Как отличить небо от земли, если геолог это я

Вступление

Выкладываю книгу на АТ в надежде, что комментаторы позволят выявить ошибки и исправить их, в надежде, что книжка станет лучше.

Моим учителям, людям научившим любить геологию.

Сергею Борисовичу Розанову и Владиславу Сергеевичу Милееву я посвящаю эту скромную книгу.

"Я ни шкалика и ни пол- шкалика, А сидел жевал горбушку чёрного, Всё глядел на Ксенькина очкарика, Как он строил из себя учёного."

А. Галич

Живое с самого начала существования планеты оказывало решающее влияние на ее развитие.

Первые следы жизни обнаружены в отложениях возрастом 3.7 миллиарда лет.

Позже метановую атмосферу создали микробы, (археи), метан очень парниковый газ. Раз в двадцать более парниковый нежели углекислота. Именно та атмосфера не дала земле остыть во времена, когда солнце еще не вышло на полную мощность.

Кислородную атмосферу создали те самые грязно-зеленые корочки с пузырьками, что вы часто видите в теплых стоячих лужах.

Причина оледенения- погребенная растительность, которая вывела из оборота углекислый газ в карбоне, этим повлияв на радикальное повышение содержания кислорода в атмосфере.

Малюсенькие кокколитофориды сформировали большую часть запасов нефти, кроме того, повлияли самым существенным образом на вулканизм, изменив его химизм.

Болота пожирают углерод и повышают содержание кислорода, болота, а не леса.

Леса влияют на распределение воды на континентах. На климат, напрямую влияют. Испаряя в день от десяти до ста ведер воды с каждого дерева. Потепление ведет к уменьшению пустынь.

Тысячи зависимостей и связей.

Миллиарды лет живое влияет на планету, развивается вместе с нею, меняет ее и меняется само. И человек такая же часть процесса как вирусы, микробы и корова Стеллера. Если мы что-то там и повышаем в атмосфере вызывая потепление, то так и нужно. А если нет, то и не надо. Подумаешь все вымрет. Уже было. Откатится на время к началу палеогена и опять оживет. Делов-то.

Наша проблема не в том, что мы влияем на природу, а в том, что сон разума порождает Грет Тунберг, выборы и республиканскую форму правления именно там и тогда, где и когда это вредно. Записывайтесь в монархисты, монархия —форма правления, а не булки и Романовы. Ну, или в геологи. Геологи —форма познания, а не гитары, бабы и легкость бытия. Добра вам и хороших выходных. Что? Четверг? Пройдет и четверг. Ну все равно ведь когда -то наступят выходные. Запьете утренний спирт пивом и споете протяжную песню о космосе из синего льда. Почему бы и нет? Почеши быка, почеши синего быка, пока не поздно....

Если не писать духоподъемные тексты, ход времени берет свое, секунды сливаются в дни, и скопом валятся в прошлое, оставляя понимание пустоты и ненужности.

Крайне опасное для организма понимание, строго говоря.

Меж тем, любой из нас, при желании, способен ощутить личную социальную никчемность, или духовную пустоту. Так было всегда, даже во времена профкомов.

Проблема в отсутствии видимых изменений мира в связи с твоими поступками. Пусть даже не на мировом уровне.

Наверное, Герострат дошел до своего выдающегося, но сомнительного по достоверности преступления именно по этой причине.

Мало кому дана возможность излечить комплекс никчемности прямо и непосредственно.

Разве что тем, кто отдает команду на начало ядерной атаки.

А еще можно жить ради чего-то большего, лучше безусловного и понятного Добра, но есть опасность убить слишком много людей.

Время- важнейшая мера бытия и описываемой мною науки. Хотя оригинально до банальности заявлять, встав в третью позицию, что времени не существует. Многие так делают, кто вообще по натуре такой, что сразу несет на люди, все для него новое, от слоновьего дерьма, до презумпции прав личности над реальностью, кто-то делает это по привычке, кто-то, потому что заставили.

Так вот, время есть, потому что мы можем его измерить, а уж проявление чего это, энергии, апейрона, или глупости хомяков, дело десятое. В конце концов все провяления энергии, так что ж теперь, жить без мороженого?

Так что лучше писать тексты.

О каплях дождя на бельевой веревке, о скрипучих лестницах в старом доме, чернильной темноте за окнами, рыжем солнце в уютных комнатах, песнях ветров, пыльных дорогах, да о чем угодно, хоть о космических путешествиях и соке ягод на губах любимой.

Потому что Господь, в своей доброте, дал нам удивительный мир, и даже просто видеть этот мир каждое мгновение, уже дело осмысленное и стоящее жизни.

От самой мелкой тихоходки, до млечного пути, от первого крика, до последнего вдоха.

Мир чудо как хорош, не нужно его выламывать под себя, он и так под тебя, а ты под него, просто пойми.

Небо, облака, красный липовый чай и немножечко любви, куда ж без нее. Вдохни чистоту ветра, живи, это счастье.

Мир в плену обстоятельств.

Не в первый и не в последний, пока еще, раз.

Кстати, достаточно ли человек слился с планетою, чтобы уволочь за собою все живое на Земле в случае своей гибели?

Нет.

Самой долгой памятью остались бы обрывки рыболовных сетей и пластиковый мусор.

Самой короткою- грустные и мертвые спаниели, да йоркширские терьеры.

АЭС остановятся в аварийном режиме, ушастые пустынные зайцы промчат по дороге слез, спасаясь от ушастых пустынных лисиц, реки и моря наполняться рыбою, плантации масличных пальм сменятся дождевыми лесами, никто не будет приклеивать себя суперклеем за природу, а кошки станут большими. Все наладится, образуется.

Судей не будет, поскольку не будет виноватых.

Время все расставит по своим местам.

Буйство жизни, красок, птиц, зверей и крокодилов. Песчаные берега, бирюзовые океаны, волны до небес, а если кто-то вымер, то природа что-нибудь срочно придумает.

Вместо китов, или сайгаков, или стеллеровых коров.

Вместо людей.

Кстати, это опасно… вместо людей все равно кого-то выпустят.

«Будет ласковый дождь».

Каждый из нас, если хотя бы один раз задумывался над тем куда мы все вместе движемся, верно ли поступаем, так ли живем, каждый понимал, что нет.

Не так, не туда, неверно, да и не живем.

Человеку нужно любить дело, которым занимается, иметь право на судьбу, через право на ошибку.

В этом смысл, именно этого стоит достигать, к этому стремиться, этим существовать.

Иначе бытие личности не более нежели жертва чужим идеям, смыслам, стремлениям, поступкам и блядству.

Когда все человечество превращают в стадо, когда цели подменены, мечты выведены за скобки реальности, силы направлены на карьеру, на то, чтобы встроиться в иерархии, противные природе и принципам развития жизни, через тернии встроиться, через страдания, по головам, каблуками по глазам. Ладно, вот сделал ты карьеру, и чего?

На всех плевать в окошко?

Или пятитысячные из окна бросать?

Разве в таком мире хватит на всех любимой работы?

Такой, чтобы жить?

Стоит ли так же удивляться количеству мусора? Не старых исписанных стрежней для авторучек, а пластиковых бутылок, тарелок, ложечек, стаканчиков, упаковок. Вот настоящая примета эпохи —- характер мусора.

Если цели всех: иметь больше всех, забраться повыше, для начала в Лондон, и это называют «элита», то отчего мы ожидаем спокойствия душ?

Душа, она свое возьмет, крепкою лапою за горло.

Мы ведь выходим из дому, точно ныряем в условности, и все время ждем- наступят времена для настоящей жизни, надо только крутануться по всеобщим законам страдания, ради полного корыта и времени на размышления как в сериале, у камина, с пледом и фужером коньяку. «Перекредитоваться».

Нет, не наступят.

Потому что жизнь уже идет, вот сейчас, сию секунду.

И она чудесна несмотря на то, что мерзавцы правят миром.

Чудесна в горе и радости, до тех пор, пока смерть не разлучит нас.

Добра вам, и оглянитесь, не спешите.

Мало ли, может вокруг уже лето?

Лето есть, а пива нету…

А всего и было хорошего у человечества- мечты, да мученики.

И ветер.

Добра вам, все не зря.

Глава 1. Окончание начала

Глава 1. Окончание начала

«В начале было Слово, и Слово было у Бога, и Слово было Бог.» (Евангелие от Иоанна, 1:1)

«Падает космос на Землю… Оседает космос на Землю. Приживается на Земле… И уже не знаешь, чего на Земле больше: Земли или космоса?» — Феликс Кривин, «БИФы»

А начиналось всё в детстве.

Есть такая наука — космогония (от греч. kosmos — «мир, вселенная» и genesis — «рождение, происхождение»), учение о том, как возникла Вселенная, Земля, небо и первоначальный порядок вещей, и кроме неё у людей есть звёздное небо над головою, которое бывает солнечным и беззвёздным, если вокруг день, и как тут пытливому детскому уму не задуматься — отчего все именно так, почему получилось, говоря по-нашему, по-человечески — откуда есть пошло?

Мы все нет-нет да и космогоники, зачастую интуитивные, лет с семи, с перерывами на обучение, болезни, быт и обед, и я, например, приблизительно к 12 годам от роду, тщетно пытаясь объяснить происхождение мира, тайно принял концепцию Бога, потому что все это создал и устроил Бог, иначе всё время что-то не сходилось, а тайно — чтобы не затюкали пассионарии на волне увлечённости познанием.

Сейчас мне шестьдесят, позади большой кусок жизни: обучение, влюблённости, приключения, дни тяжких раздумий о судьбах, инсульт, инфаркт, да ко всему этому я ещё и геолог, и, если хотите знать, что я думаю о космогонии, то скажу — мы все неминуемо вновь придём к концепции Бога, но тайно, отчего тайно — понятно, в этом смысле ничего не изменилось, иначе никак: иначе ни звёздного неба, ни нравственного закона нигде вообще; потому как вписал Бога — рассказывать не стану, причины изложил, а поскольку книжка задумана как некое пособие по геологии для людей любознательных, то и от космогонии не уйти: ведь геология изучает не только Землю, но и планеты, и небесные тела, такая уж она совокупность наук, великолепная и неподражаемая.

Изложу тут всё как понимаю я, предупреждаю: иногда (часто) текст будет сух и скучен, рюшечки вешать не стал, в меру сил, немного, для аппетиту — немного человеческого разговора, проще говоря, постараюсь, чтобы вы меня поняли, ведь по словам одного древнего китайца, счастье — это когда тебя понимают, не так ли?

В начале, как известно с древних времён и несомненно станет известно в будущем, было Слово, или Логос, и это самое достоверное из того, что мне известно о начале, потому начну с окончания начала, так сказать, с того, как сейчас видят образование нашей с вами планетной системы и нашей звезды по имени Солнце.

