, несомненно, исполнен смысла.

Глава 2

Мощный удар

Образование Луны

Возраст Земли: от 0 до 50 млн лет

Основной принцип, которого я придерживаюсь в этой книге, заключается в том, что планеты развиваются: они меняются с течением времени. Более того, каждая ступень эволюции зависит от предыдущего ряда ступеней. Чаще всего изменения происходят постепенно, в течение миллионов, а то и миллиардов лет, шаг за шагом преобразуя планету, но могут произойти и мгновенные, резкие и необратимые события, которые изменят ее навсегда. Так и произошло с Землей. Наша планета образовалась сравнительно быстро из бесчисленных частиц и звездного мусора, по некоторым оценкам, на это понадобилось не больше миллиона лет. К концу этого процесса довольно близко от Протоземли располагались несколько дюжин планетезималей, сотни километров в диаметре каждая. На протяжении примерно сотен тысяч лет, пока Земля достигала своего нынешнего размера, последние стадии этого процесса сопровождались столкновениями невообразимой силы. Каждые несколько тысяч лет одна мини-планета за другой врезались в Землю и поглощались ею.

В эти беспокойные времена Земля представляла собой горячую, почерневшую сферу, покрытую красными, раскаленными трещинами, фонтанами вулканической магмы и следами беспрерывных падений метеоритов. Каждый из таких гигантских налетчиков врезался в сферу, дробя в пыль камни, выбрасывая их на орбиту и превращая поверхность планеты в расплавленную, огненно-красную жижу. Однако в космосе царит холод, и лишенная атмосферы поверхность Земли после каждого такого метеоритного удара очень быстро охлаждалась и снова чернела.

Странная Луна

История формирования Земли выглядит довольно гладко, за исключением одной поразительной детали: Луны. Ее нельзя было не заметить, и на протяжении последних двух столетий постепенно становилось очевидным, что ее свойства невероятно трудно объяснить. Спутники поменьше понятны. Фобос и Деймос, два неправильной формы каменных массива размером с город на орбите Марса, по-видимому, являются притянутыми гравитацией астероидами. Дюжины спутников вокруг Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, хотя и покрупнее, все же выглядят крохотными по сравнению с планетами-хозяевами – их масса в тысячи раз меньше массы планет, вокруг которых они обращаются. Крупнейшие из них образованы из невостребованных остатков пыли и газа в процессе формирования планет Солнечной системы и обращаются вокруг газовых гигантов, словно планеты в миниатюрных планетных системах. В отличие от них, Луна сопоставима по размерам с Землей, вокруг которой она движется: ее диаметр составляет более четверти земного, а масса всего в 80 раз меньше массы Земли. Как же возникла такая аномалия?

Историческая наука, особенно история Земли и планет, основана на вдохновенном повествовании (возможно, отчасти соответствующем фактам). Если существует сразу несколько историй, основанных на наблюдениях, геологи применяют осторожную формулу, известную как «многовариантная рабочая гипотеза» – эта стратегия знакома всем любителям детективных романов.