«Формировалась очень быстро»: российский учёный — о появлении воды на Земле и геологической истории нашей планеты

— Анатолий Михайлович, недавно американские геологи опровергли одну из теорий образования воды на Земле. Они считают, что упавшие на Землю в начале её формирования метеориты не были основным источником воды на планете, так как имели чрезвычайно низкое её содержание. Что вы об этом думаете? Как появилась вода на Земле?

— Традиционно считается, что вода на Земле появилась в результате падения комет, состоявших из воды. Как вода оказалась в этих кометах — неизвестно, учёные исследуют этот вопрос. В частности, было обнаружено, что комета Хартли-2, которая часто пролетает над Землёй, содержит воду, по изотопному составу весьма напоминающую земную.

Сначала вода находилась на Земле в состоянии пара, в атмосфере. Но примерно 4,4 млрд лет назад, когда температура поверхности планеты опустилась ниже температуры кипения воды, вода из атмосферы выпала на Землю. Метеориты же принесли на Землю силикатные и металлические вещества, из которых в итоге образовалась земная мантия.

• Gettyimages.ru
• © ANDRZEJ WOJCICKI

Земля имеет слоистое строение, она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры и мантии) и металлического ядра. Сегодня силикаты — это наиболее распространённые на Земле минералы. К ним относятся, например, важные неметаллические полезные ископаемые: асбест, тальк, слюды, каолин, керамическое и огнеупорное сырьё.

— Существуют две основные гипотезы о происхождении Земли. Одна предполагает, что Земля росла сравнительно быстро (от 2 до 5 млн лет), захватывая необходимые для жизни воду и газы из окружавщего молодое Солнце облака. В другой говорится о частицах пыли, превратившихся под облучением Солнца в небесные тела — планетезимали, которые и стали источником нужных соединений. Какая из теорий наиболее близка к истине?

— Эти гипотезы обсуждаются. Известно, что было гигантское межзвёздное облако космического вещества и в результате какого-то коллапса сформировалась Солнечная система и планеты. Это произошло около 4,6 млрд лет назад.

Однако неизвестно, с какой скоростью образовывалась тогда Земля. Если она формировалась быстро, то изначально она была расплавлена, если медленно, то представляла собой твёрдое небесное тело. Сейчас большинство учёных склоняется к тому, что Земля формировалась очень быстро, это привело к её расслоению на ядро и железно-силикатную мантию. 

• Gettyimages.ru
• © SCIEPRO

— Земля образовалась около 4,5 млрд лет назад. Как учёные определили именно такой возраст планеты? Какие геологические находки и исследования позволили его установить?

— Исследователи установили, что возраст самых древних пород на Земле — около 4 млрд лет. Например, есть такой минерал — циркон, изучению которого уделяется огромное внимание. Благодаря ему учёные могут получить много информации о том, как эволюционировали континенты и формировались минеральные ресурсы Земли. Считается, что циркон образовался, когда в результате тектонических движений столкнулись литосферные плиты. Благодаря высокой устойчивости к эрозии минерал сохранился без изменений, есть даже образцы возрастом до 4,4 млрд лет.

Также по теме

«Есть и другие объяснения»: российский учёный прокомментировал статью о замедлении вращения ядра Земли

Геофизические явления, анализ которых позволил китайским учёным сделать выводы о замедлении вращения земного ядра, можно...

Возраст Земли в 4,5 млрд лет был установлен на основе изучения и датировки самых древних найденных на Земле метеоритных образцов, образовавшихся до начала формирования планет.

— Чем формирование Земли с точки зрения геологии на разных этапах развития планеты отличалось от других планет Солнечной системы? Какие есть различия и сходства?

— Все планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — формировались примерно одновременно и по схожему сценарию. В их формировании главную роль играли силикаты с метеоритов. В формировании же дальних планет или планет-гигантов Юпитера и Сатурна участвовали водород и гелий. Однако внутри Юпитера тоже есть металлическое ядро, силикатно-железная «мини-Земля», а сверху планету окружает газовая оболочка.

Если вернуться к планетам земной группы, то только на Земле есть континенты, океаны и представлены разные типы коры — континентальная и океаническая. Венера, например, такая же по размерам, но у неё совсем другая геологическая история, на ней преобладает вулканизм. Извержения играли ключевую роль в формировании поверхности планеты. Большая часть Венеры состоит из базальтовых пород.

• Внутреннее строение Юпитера
• Gettyimages.ru
• © Dorling Kindersley

— При изучении геологической истории Земли принято использовать такие понятия, как геологические эры, периоды. Например, известно, что в палеозойской эре происходила активная вулканическая деятельность, в это время образовалось много современных горных хребтов — Уральские горы, Тянь-Шань, Аппалачи. Какие самые значимые периоды сделали Землю такой, какая она есть сейчас, и создали условия для появления жизни?

— Геологическая история Земли документируется с 4 млрд лет, это возраст самых древних пород. Что было раньше, можно только гадать и моделировать.

Палеозой — это только маленький интервал всей геологической истории.