Как учёные определяют возраст Вселенной

Учёные определяют возраст Вселенной двумя основными способами, и первый из них — по остаточному излучению, то есть по относительно постоянному уровню естественного состояния микроволн в космосе, так называемому реликтовому излучению, которое представляет собой тот самый свет, что разлился по Вселенной, когда она остыла и стала прозрачной, и который до сих пор никуда не подевался; этот свет достиг нас, но за почти 14 миллиардов лет в рамках расширяющейся Вселенной он «растянулся», стал микроволнами, и космический телескоп «Планк» измерил мельчайшие колебания его температуры, а поскольку, согласно современной модели, Вселенная — это шар, который расширяется с момента своего зарождения, то, зная законы физики и то, как выглядит Вселенная сейчас, мы можем «отмотать время назад» и вычислить, сколько лет этому шару; подставив измерения «Планка» в эти уравнения, учёные получили возраст — 13,787 ± 0,020 миллиардов лет, и этот метод не зависит от возраста конкретных звёзд или иных объектов, а опирается на основополагающие физические законы, тем и хорош, что всеобъемлющ.

Второй способ — по возрасту самых старых звёзд на Млечном Пути, и здесь учёные с помощью моделирования жизненного цикла могут определять возраст самых древних звёзд в нашей галактике, причём последние исследования, использующие данные телескопа Gaia, показывают, что возраст самых старых звёзд составляет примерно 12–13 миллиардов лет, а Вселенная не может быть моложе, чем её старейшие обитатели; самое важное, что результаты этих исследований, как по первому способу, так и по второму, сходны, что дополнительно подтверждает их достоверность.

Возраст Солнечной системы

Наша планетная система, по расчётам, образовалась гораздо позже, и метод определения её возраста основан на способности некоторых веществ со временем превращаться в другие элементы — общеизвестным примером тут является превращение урана в свинец, которое идёт с постоянной скоростью, не зависящей от температуры, давления или каких-то химических реакций, а далее довольно просто, как если бы вы определяли время по количеству пересыпавшегося песка в песочных часах: знаем сколько было, знаем сколько осталось — определяем время, и это главный принцип радиоизотопного датирования, который, опираясь на применение разных веществ с разными скоростями полураспада, широко применяется для определения абсолютного возраста горных пород или археологических находок.

Одним из самых надёжных считается уран-свинцовый метод, когда, измерив, какая часть урана (с периодами полураспада 4,5 и 0,7 миллиарда лет) уже превратилась в свинец, вычисляют возраст образца, и, например, по соотношению разных изотопов свинца во включениях метеоритов учёные получают цифру в 4,567 миллиарда лет, а алюминий-магниевый метод в целом подтверждает это число, хотя возраст уточняется: это связано не только с течением времени, но и с новыми находками и изучением древнейших включений в метеоритах.

Сейчас считается, что формирование Солнечной системы началось 4 567 300 000 лет назад, при этом деятельная часть образования планет из первых частиц заняла, по современным оценкам, от 2 до 4 миллионов лет, а почему метеориты? Потому что на Земле, в силу многих причин, не сохранились самые древние породы, и мы не имеем всестороннего доступа ко всем другим небесным телам системы, а метеориты доставляют образцы сами, добровольно, повинуясь законам природы.

Как это было: рождение Солнечной системы

Согласно современным представлениям, в пространстве внутри галактик существуют огромные газопылевые облака, которые являются неизбежным результатом самого существования галактики и ключевой частью устройства, без которой не могут рождаться звёзды, и таких облаков, каким было наше, в галактике сейчас насчитывается до двух тысяч, а протяжённость их — до 200 световых лет, то есть свету необходимо 200 лет, чтобы пройти такое расстояние.

4,6 миллиарда лет тому назад такое вот огромное, медленно вращающееся скопление водорода, гелия и микроскопических пылевых частиц начало схлопываться, запустило это действие возникновение более уплотнённого, чем окружающие, участка, и можно предположить, что причиной могли послужить неравномерность распределения вещества и воздействие сторонних событий, например взрыв сверхновой, и к этому участку стали притягиваться более мелкие частицы — чем больше, тем сильнее становилось притяжение, и явление приобрело лавинообразный характер; сам захват с помощью силы тяжести вещества с последующим его наращиванием на некое ядро носит название «аккреция» (от лат. accretio — «приращение»), это как если бы вы лепили снежок: сначала прилипает несколько снежинок, потом комок становится больше и притягивает всё новые и новые, так в облаке появляется ядро.

Но, поскольку ядро уже вращалось, то, в силу закона сохранения момента импульса, оно своё вращение ускоряет, что вызывает общее сжатие облака и превращение его в подобие диска (вдоль оси вращения сжатие быстрое, вещество свободно падает к центру, а перпендикулярно оси вращения сжатию мешает центробежная сила, и оно замедляется), так образуется протопланетный диск (от греч. protos — «первый, изначальный») — первичный диск с протозвездой (зарождающейся звездой) в центре.

Диск вращается, а в его центральной части продолжается сжатие, давление и температура растут, и когда температура достигает тысяч градусов по шкале Кельвина (за ноль в этой шкале принят абсолютный ноль — минимальная теоретически возможная температура, при которой прекращается всякое движение частиц; единица измерения — кельвин, соответствует градусу Цельсия, который мы используем в быту; абсолютный ноль — примерно минус 273,15 градусов по Цельсию), центральная область начинает светиться за счёт гравитационного сжатия — это протозвезда, но разогрев продолжается, и при 10–15 миллионах кельвинов в ядре запускается термоядерный синтез: водород превращается в гелий с выделением невероятно огромного количества энергии, и вот на месте протозвезды зажигается звезда полноценная, в нашем случае — Солнце, причём подсчитано, что на эти процессы уходит не так уж и много времени, всего около одного миллиона лет, хотя значимая подпитка Солнца веществом диска продолжается ещё очень долго.

А во внешних областях протопланетного диска происходит своё развитие, в иных условиях: меньше вращение — меньше разогрев, в холодных пространствах пыль не испаряется, как в горячем центре облака, и пылевые частицы сталкиваются, слипаются, вновь разбиваются при столкновениях и опять слипаются, выживают всё более крупные комки, которые создают собственные силы притяжения и гравитационные поля, взаимодействующие между собой; слипаются же частицы пыли оттого, что при движении и трении они приобретают определённый заряд, и разноимённо заряженные притягиваются, плюс молекулярное взаимодействие — слабые силы притяжения, которые возникают между молекулами соприкасающихся частиц на очень близком расстоянии, особенно в условиях очень низкой гравитации, ведь молекула же — это самая маленькая частица вещества на атомарном уровне, которая сохраняет его свойства.

Таким образом комочки пыли превращаются в тела размером от метров до сотен километров, промежуточные между пылинками и планетами, и называются они — планетезимали (от англ. planet — «планета» и infinitesimal — «бесконечно малая величина», то есть планеты-зародыши), а столкновения планетезималей продолжаются: они так же, как и мелкие частицы, продолжают сталкиваться, дробиться, расти, но крупные растут быстрее за счёт собственной гравитации, и такой рост называется олигархическим (от греч. oligarchia — «власть немногих»; в астрофизике это научная метафора: несколько крупных тел доминируют в аккреции, подавляя рост более мелких), уже из названия понятно, что планетезималей становится много меньше, и сами они превращаются в протопланеты размерами с Луну или даже Марс.

Отдельная история у планет-газовых гигантов: согласно одной из гипотез (модель Ниццы), в силу совокупности многих причин они переместились с тех мест, где образовывались, на внешние орбиты системы (это называется миграцией планет), внеся свою лепту в столкновения протопланет, изменение их орбит и, возможно, став причиной метеоритных и астероидных бомбардировок, в то же время они очистили пространство от «ничейных объектов» и пыли и теперь предохраняют внутренние планеты, в частности нашу Землю, от ударов пришедших извне космических объектов.

Тем временем из каменистого материала на внутренних орбитах образуются Меркурий, Венера, Земля и Марс, причём внутренняя система была переполнена космическими телами: считается, что некоторые из них достигали размеров Меркурия, они не имели стабильных орбит, продолжали сталкиваться, разрушаться, падать на Солнце, их выбрасывала из системы гравитация.

Откуда на Земле золото, уран и другие тяжёлые металлы?

Здесь необходимо сделать важное отступление, без которого картина происхождения Земли осталась бы неполной.

Мы уже знаем, что Солнечная система образовалась из газопылевого облака. Но есть одна тонкость: в этом облаке, как и в самом Солнце, тяжёлых элементов — тех, что тяжелее железа — почти не было. Почему?

Звёзды, подобные Солнцу, в ходе своей жизни превращают водород в гелий, а затем, на поздних стадиях, могут синтезировать углерод, кислород, кремний и, наконец, железо. Но тяжелее железа звёздный синтез в обычных звёздах не идёт. Для этого не хватает энергии. Создание элементов тяжелее железа требует не выделения, а поглощения энергии — такой процесс называют эндотермическим (от греч. endon — «внутри» и thermē — «тепло»; то есть процесс, который идёт с поглощением тепла). А звезда, наоборот, выделяет энергию — она не может себе позволить тратить её на создание тяжёлых элементов. Поэтому железо — это как «пепел» звёздной жизни, конечная остановка в цепочке термоядерных реакций, тупиковая ветвь. Дальше — только катастрофы. (Хотя в s-процессе в старых звёздах — красных гигантах — медленный захват нейтронов всё же создаёт элементы тяжелее железа, но с меньшими атомными массами: стронций, барий, свинец.)

Где же тогда взялись золото, уран, платина, свинец и все остальные тяжёлые металлы, которые мы сегодня добываем из недр Земли?

Согласно современным представлениям, их источник — космические катастрофы, а именно:

1. Взрывы сверхновых.

Когда массивная звезда (в 8–10 раз тяжелее Солнца) исчерпывает своё топливо, её ядро сжимается, и происходит мощнейший взрыв — сверхновая. В этом взрыве, при колоссальных температурах и давлениях, нейтроны (то есть тяжёлые частицы, из которых состоят ядра атомов) буквально «влетают» в ядра железа и других элементов, создавая более тяжёлые атомы. Этот процесс называют r-процессом (от англ. rapid — «быстрый»). Именно r-процесс создаёт примерно половину всех элементов тяжелее железа, включая золото, платину, уран и торий. Простыми словами: золото рождается во взрывах.

2. Столкновения нейтронных звёзд.

Это ещё более редкое, но чрезвычайно эффективное событие. Нейтронная звезда (от лат. neuter — «ни тот ни другой», то есть ни положительный, ни отрицательный; потому что она состоит из нейтронов — частиц без электрического заряда) — это остаток ядра сверхновой, сжатый до невероятной плотности. Когда две такие звёзды сталкиваются и сливаются, происходит выброс огромного количества нейтронного вещества, которое быстро распадается и превращается в тяжёлые элементы. Этот процесс тоже называют r-процессом, но в ещё более экстремальных условиях. В 2017 году учёные впервые зарегистрировали такое столкновение (событие GW170817) и подтвердили, что при нём образуется много золота и платины.

3. Медленный захват нейтронов в старых звёздах.

В некоторых старых, остывающих звёздах (их называют красными гигантами) нейтроны захватываются ядрами медленно, постепенно — этот процесс называют s-процессом (от англ. slow — «медленный»). Так создаются элементы тяжелее железа, но с меньшими атомными массами — например, стронций, барий, свинец. Но золото и уран в значимых количествах так не образуются — для них нужен быстрый процесс, то есть взрыв.

Как тяжёлые элементы попали на Землю?

Итак, тяжёлые элементы родились в космических катастрофах. Но как они оказались именно на нашей планете? Здесь мнения учёных расходятся. Есть несколько гипотез, и все они имеют право на существование.

Первая гипотеза: первичный материал.

Согласно этой точке зрения, тяжёлые элементы были частью того самого газопылевого облака, из которого сформировалась Солнечная система. Взрывы сверхновых и слияния нейтронных звёзд, произошедшие задолго до рождения Солнца, обогатили межзвёздную среду тяжёлыми элементами. Когда облако схлопнулось, эти элементы оказались в составе протопланетного диска и, соответственно, в составе всех планет, включая Землю. Это самая простая и логичная гипотеза. Она объясняет, почему тяжёлые элементы есть вообще.

Вторая гипотеза: доставка астероидами и кометами («поздняя бомбардировка»).

Но есть одна проблема: в земной коре тяжёлых элементов (например, золота, платины, иридия) больше, чем должно быть, если бы они просто распределились равномерно при формировании планеты. Дело в том, что во время формирования Земли большая часть тяжёлых элементов (сидерофильных, то есть «сродных железу») ушла в ядро вместе с железом. В коре их должно было остаться очень мало. Но их осталось больше. Откуда они взялись?

Согласно этой гипотезе, они были доставлены позже — во время поздней тяжёлой бомбардировки, о которой мы ещё будем говорить в Главе 5. Согласно этой гипотезе, около 3,9 миллиарда лет назад по Земле (и Луне) прокатился мощный дождь из астероидов и комет. Эти небесные тела, по мнению некоторых учёных, могли принести с собой дополнительное количество тяжёлых элементов, которые сохранились в коре и не ушли в ядро. То есть золото и платина на поверхности Земли — это, возможно, «подарки» из космоса, упавшие на планету уже после того, как ядро сформировалось.

Третья гипотеза: смешанная.

Некоторые исследователи полагают, что работали оба механизма: часть тяжёлых элементов была в первичном материале, а часть была добавлена позже, во время бомбардировки. Это позволяет объяснить и общее содержание, и его распределение между ядром и корой.

Что мы знаем наверняка?

Мы не знаем точно, сколько золота было в изначальном облаке, а сколько упало потом. Мы не знаем, была ли бомбардировка единственным источником или только дополнительным. Но мы знаем, что тяжелые элементы есть, они находятся в коре и мантии, и они попали на Землю из космоса — либо вместе с облаком, либо вместе с астероидами и кометами, либо и так, и так.

Почему это важно?

Потому что это показывает, насколько Земля — продукт космической истории. Она состоит не только из «местного» вещества, но и из «привозного», доставленного астероидами и кометами. Это делает её ещё более уникальной — планетой, которую не только построили из звёздной пыли, но и «доделали» космическими бомбардировками.

И последнее: золото, которое вы носите в кольце, и уран, который работает в атомных реакторах, — это буквально «звёздная пыль», продукт космических катастроф, произошедших миллиарды лет назад в другой части галактики. Мы живём на планете, которая собрана из остатков взорвавшихся звёзд.

Рождение Луны: гигантский удар

По современным представлениям именно такое столкновение Земли и тела размером с Марс привело к образованию Луны, и это называется «теория гигантского удара»: столкновение, скорее всего, было косым и произошло на скорости 4–9 км/с, что привело к выбросу вещества, из которого сформировалась Луна; по некоторым научным взглядам, Тихий океан — след этого столкновения, кроме того, удар вызвал наклон земной оси, что привело к смене сезонов, и согласно современным моделям, это была одна из самых драматичных катастроф в истории Земли, и, возможно, именно благодаря ей наша планета получила спутник, который стабилизирует её ось вращения и создаёт приливы, которые, по мнению некоторых учёных, могли способствовать зарождению жизни.

Этапы формирования Солнечной системы

СтадияЧто происходитВремя (млрд лет назад)Схлопывание облакаГазопылевое облако начинает сжиматься под действием гравитации~4,6Образование протозвездыВ центре диска зажигается протозвезда, начинается термоядерный синтез~4,6АккрецияПылевые частицы слипаются, образуя планетезимали~4,58–4,56Олигархический ростПланетезимали растут, образуя протопланеты~4,56–4,54Формирование планетПротопланеты становятся планетами, система очищается от мусора~4,54Гигантский ударСтолкновение Земли с телом размером с Марс → образование Луны~4,52–4,50

Сноски к Главе 1

Космогония — раздел астрономии о происхождении небесных тел. См.: Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. — М.: Наука, 1987. — Гл. 5.Пассионарии — термин Л.Н. Гумилёва: люди с повышенной энергетикой, одержимые идеей и способные к сверхусилиям. См.: Гумилёв Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990.Евангелие от Иоанна, 1:1; греч. философия, Логос — закон космоса. (Фактологическая справка).Реликтовое излучение — «послесвечение» Большого взрыва, открыто Пензиасом и Уилсоном, 1965, Нобелевская премия 1978. См.: Пензиас А., Уилсон Р. Измерение избыточной антенной температуры на длине волны 4080 МГц // Astrophysical Journal. — 1965. — Vol. 142. — P. 419–421.«Планк» — обсерватория Европейского космического агентства (ESA), 2009–2013, точность по температуре ΔT/T ~ 10⁻⁵ (около 27 мкК при 2,7 К), уточнила возраст Вселенной. См.: Planck Collaboration. Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters // Astronomy & Astrophysics. — 2020. — Vol. 641. — A6.Общая теория относительности — теория гравитации, разработанная Альбертом Эйнштейном в 1915 году; по распределению неоднородностей реликтового излучения вычисляются параметры Вселенной. (Фактологическая справка).Planck 2018: 13,787 ± 0,020 млрд лет; подтверждено данными телескопа ACT, 2021. См.: Planck Collaboration (2020) — см. сноску 5; ACT Collaboration. The Atacama Cosmology Telescope: DR6 and DR7. — 2021.Gaia — космический телескоп Европейского космического агентства, запущен в 2013 году. Оценки возраста старейших звёзд Галактики — 12–13 млрд лет (звезда HD 140283 — «Мафусаил» — оценивается в ~12–14 млрд лет, но с большими погрешностями; данные Gaia по звёздному гало дают ~10–11 млрд лет для аккретированных популяций). См.: Chaplin W.J. et al. Age dating of an early Milky Way merger via asteroseismology of the naked-eye star ν Indi // Nature Astronomy. — 2020. — Vol. 4. — P. 382–389; Montalbán J. et al. Chronologically dating the early assembly of the Milky Way // Nature Astronomy. — 2021. — Vol. 5. — P. 640–647.Совпадение двух методов — реликтового и звёздного — подтверждает стандартную космологическую модель ΛCDM (лямбда-холодная тёмная материя). (Фактологическая справка).Радиоизотопное датирование — метод определения возраста горных пород по скорости распада радиоактивных изотопов, которая не зависит от внешних условий. Это основа геохронологии. См.: Паттерсон К. Возраст Земли // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 1956. — Vol. 10. — P. 230–237.Уран-свинцовый метод — изотопы: ²³⁸U → ²⁰⁶Pb (период полураспада 4,468 млрд лет), ²³⁵U → ²⁰⁷Pb (период полураспада 0,704 млрд лет). Разработан Паттерсоном, 1956. См.: Patterson C. Age of meteorites and the Earth // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 1956. — Vol. 10. — P. 230–237.Bouvier A., Wadhwa M. The age of the Solar System redefined by the oldest Pb–Pb age of a meteoritic inclusion // Nature Geoscience. — 2010. — Vol. 3. — P. 637–641. — По метеориту NWA 2364; возраст кальций-алюминиевых включений (CAI) в хондритах — 4 567,30 ± 0,16 млн лет.Connelly J.N. et al. The absolute chronology and thermal processing of solids in the solar protoplanetary disk // Science. — 2012. — Vol. 338. — P. 651–655. — Хондрулы формировались одновременно с CAI; активная аккреция заняла 2–4 млн лет.Древнейшие земные породы — 4,03 млрд лет (гнейсы Акаста, Канада); цирконы — до 4,4 млрд лет (Джек-Хилз, Австралия). См.: Bowring S.A., Williams I.S. Priscoan (4.00–4.03 Ga) orthogneisses from northwestern Canada // Contributions to Mineralogy and Petrology. — 1999. — Vol. 134. — P. 3–16; Wilde S.A. et al. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago // Nature. — 2001. — Vol. 409. — P. 175–178.Молекулярные облака — плотные области межзвёздной среды, места рождения звёзд; в Млечном Пути их насчитывается до нескольких тысяч. (Фактологическая справка).Следы взрыва сверхновой — короткоживущие изотопы ²⁶Al и ⁶⁰Fe, найденные в метеоритах. См.: Lee T., Papanastassiou D.A., Wasserburg G.J. Aluminum-26 in the early solar system // Astrophysical Journal. — 1977. — Vol. 211. — P. L107–L110.Аккреция — ключевой процесс планетообразования. Классическая работа: Сафронов В.С. Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. — М.: Наука, 1969.Протопланетные диски — наблюдаются телескопами ALMA и JWST (например, в системе HL Тельца). Протозвезда — стадия до запуска термоядерных реакций. См.: ALMA Partnership. The 2014 ALMA Long Baseline Campaign: First Results from High Angular Resolution Observations toward the HL Tau Region // Astrophysical Journal. — 2015. — Vol. 808. — L3.Протон-протонный цикл — основная термоядерная реакция в звёздах типа Солнца; температура в центре Солнца ~15 млн К. (Фактологическая справка).Термин «планетезимали» (от англ. planet — «планета» и infinitesimal — «бесконечно малая величина») введён Томасом Чемберлином в 1903–1904 гг. Русский аналог: «планеты-зародыши». См.: Chamberlin T.C. The origin of the Earth // Popular Science Monthly. — 1903. — Vol. 63. — P. 289–300.«Олигархический рост» — Kokubo E., Ida S. Oligarchic growth of protoplanets // Icarus. — 1998. — Vol. 131. — P. 171–178.Модель Ниццы, 2005: Morbidelli A. et al. // Nature. — 2005. — Vol. 435. — P. 462–465; Tsiganis K. et al. // Nature. — 2005. — Vol. 435. — P. 466–469. Современные симуляции допускают существование 6 планет-гигантов на ранней стадии.Эндотермический процесс (от греч. endon — «внутри» и thermē — «тепло») — процесс, идущий с поглощением тепла. В звёздах он не идёт, поэтому тяжелее железа в обычных звёздах не синтезируется. (Фактологическая справка).Событие GW170817 — гравитационно-волновое событие, зарегистрированное 17 августа 2017 года (LIGO/Virgo), связанное со слиянием двух нейтронных звёзд в галактике NGC 4993. См.: Abbott B.P. et al. (LIGO Scientific Collaboration & Virgo Collaboration). Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger // Physical Review Letters. — 2017. — Vol. 119. — 161101.s-процесс (от англ. slow — «медленный») — медленный захват нейтронов в старых звёздах (красных гигантах). См.: Käppeler F., Beer H., Wisshak K. s-Process nucleosynthesis in stars // Reports on Progress in Physics. — 1989. — Vol. 52. — P. 945–1013.Поздняя тяжёлая бомбардировка (LHB, от англ. Late Heavy Bombardment) — период интенсивной метеоритной бомбардировки Луны и, вероятно, Земли около 3,9 миллиарда лет назад. См.: Tera F., Papanastassiou D.A., Wasserburg G.J. Isotopic evidence for a terminal lunar cataclysm // Earth and Planetary Science Letters. — 1974. — Vol. 22. — P. 1–21.Сидерофильные элементы (от греч. sideros — «железо» и philia — «любовь») — элементы, имеющие сродство к железу и концентрирующиеся в металлической фазе (ядре). К ним относятся золото, платина, иридий, палладий и другие. Их избыток в земной коре по сравнению с предсказаниями моделей плавления — один из главных аргументов в пользу гипотезы поздней бомбардировки. См.: Гольдшмидт В.М. Геохимия. — М.: ОНТИ, 1937.Теория гигантского удара — Hartmann W.K., Davis D.R. Satellite-sized planetesimals and lunar origin // Icarus. — 1975. — Vol. 24. — P. 504–515; Canup R.M. Forming a Moon with an Earth-like composition via a giant impact // Science. — 2012. — Vol. 338. — P. 1052–1055; LLVP-аномалии как возможные остатки Тейи — Yuan Q., Li Y. — Geophysical Research Letters. — 2021.