Всего есть три геологические эры: архей, протерозой и фанерозой. Фанерозой, в свою очередь, включает палеозой, мезозой и кайнозой. Учёные изучают, в частности, ранний архей, когда возник гранитоидный магматизм (гранитоиды — породы, родственные граниту. — RT). Именно магматизм на ранних этапах развития Земли являлся основным геологическим процессом, приведшим к формированию континентов. Это происходило примерно 3,9 млрд лет назад.

Магматизм может приводить к вулканизму, за счёт чего формируются архипелаги океанических островов (Гавайские, Азорские, Канарские и многие другие). При затухании магматизма происходит опускание поверхности, океанические острова погружаются под воду, формируя подводные хребты, гайоты (подводные горы. — RT)и другие морфоструктуры дна океана.

Жизнь в виде первых бактерий начала развиваться на Земле около 3,9 млрд лет назад или даже раньше. Но только около 540 млн лет назад она развилась настолько, что появились скелетные организмы — предки насекомых, паукообразных и ракообразных.

— Существует гипотеза расширяющейся Земли, допускающая, что положение и относительное движение материков в основном вызвано увеличением объёма планеты Земля. Что вы об этом думаете?

— Ранее, когда не было никаких данных и исследований, можно было говорить о том, что Земля расширяется, сжимается и пульсирует. Сейчас уже известно, что объём Земли не меняется. Когда не было данных, было много фантазий, это естественно.

Сейчас доминирует теория тектоники литосферных плит. На Земле есть срединно-океанические хребты — крупные подводные поднятия дна океана на границах раздвижения литосферных плит. 

Литосфера — это каменная оболочка Земли. Под ней располагается мантия, в которой возможна конвекция. Как на кухне в кипящей кастрюле мы видим на её поверхности движения каких-то тел, так примерно и литосферные плиты плавают по мантии. Где есть такие срединно-океанические хребты, там происходит раскол литосферы, которая раздвигается в разные стороны и из мантии выплывает магма, которая застывает и образует базальтовую кору.

• Исследование Марианской впадины
• AP
• © NOAA Office of Ocean Exploration and Research

Также есть и глубоководные желоба, в частности Марианский жёлоб, где расположена всем известная Марианская впадина. Там есть зона субдукции — зона погружения океанической коры (литосферы) под другую океаническую или континентальную кору. Эти два процесса формируют тектонику плит, их движение.

— Некоторые учёные считают, что первым на Земле был сформирован материк под названием Ваальбара, который распался около 3 млрд лет назад. Как на Земле возникли первые материки и что они из себя представляли? Как движение континентов влияет на экосистему планеты?

— В геологии существует концепция суперконтинентальных циклов, согласно которой суперконтиненты то образовывались на Земле, то снова распадались. Первый суперконтинент образовался около 4 млрд лет назад, впоследствии он распался на несколько обычных континентов. Впоследствии этот цикл распада единого суперконтинента на отдельные материки повторялся около 2,5 млрд, 1,8 млрд, 1 млрд и около 600 млн лет назад. Самый известный суперконтинент — Пангея образовался в конце палеозоя (около 250 млн лет назад) и потом распался на уже известные нам материки.

Считается, что распад суперконтинента происходит из-за конвекции в мантии. Она возбуждается эндогенными энергетическими источниками, прежде всего энергией гравитационных сил с небольшим вкладом энергии, выделяющейся при распаде радиоактивных элементов, содержащихся в недрах Земли. Из-за конвекции в мантии Земли или иных тектонических сил континентальные блоки собирались в один суперконтинент, а потом таким же образом распадались.

Наглядными примерами существования таких мантийных течений, например, можно считать факты раскола Африканского континента по линии Красное море — Аденский залив — Восточно-Африканские рифты, отодвигание Аравии от Африки, расширение Атлантического и Индийского океанов и т. д.

И поскольку материки продолжают двигаться с постоянной скоростью, в далёком будущем на Земле могут снова образоваться суперконтиненты.

• Пангея
• Gettyimages.ru
• © MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Что касается влияния этих процессов на климат, то, поскольку они идут очень медленно, сопоставить их с экологическими явлениями сложно. Однако понятно, что если на Земле есть только один суперконтинент, то климат будет резко континентальным, с большими перепадами температур. А если континентов много, то и климат будет более умеренным, мягким. Всё это, конечно же, влияет на биосистему: одни виды вымирают, а другие появляются.

— Недавно произошло разрушительное землетрясение в Турции и Сирии, серия сейсмических толчков прокатилась по всей планете. С чем связан этот рост геологической активности?

— Геологи оперируют миллионами лет. Те катаклизмы, которые происходят сейчас, ничем не отличаются от тех, что были 2—3 млрд лет назад. Это обычная активность Земли. Учёные не знают, почему сейсмичность увеличивается или уменьшается. Но история землетрясений говорит о том, что их интенсивность всегда была примерно одинаковая. Человек и глобальное потепление, о котором сейчас много говорят, никак не влияют на сейсмичность Земли.