Библиографический список к Главе 1

На кириллице:

Гумилёв Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. — Л.: Гидрометеоиздат, 1990.Гольдшмидт В.М. Геохимия. — М.: ОНТИ, 1937.Сафронов В.С. Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. — М.: Наука, 1969.Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. — М.: Наука, 1987.Кривин Ф.Д. Избранное. — М.: Художественная литература, 1980.

На латинице:

Abbott B.P. et al. (LIGO Scientific Collaboration & Virgo Collaboration). Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger // Physical Review Letters. — 2017. — Vol. 119. — 161101.ALMA Partnership. The 2014 ALMA Long Baseline Campaign: First Results from High Angular Resolution Observations toward the HL Tau Region // Astrophysical Journal. — 2015. — Vol. 808. — L3.Bouvier A., Wadhwa M. The age of the Solar System redefined by the oldest Pb–Pb age of a meteoritic inclusion // Nature Geoscience. — 2010. — Vol. 3. — P. 637–641.Bowring S.A., Williams I.S. Priscoan (4.00–4.03 Ga) orthogneisses from northwestern Canada // Contributions to Mineralogy and Petrology. — 1999. — Vol. 134. — P. 3–16.Canup R.M. Forming a Moon with an Earth-like composition via a giant impact // Science. — 2012. — Vol. 338. — P. 1052–1055.Chamberlin T.C. The origin of the Earth // Popular Science Monthly. — 1903. — Vol. 63. — P. 289–300.Chaplin W.J. et al. Age dating of an early Milky Way merger via asteroseismology of the naked-eye star ν Indi // Nature Astronomy. — 2020. — Vol. 4. — P. 382–389.Connelly J.N. et al. The absolute chronology and thermal processing of solids in the solar protoplanetary disk // Science. — 2012. — Vol. 338. — P. 651–655.Hartmann W.K., Davis D.R. Satellite-sized planetesimals and lunar origin // Icarus. — 1975. — Vol. 24. — P. 504–515.Käppeler F., Beer H., Wisshak K. s-Process nucleosynthesis in stars // Reports on Progress in Physics. — 1989. — Vol. 52. — P. 945–1013.Kokubo E., Ida S. Oligarchic growth of protoplanets // Icarus. — 1998. — Vol. 131. — P. 171–178.Lee T., Papanastassiou D.A., Wasserburg G.J. Aluminum-26 in the early solar system // Astrophysical Journal. — 1977. — Vol. 211. — P. L107–L110.Montalbán J. et al. Chronologically dating the early assembly of the Milky Way // Nature Astronomy. — 2021. — Vol. 5. — P. 640–647.Morbidelli A. et al. // Nature. — 2005. — Vol. 435. — P. 462–465. (Модель Ниццы, статья 1).Patterson C. Age of meteorites and the Earth // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 1956. — Vol. 10. — P. 230–237.Penzias A.A., Wilson R.W. A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s // Astrophysical Journal. — 1965. — Vol. 142. — P. 419–421.Planck Collaboration. Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters // Astronomy & Astrophysics. — 2020. — Vol. 641. — A6.Tera F., Papanastassiou D.A., Wasserburg G.J. Isotopic evidence for a terminal lunar cataclysm // Earth and Planetary Science Letters. — 1974. — Vol. 22. — P. 1–21.Tsiganis K. et al. // Nature. — 2005. — Vol. 435. — P. 466–469. (Модель Ниццы, статья 2).Wilde S.A. et al. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago // Nature. — 2001. — Vol. 409. — P. 175–178.

Глава 2 О геохронологии

Глава 2. Ещё раз о геохронологии

Эпиграфы

«Время — это то, что геологи измеряют слоями. А слои — это то, что геологи измеряют временем. И никто не знает, что из них первично

«Если вы не понимаете, как устроено расписание, вы никогда не успеете на свой поезд. Даже если он стоит прямо перед вами.»

Представим, что вы ежедневно, кроме праздников, разумеется, в случайном порядке ездите на электричке собирать цветы в ближайшем лесном массиве или разбрасывать. Или совмещаете.

Через пару лет, а возможно и раньше, вы начнете подозревать, что в движении электропоездов есть некая упорядоченность, другими словами, система.

И еще, наверняка, обратите свое внимание на то, что периодически электрички останавливаются на определенных остановках.

Выделите эры (зима — лето), периоды (системы) движения, остановки... и когда-нибудь, возможно во сне или после особо правильного распохмела, вдруг составите таблицу. И, о чудо, — получите расписание, зимнее и летнее, и сможете планировать свою деятельность и осуществлять ее намного эффективнее.

Ровно так же поступили и геологи. Создали временную шкалу (об когда).

Так вот, геохронология и есть основа-основ, начало-начал геологии. Учить все это сложно, конечно же... но надо. Поэтому есть мнемонический стишок, который, несомненно, будет запрещен в связи с борьбой против курения: «Каждый Отличный Студент Должен Курить Папиросы, Ты Юра, Мал, Подожди Немного, А?» (душа радуется, когда не нужно расставлять знаки препинания).

Перевожу:

К — Кембрий (от лат. Cambria — древнее название Уэльса; назван Адамом Седжвиком в 1835 году)¹,

О — Ордовик (от названия кельтского племени Ordovices, древняя Британия; назван Чарльзом Лапвортом в 1879 году)²,

С — Силур (от названия кельтского племени Silures, жившего на границе Уэльса и Англии; выделен Родериком Мурчисоном в 1839 году)³,

Д — Девон (от графства Девоншир в Англии, где изучены породы этого возраста; назван Седжвиком и Мурчисоном в 1839 году)⁴,

К — Карбон (от лат. carbo — «уголь»; в русской традиции — каменноугольный период),

П — Пермь (от древнего названия земель Перми — Permia; Мурчисон в 1841 году писал: «a name derived from the ancient kingdom of Permia, now the government of Perm». Скандинавское Биармия (Бьярмаланд) — родственное название, но Мурчисон на него не ссылался)⁵,

Т — Триас (от греч. trias — «троица», потому что в Германии он делится на три части; назван Фридрихом фон Альберти в 1834 году) ⁶,

Ю — Юра (от гор Юра на границе Швейцарии и Франции; Гумбольдт распознал юрские отложения в 1795 году и дал термин Jura-Kalkstein в 1799-м; в 1829 году Александр Броньяр ввёл термин terrains jurassiques; как систему Юру выделил Леопольд фон Бух в 1839 году) ⁷,

М — Мел (от лат. creta — «мел», из-за мощных толщ писчего мела; назван Жаном Батистом Омалиусом д'Аллуа в 1822 году)⁸,

П — Палеоген (от греч. palaios — «древний» и genos — «рождение, происхождение»),

Н — Неоген (от греч. neos — «новый» и genos — «рождение, происхождение»),

А — Антропоген, он же четвертичный период (от греч. anthropos — «человек» и genos — «рождение, происхождение»). Ардуино в 1759 году предложил четырёхчленное деление горных пород, которое легло в основу стратиграфии. Термин «четвертичный» ввёл Жюль Денуайе в 1829 году. Термин «антропоген» — принадлежность русской школы (А. П. Павлов, 1922) ⁹.

А период, или система, — это уж на ваше усмотрение, хоть прямо и то и другое сразу. Конечно, это далеко не все, что надо бы сказать: есть шкалы абсолютные, относительные, много всего еще... стратиграфические...

И да, пусть вас не вводят в заблуждение пропорции на стандартных геохронологических таблицах: докембрий там обычно обрезают ради экономии бумаги. Обычай такой, шо,четыре миллиарда лет, которые на плакатах умещаются в тонкую полоску. Так что не верьте глазам своим — докембрий не короткий, просто его не любят рисовать.

А ещё у геохронологической шкалы есть цвета. Каждый период выкрашен в свой постоянный цвет — и это не случайность.

Идея цветового кодирования геологических карт принадлежит английскому геологу Уильяму Смиту (1769–1839), который в 1815 году впервые раскрасил свою карту Англии и Уэльса, стараясь приблизить цвета к естественным оттенкам пород. Однако первую осознанную цветовую теорию для геологических карт применил Иоганн Вольфганг фон Гёте (1749–1832) — автор «Учения о цвете». В 1821 году он консультировал Кристиана Кеферштайна при создании первой общегерманской геологической карты и предложил, например, для гранита чистый красный (кармин), а для базальта — чёрный. Смит создал саму систему, Гёте внёс в неё художественный и теоретический вклад¹⁸.

Так что, когда вы видите на карте сине-зелёный кембрий, зелёный мел или оранжево-жёлтый палеоген — это не просто условность. Это след великого поэта, который, как выясняется, приложил руку и к геологии. Остановил мгновенье — и раскрасил его.

Самое трудное и сложное — начинать сначала.

Полагаю, было бы верным о геологии не просто описывать события развития Земли и небесных тел, а дать некие основы понимания: как именно это делается, почему так, а не иначе?

И тут не обойтись без небольших, в пределах существования людей, путешествий во времени. Дело в том, что основы познания мира геологией заложены, по человеческим меркам давно, известными в истории людьми, а еще я писал лет семь назад заметки, которые теперь переработаю и использую в новом цикле очерков о геологии.

Одной из основных задач геологии является определение последовательности геологических событий. Необходимость понятная и очевидная, как мне представляется. Это тот случай, когда писать слово «очевидно» легко и приятно, потому что так и есть. Даже основа-основ. Все дальнейшие упражнения ума и молотка прямо проистекают из способов познания. Что это за способы?

Как-то само собою получилось, что в геологии отсутствует аксиоматика.

Своя собственная аксиоматика. Это означает, что в основании нашей науки нет неопровержимого. Геология оперирует принципами (презумпциями).

О, это очень интересно. Сейчас приоткрою...

Принципы формулируются ДО начала исследования. А аксиомы, законы и постулаты (это такая условная аксиома) — уже в рамках исследований. (Написать, что ли, что это очевидно?) Ну ладно, не буду.

Приведу пример. Во главе победоносных войск вы занимаете столицу винодельческого региона противника. Запасы вина в подземных галереях громадны. Не брать же все подряд? Ваш обожженный огнем сражений маршал, отец солдатам, любимец женщин, говорит:

— Я слышал от своего папаши-алкоголика, что в таких местах чем дальше по галереям хранится вино, тем оно древнее.

— Прекрасно, — отвечаете вы, цыкая зубом. — Значит, так и будем выносить: сначала то, что дальше.

Это и есть принцип.

В рамках данного принципа будет происходить все остальное — тара, виды вина, транспорт, количество рабочей силы. Будут создаваться постулаты (а во, гля, в дубовых коньях), законы (если на бутылке написано 987 год, то это подделка) и прочее.

Не факт, что принцип верен. Мало ли как закладывали вино? Может быть, били новые галереи и в них ставили вино новое? Может быть, обнаружили старые галереи ближе, а новые с новым вином дальше.

Это уже неважно.

Принцип изначален. Проложен в основу.

Это потом уже выяснится, верен он или нет, в процессе. Главное — ввязаться.

Вполне вероятно, что вы скажете своему маршалу:

— Не дальше, а древнее, древнее... Вот так оказалось при ближайшем рассмотрении.

— Учтем, — ответит маршал. — Учтем непременно...

То есть принцип будет изменен.

Из принципа выводятся законы, постулаты. Но в основе — принцип.

Это как инопланетяне: если ты немного тронут по голове, то всегда будешь исходить из принципа, что кроманьонцев породили инопланетяне, чтобы по истечении веков ты правил миром. И только злобные русские помешали.

То есть что? То есть принцип лежит в основе любого сумасшествия. Но это уже не совсем геология.

А аксиома и постулат — внутри любого сумасшествия. Но это уже совсем не геология.

Итак, какие же принципы помогают геологу определить последовательность геологических процессов? Ограбить подвалы природы?

Первым я назвал бы принцип Дарвина, лучше Лайеля-Дарвина. Потому что Дарвину и так много. Или принцип неполноты геологической летописи.

«Нигде не наблюдается абсолютно полной последовательности слоев, соответствующей всей геохронологической шкале.»

То есть не нужно везде искать породы всех возрастов. Так не бывает.

«В хронологической цепи естественных событий... недостает многих звеньев... Сохранение каких бы то ни было животных и растительных остатков всегда составляет исключение из правил...» (Лайель, 1866) ¹⁰.

Еще раз: не существует геологических разрезов, включающих в себя всю историю геологического развития планеты. Исходя из этого и грабим.

Далее — принцип Гресли:

«Толщи одного и того же возраста могут отличаться по облику в зависимости от условий, в которых они формировались» ¹¹.

Думаю, понятно, что в один день на земном шаре формируются не одни и те же породы? В руслах — русловые, в зонах вулканизма — лавовые, в океанах — разные осадочные.

Принцип актуализма — важнейший и главнейший. Отойдем от общепринятых толкований и источников (Хаттон, Лайель) и используем Лейбница. Для разнообразия, чтобы понятно было: умные люди думают одинаково оригинально.

«Главнейшим принципом природы для меня является принцип Арлекина, императора Луны (с которым, правда, я не имел чести его обсуждать). Принцип этот состоит в том, что свойства вещей всегда и повсюду являются такими же, каковы они сейчас и здесь. Иными словами, природа единообразна в том, что касается сути вещей, хотя и допускает разницу степеней большего и меньшего, а также степеней совершенства. Этот принцип сообщает философии наиболее простой и удобопонятный вид».

Лейбниц — королеве Софии-Шарлотте. 8 мая 1704 г.¹²

То есть процессы, идущие сейчас, так же шли и в прошлом.

Еще принцип суперпозиции.

В 1669 году Николас Стенон (Нильс Стенсен) сказал:

«Каждый вышележащий в разрезе слой моложе нижележащего. У каждого слоя есть кровля и есть подошва независимо от того, как эти слои залегают в настоящее время»¹³.

Можете проверить верность этого принципа, исследуя датировки старых газет в библиотечных подшивках.

Ах да, еще важные принципы.

Принцип включений:

Если в каком-нибудь слое находится обломок, валун, глыба какой-то другой породы, то она древнее, чем этот слой. Точно так же и в интрузивных (магматических, не вышедших на поверхность) образованиях и в лавовых (излившихся магм) потоках любое включение — ксенолит (от греч. xenos — «чужой» и lithos — «камень») — является более древним¹⁴.

Принцип пересечения:

Любое тело как изверженных, так и осадочных пород, пересекающее толщу слоев, моложе этих слоев. То же самое касается разломов. То есть возраст разлома, рвущего все слои, меньше этих слоев¹⁵.

На основании последних принципов как раз и воссоздается картина последовательности осадконакопления и других событий.

На рисунке, если есть охота, изучите: расставлены цифры, показывающие последовательность накопления слоев в соответствии с этими принципами.

Не забыть еще принцип, который геологи называют принципом руководящих ископаемых (а по-моему — принципом географического детектива). Суть простая: в одно и то же геологическое время в океане по всему миру живут одни и те же организмы. Нашли в слое определенного трилобита — значит, этот слой строго ордовикский, хоть в Подмосковье, хоть в Австралии. Это и есть наш датировочный маячок¹⁶.

А слово «сукцессия» (от лат. successio — «следование») я тут помянул было, к слову, но, если вы его уже забыли — не страшно. Это просто про смену сообществ во времени, а не про датировки.

Вот примерно такой необходимый набор принципов ограбления природных кладовых. Есть и еще. Но эти — основные.

Подводка

Мы уже говорили о геохронологической шкале. Но тогда я опустил одну тонкость, из-за которой даже у геологов иногда разбегаются глаза. А точнее — две шкалы, которые неспециалисты путают постоянно.

А теперь — та самая тонкость.

Геологи говорят то «кембрийский период», то «кембрийская система», то «кембрийский отдел». А ещё — «верхний кембрий» и «поздний кембрий».

На первый взгляд — каша. Но на самом деле логика там простая. Даже бытовая.

Представьте, что вы строите дом.

У вас есть:

Этажи — они идут снизу вверх. Первый этаж, второй, третий. Это слои. В геологии это — стратиграфические единицы (от лат. stratum — «слой, настил» и греч. grapho — «пишу»). Их называют системами, отделами, ярусами. Это то, что вы видите в разрезе.

Время постройки — в каком году заложили фундамент, когда достроили первый этаж, когда — второй. Это время. В геологии это — геохронологические единицы (от греч. ge — «земля», chronos — «время» и logos — «учение»). Их называют периодами, эпохами, веками. Это то, что вы вычисляете по слоям.

Разница простая:

Что мы измеряемНазвание в геологииЕдиницыПримерСлои породы (то, что лежит в земле)Стратиграфическая шкаласистема, отдел, ярусКембрийская системаВремя, когда они образовалисьГеохронологическая шкалапериод, эпоха, векКембрийский период

Система — это сами камни. Период — это время, когда эти камни лежали на дне древнего моря.

Внутри системы/периода есть деление на части.

Стратиграфия (слои):

Снизу вверх (по слоям)НазваниеСамые древние слоиНижний отделСредние слоиСредний отделСамые молодые слоиВерхний отдел

Геохронология (время):

От древности к современностиНазваниеСамое древнее времяРанняя эпохаСреднее времяСредняя эпохаСамое молодое времяПоздняя эпоха

То есть:

Нижний кембрий — это древние слои кембрийского возраста. Вы их видите внизу разреза.

Ранний кембрий — это древнее время кембрийского периода. Вы его вычисляете по этим слоям.

А теперь главное:

Нижний и ранний — это одно и то же время, но названное по-разному. Верхний и поздний — тоже одно и то же, но с разных сторон.

Потому что древние слои (нижние) накапливались в древнее время (раннее). А молодые слои (верхние) — в молодое время (позднее).

Почему же два названия, если суть одна?

Потому что геология — это наука о том, что лежит в земле. А геохронология — это наука о том, когда это лежало.

Вы берёте образец породы и говорите: «Это из нижнего кембрия». Вы видите слоистость, понимаете, что он из нижней части разреза. Это — стратиграфический язык.

А можете сказать: «Эта порода образовалась в раннем кембрии». Вы вычислили её возраст. Это — геохронологический язык.

Одно и то же, но с разных сторон. Как стакан наполовину полон и наполовину пуст.

Аналогия.

Возьмите любую книгу.

Стратиграфия — это физическое расположение страниц. Глава 1 — в начале, глава 10 — в конце. Это нижние (первые) и верхние (последние) страницы. Это факт, который вы видите.

Геохронология — это время создания страниц. Автор написал главу 1 в январе, а главу 10 — в декабре. Январь — это раннее время, декабрь — позднее. Это факт, который вы вычисляете по черновикам.

Одно и то же — порядок страниц и порядок создания. Но названия разные, потому что речь о разных вещах: о физическом расположении и о времени.

А теперь — ещё один слой.

Есть международная шкала и русская шкала. И они не всегда совпадают. Как в том анекдоте: «Мы с ними говорим на одном языке, но по-разному».

Например, в региональной американской шкале каменноугольный период делится на два самостоятельных — миссисипский и пенсильванский. В международной шкале (ICS) это единая каменноугольная система (Carboniferous) с двумя подсистемами. Путаница возникла потому, что в США исторически использовали два периода, а ICS ратифицировала их как подсистемы только в 1999–2004 годах¹⁷.

Или «пермь» — это вообще наш, русский термин. Сэр Родерик Импей Мурчисон, шотландский геолог, который в 1840–1841 годах путешествовал по Уралу и описывал тамошние разрезы, взял название от Permia — древнего обозначения земель Перми⁵. Но город, конечно, тоже рад.

Но это уже совсем другая история. И к ней мы ещё вернёмся.

А пока запомните главное:

Кембрийская система — это слои. Их видно.

Кембрийский период — это время. Его вычисляют.

Нижний — это про слои. Снизу.

Ранний — это про время. Сначала.

Верхний и поздний — то же самое, но сверху и потом.

Смешивать эти два языка — как говорить о высоте здания в килограммах. И то и другое — числа, но смысл разный.

Запомните просто: «Система — это камни, период — это время. Остальное приложится».

Понимаю, что скучно и неинтересно. Все что могу, все что могу.

Сноски к Главе 2

¹ Седжвик А. О кембрийской системе. — 1835. Адам Седжвик (1785–1873) — британский геолог, один из основателей современной стратиграфии. Кембрий стал первой системой палеозоя.

² Лапворт Ч. Ордовикская система. — 1879. Чарльз Лапворт (1842–1920) — британский геолог, разрешил спор между Седжвиком и Мурчисоном, выделив ордовик как самостоятельную систему.

³ Мурчисон Р. И. The Silurian System. — 1839. Родерик Импей Мурчисон (1792–1871) — шотландский геолог, один из крупнейших стратиграфов XIX века.

⁴ Седжвик А., Мурчисон Р. И. Девонская система. — 1839. Названа по графству Девоншир, где Седжвик и Мурчисон совместно изучали разрезы.

⁵ Мурчисон Р. И. Permian System. — 1841. Название происходит от Permia — древнего обозначения земель Перми. Скандинавская Биармия — родственное название, но в оригинальной публикации Мурчисон ссылается именно на «ancient kingdom of Permia».

⁶ Альберти Ф. фон. Триасовая система. — 1834. Фридрих фон Альберти (1795–1878) — немецкий геолог. Название от греч. trias — «троица», из-за трёхчастного деления в Германии.

⁷ Гумбольдт А. фон. Jura-Kalkstein. — 1799; Броньяр А. terrains jurassiques. — 1829; Бух Л. фон. Юрская система. — 1839. Александр фон Гумбольдт (1769–1859) — великий немецкий натуралист и путешественник. Юра — горы на границе Швейцарии и Франции. Александр Броньяр (1770–1847) — французский геолог, впервые ввёл термин «юрский» в научный оборот. Леопольд фон Бух выделил Юру как систему в 1839 году.

⁸ Омалиус д'Аллуа Ж. Б. Меловая система. — 1822. Жан Батист Омалиус д'Аллуа (1783–1875) — французский геолог. Название от лат. creta — «мел».

⁹ Ардуино Д. Четырёхчленное деление горных пород. — 1759. Джованни Ардуино (1714–1795) — итальянский геолог, предложил деление пород на четыре «порядка» (ordini). Термин «четвертичный» ввёл Жюль Денуайе в 1829 году. Термин «антропоген» — принадлежность русской школы (А. П. Павлов, 1922).

¹⁰ Лайель Ч. Основные начала геологии. — СПб., 1866 (пер. А. Мина). Чарльз Лайель (1797–1875) — британский геолог, один из основоположников униформизма и принципа актуализма. В оригинале книга называется «Principles of Geology» (1830–1833).

¹¹ Гресли А. О фациях. — 1838. Аманц Гресли (1814–1865) — швейцарский геолог, ввёл понятие «фация» (от лат. facies — «лицо, облик») в геологию.

¹² Лейбниц Г.В. Письмо королеве Софии-Шарлотте. — 8 мая 1704 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646–1716) — великий немецкий философ и математик, предвосхитивший принцип актуализма.

¹³ Steno N. De solido intra solidum naturaliter contento (О твёрдом теле, естественно заключённом в твёрдом). — 1669. Николас Стенон (Нильс Стенсен, 1638–1686) — датский натуралист, основоположник стратиграфии.

¹⁴ Принцип включений. Сформулирован Стеноном в 1669 году. Ксенолит — от греч. xenos — «чужой» и lithos — «камень».

¹⁵ Принцип пересечения. Сформулирован Стеноном в 1669 году, развит позднее.

¹⁶ Принцип руководящих ископаемых. Основоположник — Уильям Смит (1769–1839), английский геолог, создатель первой детальной геологической карты целой страны — Англии и Уэльса (1815).

¹⁷ Международная стратиграфическая шкала утверждается Международной комиссией по стратиграфии (IUGS). Актуальная версия — 2023.

¹⁸ Идея цветового кодирования геологических карт принадлежит Уильяму Смиту (1815). Первую осознанную цветовую теорию для геологических карт применил Иоганн Вольфганг фон Гёте — автор «Учения о цвете» (1810). В 1821 году он консультировал Кристиана Кеферштайна при создании первой общегерманской геологической карты и предложил, в частности, для гранита чистый красный (кармин), а для базальта — чёрный. См.: Гёте И.В. Учение оцвете. — М.: Наука, 1996; Smith W. Table of Strata of England and Wales. — London, 1815.

Библиографический список к Главе 2

На кириллице:

Лайель Ч. Основные начала геологии. — СПб., 1866 (пер. А. Мина).Короновский Н.В. Общая геология: учебник для вузов. — М.: Издательство МГУ, 2006.Михайлова И.А., Бондаренко О.Б. Палеонтология. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГУ, 2006. — 592 с.Кривин Ф.Д. Избранное. — М.: Художественная литература, 1980.Гёте И.В. Учение о цвете. — М.: Наука, 1996.

На латинице:

Steno N. De solido intra solidum naturaliter contento. — Florence, 1669.Hutton J. Theory of the Earth. — Edinburgh, 1795.Smith W. Table of Strata of England and Wales. — London, 1815.Brongniart A. Tableau des terrains qui composent l'écorce du globe. — Strasbourg, 1829.International Commission on Stratigraphy (IUGS). International Chronostratigraphic Chart. — 2023.

Глава 3 Тектоника

Глава 3. Геотектоника: от хребтов до самых до окраин

Эпиграфы:

— Какой мокрый этот мир, — начинает Калоша. — Идёшь, идёшь — места сухого не встретишь. — Да что вы! — возражает Босоножка. — В мире совершенно сухо. — Да нет же, мокро! — Именно сухо!

Их споры обычно разрешает Комнатная Туфля: — Коллеги, оставьте бесполезные споры. Мир бывает и мокрым и сухим: мокрым — когда хозяйка моет пол, сухим — всё остальное время.

Ф. Кривин, «Научный спор»

В мире накопилось много гипотез, которые давно пора объяснить.

Ф. Кривин, «Объяснение гипотез»

[AD MARGINEM]Отступление необходимое

Здесь необходимо сделать отступление, без которого многое оставалось бы неясным.

Как бы я лично ни относился к тем или иным гипотезам и теориям, излагать обязан исходя из взглядов, которые нынче являются общепринятыми. «Излагая научные концепции, исследователь или преподаватель обязан представлять господствующую в науке точку зрения, даже если он лично с ней не согласен.». Я мог бы промолчать, неважно за кем они пришли, « ведь я не преподаватель» ( не пригодился) Но, тем не менее. Тут ничего не поделать. Описывая развитие Земли, можно, конечно, увильнуть от изложения господствующей ныне тектонической концепции тектоники плит (от англ. plate tectonics — плитная тектоника, в литературе часто используется транслитерация «плейттектоника») [1]

, но это превратило бы книгу в несмешной анекдот.

На сегодняшний день по уровню своего развития и способности объяснять геологические процессы равной концепции не существует, да что там равной, даже приблизительно такой же. Да, на фоне новых открытий и фактических данных к ней всё больше и больше вопросов, да во многом она превратилась в догму, но всё же, всё же...

Итак:

Стремление объяснить всё и сразу и в рамках одной теории — неотъемлемое свойство человеческого ума, хоть сумрачного, а хоть и светлого как фильтрованное пиво верхового брожения.

Если окинуть непредвзятым взглядом известные нам потуги групп людей на объяснение сразу всего, то мы увидим как шедевры, например, всемирный иудейско-масонский заговор, вихревые генераторы невероятного объёма энергии, так и добрые, ламповые концепции. Вспомните о планете Нибиру, рассмотрите плоды беспощадных трудов двух развеселых хронологов Фоменко с Носовским. Вы сами в обычной, повседневной жизни, наверняка много раз сталкивались и с носителями подобных всеобъясняющих гипотез.

К чему это я? А к тому, что всеобъясняющие концепции — страшная штука, и надо быть предельно осторожным, пытаясь примерить акуле монисто. Так вот, всегда были люди, считавшие, что все проблемы следует решать одним махом и с такой же скоростью. В науке они стремились к созданию теории, объясняющей всё. Это очень удобно, и работать надо гораздо меньше.

Бедой и обязательной стадией любого объяснения сущего является попытка натянуть это объяснение на весь земной шар, закрыть вопросы и войти в историю. Новые научные данные рождают новые ответы на старые вопросы.

От Нептунизма до Эволюционизма: как человечество искало единое объяснение

Или так: жил себе человек по фамилии Вернер (А.Г. Вернер, 1749–1817), жил и работал в Саксонии, путешествовал по Богемии и Силезии, исследовал местные породы и понял, что все породы отложены океаном. Вообще все. Сугубо все. Континенты геологически пассивны, а океаны меняют облик земли. Так возник Нептунизм (от лат. Neptunus — Нептун, римский бог морей; концепция, согласно которой все горные породы образовались из вод океана) [2]

. Название уводит нас в античное религиоведение, Нептун — бог вод, хозяин океана. А вот как там в других местах, Вернер не поинтересовался, а зря.

Проживающие не в Силезии — такие, как лёгкий на подъём, как и все шотландцы, геолог Дж. Хаттон (1726–1797), видели в своих исследованиях иную картину. Вулканические породы, застывшие лавы — повсюду. Так была создана концепция Плутонизма (от лат. Pluto — Плутон, римский бог подземного мира; концепция, объясняющая образование пород действием внутреннего тепла Земли и вулканизма) [3]

.

Кто же знал, что геолог Ж. Кювье (1769–1832) уже накопил данные об ископаемой фауне. Собрал всё вместе и развил и обосновал катастрофизм. Сам термин ввёл Уильям Уэвелл в 1832 году. Катастрофизм (от греч. katastrophē — переворот, поворот; концепция, объясняющая историю Земли цепью катастрофических событий) [4]

.

И кто бы мог подумать, что данные, собранные другими людьми в других местах, всерьёз противоречили, не вписывались в концепцию катастрофизма. Дж. Хаттон сформулировал униформизм (от лат. uniformis — единообразный; концепция, утверждающая, что геологические процессы в прошлом протекали так же, как и в настоящем), а Ч. Лайель (1797–1875) развил и популяризировал его, настаивая на том, что все процессы в прошлом планеты происходили так же, как в настоящем. Лайель говорил: «Настоящее — ключ к прошлому» [5]

. Актуализм (от лат. actualis — действительный, современный; принцип, утверждающий неизменность законов природы во времени) — более общий принцип; униформизм — его частное проявление [6]

.

Однако появление на свет таких людей, как Ж.Б. Ламарк (1744–1829) и Ч.Р. Дарвин (1809–1882), не прошло для всех вышеперечисленных концепций даром. Эволюционизм как философское направление возник раньше — идеи постепенного развития природы высказывались ещё в XVIII веке. Ламарк и Дарвин дали ему биологическое обоснование. Эволюционизм (от лат. evolutio — развёртывание; учение о постепенном развитии природы и общества) [7]

. Эволюционисты крайне внимательно изучали и океаны, и горные породы, и земную кору, и вулканизм, и всё-всё-всё. Они придавали огромное значение малейшим изменениям, запечатлённым природой. Точнее даже — последовательности этих изменений. К началу двадцатого века эта концепция стала основной. Именно из неё вышла первая действительно учитывающая большую часть геологических фактов теория.

Эволюция тектонических идей: краткий свод

Нептунизм (А.Г. Вернер, 1749–1817) — все породы образованы из вод океана. Отвергнута.Плутонизм (Дж. Хаттон, 1726–1797) — все породы образованы внутренним теплом Земли. Отвергнута.Катастрофизм (Ж. Кювье, 1769–1832) — история Земли — цепь катастроф. Отвергнут (частично).Униформизм / Актуализм (Ч. Лайель, 1797–1875) — процессы в прошлом = процессы в настоящем. Принят как принцип.Эволюционизм (Ламарк, Дарвин) — постепенное развитие природы. Принят.Теория геосинклиналей (Холл, Дана, Бертран) — закономерное, стадийное развитие Земли через прогибы и поднятия. Заменена.Расширяющаяся Земля (Линдеман, Кэри, Эдьед) — Земля расширяется, континенты раздвигаются. Отвергнута.Тектоника плит (Хесс, Дитц, Исакс и др.) — литосфера разделена на движущиеся плиты. Современная парадигма.Теория геосинклиналей

Именно она первой ввела в геологию представление о закономерном, стадийном развитии Земли [8]

. Собрала и систематизировала колоссальный фактический материал о строении складчатых областей [9]

. Заложила основы современной геодинамики и металлогении (науки о месторождениях полезных ископаемых) [10]

.

Основные идеи, авторы и эволюция

Теория геосинклиналей (от греч. gè — Земля и synklisis — наклон, прогиб) была первой глобальной тектонической концепцией, которая представила историю Земли как закономерный, стадийный процесс развития. Она господствовала в геологии с середины XIX до середины XX века, а её ключевые идеи сформировали основу для будущих геодинамических моделей [11]

.

1. Основоположники и предпосылки

1857 г. — Джеймс Холл (американский геолог) описал структуру Аппалачей, а в 1859 году высказал идею о геосинклинали. Он заметил, что толщина осадочных пород в горах значительно больше, чем на равнинах, и предположил, что в прошлом здесь существовал прогиб земной коры [12]1873 г. — Джеймс Дана (американский геолог) ввёл в науку термины «геосинклиналь» и «геоантиклиналь» (от греч. gè — Земля, anti — против и klisis — наклон; зона поднятия) и связал их с процессами горообразования. Он считал, что геосинклинали — это зоны длительного опускания, а горы — сжатые и поднятые участки таких прогибов [13]Важно: их идеи развивались в рамках контракционной гипотезы (от лат. contractio — сжатие), или гипотезы сжатия, согласно которой Земля постепенно остывает и «морщится», как печёное яблоко. Эта гипотеза была общепризнанной вплоть до открытия радиоактивности [14]2. Жизненный цикл геосинклинали

В развитии геосинклинали выделяли два главных этапа:

I. Геосинклинальный этап (преимущественное погружение и накопление осадков):

Закладывается глубокий морской бассейн (прогоб).Накапливаются мощные (до 10–15 км) толщи осадков и вулканитов.Этот этап длится десятки и сотни миллионов лет. [15]II. Орогенный этап (от греч. oros — гора и genes — рождающий), или этап горообразования:

Прогиб сменяется поднятием; осадки сминаются в складки, внедряются гранитные интрузии (от лат. intrusio — внедрение; магматическое тело, не дошедшее до поверхности и застывшее в глубине).В прогибах у подножия гор накапливаются обломочные породы — молассы (от греч. molassos — мягкий, рыхлый). [16]На месте геосинклинали вырастают горные хребты, а затем она превращается в стабильную платформу.Полный цикл длился 150–200 миллионов лет и назывался тектоническим циклом (циклом Бертрана) — в честь французского геолога Марселя Бертрана (1887), который первым систематизировал представления о циклах горообразования [17]

.

3. Ключевой механизм: изостазия

Главным физическим механизмом была изостазия (от греч. isos — равный и stasis — состояние; гравитационное равновесие земной коры). Термин введён американским геологом К. Дэттоном в 1889 году [18]

.

Что такое изостазия

Представьте, что земная кора — это плот, плавающий на поверхности вязкой мантии. Как и любой плавающий объект, кора стремится к равновесию [19]

.

В геологии сложилось две конкурирующие меж собою классические модели, предложенные независимо в 1855 году:

Модель Эри: кора имеет одинаковую плотность, но разную толщину. Горы — это участки с утолщённой корой, имеющей глубокие «корни», погружённые в мантию. Чем выше горы, тем глубже их корни (как у айсберга). [20]Модель Пратта: толщина коры везде одинакова, но блоки коры имеют разную плотность. Под горами кора более лёгкая, под океанами — более плотная. [21]Именно модель Эри (разная толщина коры) стала основной для объяснения горообразования [22]

.

Как изостазия управляет жизнью геосинклинали

Изостатическое равновесие работало как «встроенный регулятор» вертикальных движений коры.

Прогиб под тяжестью осадков. В геосинклинали накапливаются гигантские толщи осадков — это дополнительная нагрузка на кору. Равновесие нарушается, и кора начинает опускаться — происходит изостатический прогиб. Чем больше осадков, тем глубже прогиб. Это создаёт пространство для новых осадков, и процесс идёт по нарастающей. [23]Подъём при утолщении коры. Со временем осадки уплотняются, сминаются в складки, в них внедряются лёгкие гранитные массы. Кора становится толще. Утолщённая кора занимает больший объём при той же массе — она становится менее плотной, чем окружающая мантия. Равновесие снова нарушается, но теперь кора стремится не опуститься, а всплыть. Этот изостатический подъём приводит к образованию горных хребтов. [24]Эксгумация (от лат. exhumare — выкапывать, извлекать). Когда горы начинают разрушаться под действием эрозии (от лат. erosio — разъедание; процесс разрушения горных пород водой, ветром и льдом), их масса уменьшается. Кора под горами становится легче — и снова нарушается изостатическое равновесие. Чтобы восстановить его, кора начинает подниматься. Этот процесс называется эксгумацией. Именно он обнажает глубинные породы, которые когда-то залегали на больших глубинах. [25]Таким образом, изостазия объясняла, почему прогибы могут быть такими глубокими, почему они сменяются поднятиями и почему горы продолжают расти даже тогда, когда их разрушает эрозия. Это была стройная физическая модель — и она работала до тех пор, пока не понадобилось объяснять горизонтальные движения [26]

.

4. Движущие силы (эволюция представлений)

Представления о механизмах, обеспечивающих этапы развития геосинклиналей, эволюционировали вместе с наукой.

А) Контракционная гипотеза (середина XIX — начало XX в.)

Авторы: Леопольд фон Бух, Эли де Бомон, Джеймс Дана.Идея: Земля остывает и сжимается, создавая горизонтальные силы сжатия, которые сминают осадки в геосинклиналях в горы. [27]Б) Гипотеза подкоровых течений (1929)

Артур Холмс (английский геолог) в 1929 году предложил, что движущей силой являются конвекционные течения (от лат. convectio — перенесение) в мантии. Круговое движение мантии, подобно конвейерной ленте, переносит континенты и создаёт прогибы и поднятия. Эта идея предвосхитила тектонику плит. [28]В) Радиомиграционная гипотеза (глубинной дифференциации)

Автор: Владимир Владимирович Белоусов (советский геолог).Радиомиграционная гипотеза (гипотеза глубинной дифференциации), изложена в труде «Основные вопросы геотектоники» (1962). Считал, что главная сила — энергия радиоактивного распада, вызывающая вертикальные движения, дифференциацию вещества и формирование коры. Концепция отрицала крупные горизонтальные перемещения и была фиксистской (от лат. fixus — твёрдый, неподвижный). [29]5. Внутреннее строение

Зоны геосинклиналей не были однородны. Их разделяли на две главные части:

Эвгеосинклинали (от греч. eu — хорошо, истинно): внутренние, наиболее подвижные зоны, характеризовались высокой вулканической активностью, магматизмом и формировались, как позже выяснилось, на океанической коре. [30]Миогеосинклинали (от греч. meiōn — меньший): внешние, относительно малоподвижные зоны у окраин континентов, слабая вулканическая активность или её отсутствие. [31]Термины введены Гансом Штилле в 1941 году.

6. Причины кризиса

К середине XX века теория геосинклиналей вошла в противоречие с новыми данными. Главные проблемы:

Фиксизм: она отрицала крупные горизонтальные перемещения, что не соответствовало новым данным о строении океанического дна. [32]Новые открытия: в 1960-е годы были обнаружены срединно-океанические хребты, полосовые магнитные аномалии и начали разрабатываться гипотезы спрединга. [33]Новая парадигма: к концу 1960-х годов тектоника плит пришла на смену геосинклинальной теории. [34]7. Значение теории

Несмотря на то, что теория геосинклиналей была заменена, она сыграла огромную роль:

Предложила физический механизм изостатической регуляции, который продолжает использоваться в современной геологии для объяснения вертикальных движений коры. [35]

Теория расширяющейся Земли

Параллельно с геосинклинальной теорией, а затем и в противовес ей, в 1920–1960-е годы развивалась гипотеза расширяющейся Земли [36]

. Она предлагала альтернативное объяснение происхождения океанических впадин — не движением континентов, а раздвиганием материковых глыб вследствие увеличения радиуса Земли [37]

.

Основные постулаты:

В прошлом Земля была меньше, чем сейчас, и вся её поверхность была покрыта континентальной корой. [38]По мере расширения планеты континентальная кора растрескивалась, и между её блоками формировались океанические впадины. [39]Дрейф континентов — это не результат движения плит, а следствие увеличения площади земной поверхности. [40]Механизмы и силы (эволюция представлений):

Б. Линдеман (1927), О. Хильгенберг (1933), М.М. Тетяев (1934) предлагали свои варианты гипотезы, хотя причины расширения оставались неясными. [41]С. Кэри (1958), П. Иордан (1964), Л. Эдьед (1956–1961), К. Крир (1965) активно развивали гипотезу во второй половине XX века. [42]Космологическая гипотеза: некоторые учёные связывали расширение Земли с гипотезой Поля Дирака (1937) о постепенном уменьшении гравитационной постоянной во Вселенной. [43]С. Кэри (1976) оценивал возможный рост окружности Земли со времён мезозоя в несколько тысяч километров. [44]Критика и причины отказа:

Гипотеза не предлагала убедительного физического механизма, объясняющего постоянное расширение планеты. [45]Данные сейсмической томографии (от греч. tomos — сечение и graphō — пишу; метод трёхмерного изображения недр по сейсмическим данным) и гравиметрии не подтверждали значительного изменения радиуса Земли за последние миллиарды лет. [46]Открытие зон субдукции (от лат. subductio — подведение, поддвиг) показало, что океаническая кора не просто «раздвигается», но и поглощается в мантии, что делает ненужным предположение о расширении. [47]Несмотря на то, что гипотеза расширяющейся Земли была отвергнута в пользу тектоники плит, её идеи оказали влияние на становление мобилистских (от лат. mobilis — подвижный) представлений и продолжают обсуждаться некоторыми исследователями как альтернативная модель [48]

.

От Вегенера к тектонике плит

Вот мы и подошли к плейттектонике. Которая нынче: авангард постижения геологических процессов, руководящая и направляющая сила геологической науки. Идейное знамя Всемирной геологической мысли, путеводная звезда геологов всех стран в борьбе за снабжение ресурсами тех, кто платит. Проще говоря: «Учение это всесильно, потому что оно верно».

А начиналось всё с гипотезы «человека с ножницами».

Ещё в XVI веке фламандский картограф Абрахам Ортелий (1527–1598) обратил внимание на то, что очертания западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки почти идеально подходят друг к другу, а в XVII веке эту же мысль высказал Фрэнсис Бэкон [49]

. Однажды Альфред Вегенер, немецкий метеоролог, не пожалел географической карты, изрезал её портняжными ножницами крупповской стали и совместил контуры континентов. В конечном итоге этот поступок стоил ему жизни.

В самом простом виде смысл его гипотезы, предложенной в 1912 году, таков [50]

:

На основе совпадения береговых линий и других данных Вегенер предположил, что все современные материки когда-то были единым сверхконтинентом — Пангеей (от греч. pan — всё и gē — Земля) [51]

. По его мнению, около 200 миллионов лет назад, в конце триаса — начале юры, этот гигантский массив суши начал раскалываться, и его части постепенно разошлись, занимая современные положения и образуя Атлантический и другие океаны. Гранитные континенты «плавают» по базальтовой коре, поскольку гранит более лёгкий и менее плотный, нежели базальт [52]

.

Вегенер собрал множество доказательств в пользу своей гипотезы:

Геологические: сходство горных пород и структур по обе стороны океана. [53]Палеонтологические: одинаковые ископаемые организмы (например, листозавры — синапсиды, а не динозавры) на континентах, которые сейчас разделены океаном, при том, что они не могли пересечь такие водные преграды. [54]Палеоклиматические: следы древнего оледенения в Африке, Индии и Южной Америке, которые сегодня находятся в тёплых широтах. Это могло объясняться лишь тем, что эти материки когда-то лежали у Южного полюса. [55]Гранитные континенты, как корабли, плавают по базальтовому основанию. Когда-то все они были единым континентом. Горы образуются от столкновений, области растяжения — от движений в разные стороны.

И да — многое казалось верным, но вот самое главное — силы, которые приводят всё это в движение, так и не были найдены. Сил, возникающих за счёт вращения Земли, не хватало катастрофически [56]

. Гипотеза была отвергнута, революция не состоялась.

Дела Вегенера говорят о нём как о потрясающе целеустремлённом человеке, открытия которого до сих пор служат геологии. Он отработал методы палеоклиматологии, внёс значительный вклад в её развитие — науку, позволяющую восстанавливать климаты в разные геологические эпохи [57]

. Он исследовал множество геологических комплексов западной Африки и восточной Южной Америки, описал их строение [58]

. Изучил ареалы распространения многих животных, как существующих, так и ископаемых [59]

. Потрясающая работоспособность, великолепная лёгкость мышления, последовательность рассуждений, помноженные на немецкую добросовестную аккуратность. Настоящий человек науки и идеи.

Он и погиб в 1930 году, в Гренландии, где проводил комплексные исследования, включая геодезические, призванные подтвердить движение острова в сторону Европы [60]

.

В 1930 году Вегенер возглавил экспедицию в Гренландию для организации круглогодичной исследовательской станции «Айсмитте» в центре ледяного щита. Из-за айсбергов и задержек транспортировки припасы доставлялись с большим опозданием, из-за чего сотрудники на станции рисковали остаться без топлива и продовольствия на зиму. Вегенер лично повёл спасательный отряд из 15 собачьих упряжек, чтобы доставить им припасы [61]

.

30 октября, после изнурительного 40-дневного пути при температуре около −50 °С, Вегенер со спутниками добрался до «Айсмитте». Поздравив сотрудников с благополучной зимовкой, 1 ноября он отметил 50-летие на станции, а 2 ноября вышел в обратный путь к Западной станции [62]

.

Преодолев около 200 километров обратного пути в условиях полярной ночи и морозов около −50 °C, он скончался (его тело нашли в мае 1931 года в 189 км от Западной станции — не дойдя до неё почти половины пути). Причиной смерти стала, скорее всего, острая сердечная недостаточность, вызванная перегрузками, или отравление угарным газом от примуса. Тело Вегенера было обнаружено лишь в мае следующего года, похороненным в снегу его спутником, который сам погиб позже на обратном пути [63]

.

Великий человек, великая судьба.

Рождение тектоники плит: спрединг, субдукция и конвекция

Собственно, так и продолжалась бы далее, эволюционизм всё более избавлялся бы от умозрительности и менялся под воздействием установленных фактов как система научных взглядов, если бы не пытливые американские умы. По своему природному складу американцы — люди деловые, стремительные, мыслящие широко и внедряющие мгновенно. Не просто Сияющий Град на холме, но и непоседливый борец против Мирового Зла. Нет уголка в мире, в который американцы не принесли бы хоть что-нибудь.

То же самое случилось в геологии.

Один американский геолог, обладатель немецкой фамилии Хесс (Harry Hammond Hess), и его коллега Роберт Синклэйр Дитц (Robert Sinclair Dietz), американский геофизик по специальности, в конце пятидесятых годов, возмущённые неупорядоченностью геологии в целом, решили внедрить в жизнь планеты Универсальную систему. Систематическую систематизированную систему. Гарри Хесс — геолог, профессор Принстонского университета, в годы войны служил в ВМС США в звании капитана.

В 1968 г. была опубликована работа Брайана Исакса (Bryan Isacks), Джека Оливера (Jack Oliver), Линна Р. Сайкса (Lynn R. Sykes) — «Seismology and the New Global Tectonics». В дальнейшем, в учебной литературе, эту работу назвали «Иконой мобилизма». Желающие могут отыскать её и помолиться на языке оригинала.

С этих самых пор в своей теоретической части геологический мир был приведён в соответствие с требованиями плейттектоники.

Итак, в чём суть инвентаризации, затеянной этими добрыми людьми? Что подвигло их на подвиг поддвига, простите за каламбур. Два открытия легли в основу плейттектоники. Два открытия и гипотеза Вегенера, а также сейсмические данные о глубокофокусных землетрясениях, указавшие на зоны погружения плит, запустили эту чёртову карусель.

Одним из этих открытий были полосовые магнитные аномалии (неравномерности магнитного поля Земли, записанные в базальтах океанического дна), а вторым — срединно-океанические хребты (подводные горные цепи в центрах океанов, где, как полагают, рождается новая океаническая кора) [64]

. Срединно-океанические хребты открыты в 1950-е; полосовые магнитные аномалии — Вайном и Мэтьюзом в 1963 году. Хребты вы можете увидеть на физических картах мира, а полосовые аномалии — на картинках в поисковых системах интернета.

В самом общем виде картина формирования облика нашей планеты по плейттектонике выглядит следующим образом.

В районе срединно-океанических хребтов, согласно доминирующей точке зрения, происходит поступление расплавленного материала из недр нашей богоспасаемой планеты, формируя литосферную плиту (от греч. lithos — камень и sphaira — шар; твёрдая внешняя оболочка Земли, включающая кору и верхнюю часть мантии). Сама плита, таким образом, нарастает и движется прочь. На противоположном склоне хребта происходит то же самое.

Этот процесс пытливый ум Дитца назвал спредингом (от англ. spreading — расширение, распространение; процесс рождения новой океанической коры в срединно-океанических хребтах), все его сообщники радостно признали термин [65]

. А навело на эту мысль второе открытие. Суть его вот в чём: при остывании базальтов, после скачкообразного изменения свойств (при достижении точки Кюри (для магнетита — около 580 °C; для базальтов варьирует в зависимости от состава)), базальты приобретают намагниченность под воздействием магнитного поля Земли, а поскольку этому полю свойственно менять свои полюса (инверсия), то и в базальтах возникают полосовые магнитные аномалии, которые, по мнению сторонников модели, следует использовать и как доказательство спрединга, и как способ установления возраста пород и процессов, связанных с плейттектоникой [66]

.

То есть — плиты едут, и это, как предполагается, доказывается отражением инверсий (смен полярности) магнитных полюсов планеты на них.

— Нормально, Диц, — сказал Хесс...

— Отлично, Гесс, — сказал Диц...

А ещё океанические плиты, согласно модели, нарастая у срединно-океанических хребтов, передают давление континентальным плитам, и те перемещаются, соединяясь и разъединяясь друг с другом. Но возник вопрос — куда девать эти плиты на месте контакта (встречи) с континентами и гранитами, составляющими континенты? Ведь Земля — шар. Ничего не оставалось, как только предположить, что океаническая плита засовывается под континентальную. Засунули. Термин «субдукция» в современном смысле введён Дж. Оливером и Б. Исаксом в 1968 году — субдукция (от лат. subductio — подведение, поддвиг), и выделили зоны субдукции [67]

. Процесс пошёл.

НО.

Встала проблема, тем более неприятная, что вечная. Страшная суть её таилась в простом вопросе: а за чей счёт банкет, ребята? То есть — а кто всё это крутит-то?

Взгляд капитана упал на стакан.

— Конвекция! — сказал Гесс.

— Нормально, Гесс, — сказал Диц.

— Отлично, Диц, — сказал Гесс.

— Конвенция?! — удивились остальные заговорщики...

— Нет, конвекция, — и кивнул на кипящий чайник со свистком.

Конвекцию (от лат. convectio — перенесение) вы, уважаемые читатели, наблюдали не раз, перемешивая в стакане пищевую соду, чтобы залить изжогу от жизненных обстоятельств, например. Вы заставляли вещество перемещаться струями и потоками, такая конвекция называется принудительной. А та, про которую капитан, — тепловая, то есть в пресловутом чайнике вода под воздействием температуры перемещалась вверх и вниз, фактически по кругу, или, выражаясь напыщенно, циркулировала. Именно это явление и применили как мотор к спредингу в своей модели мира отцы плейттектоники.

И всё завертелось.

Точнее говоря, началась вакханалия. Плиты множились, дробились, континенты то ползали по глобусу как священные навозные жуки, то носились как зайцы с отдавленными тестикулами, сталкивались, слипались и разлипались, прихорашивались, пудрились и даже выпучивались в сторону Луны.

Ничто не могло и не может пока ещё остановить прогресс.

Основные положения современной модели (с оговорками)

Итак, согласно общепринятой сегодня, но не единственной точке зрения, литосфера Земли разделена на конечное число жёстких плит, которые, как полагают, движутся относительно друг друга [68]

.

Большинство исследователей сходятся во мнении, что движущей силой выступает тепловая конвекция в мантии, однако конкретные механизмы передачи энергии от мантийных течений к литосферным плитам остаются предметом дискуссий. Можно предположить, что главную роль играют гравитационное скольжение плит с океанических хребтов и «затягивание» их тяжёлыми холодными концами в зонах субдукции, хотя некоторые авторы придают большее значение базальному трению со стороны астеносферы (от греч. asthenēs — слабый и sphaira — шар; пластичный, частично расплавленный слой мантии, по которому движутся плиты) [69]

.

Типы границ и их современные проявления

Принято выделять три типа границ между плитами:

Расходящиеся (дивергентные, от лат. divergere — расходиться) — границы, где, как полагают, происходит наращивание новой океанической коры за счёт частичного плавления мантийного вещества. Примером служит Срединно-Атлантический хребет. Скорости спрединга, по имеющимся оценкам, варьируют от 1 до 15 см/год. [70]Сходящиеся (конвергентные, от лат. convergere — сходиться) — границы, где одна плита, согласно доминирующей модели, погружается под другую. Считается, что именно в этих зонах генерируются глубокофокусные землетрясения и формируются вулканические дуги. На фронте субдукции, по мнению многих геологов, формируется аккреционная призма (от лат. accretio — приращение, наращивание), или наращенный клин — клиновидное тело из осадочных пород, накапливающееся перед фронтом надвигающейся плиты. Она возникает, по-видимому, из осадков, которые «сдираются» с погружающейся океанической плиты и добавляются к краю континентальной плиты. Существование аккреционных призм считается одним из классических признаков субдукции, однако, как будет показано ниже, в древних толщах они почти не встречаются, что ставит под сомнение универсальность этого механизма. [71]Скользящие (трансформные, от лат. transformare — преобразовывать) — границы, где плиты скользят горизонтально относительно друг друга (например, разлом Сан-Андреас в Калифорнии). Эта категория наименее спорна в инструментальных наблюдениях. [72]Важно подчеркнуть, что все эти классификации хорошо работают для современной геологической эпохи, но их экстраполяция в прошлое сопряжена с серьёзными оговорками [73]

.

Применимость плитной модели к докембрию: дискуссионный вопрос

Наибольшие разногласия в сообществе вызывают попытки распространить тектонику плит на архей (от греч. archaios — древний; второй эон в истории Земли, 4,0–2,5 млрд лет назад) и ранний протерозой (от греч. proteros — первый, более ранний; третий эон, 2,5–0,54 млрд лет назад). В этой связи высказываются следующие осторожные соображения:

Древняя литосфера, как полагают на основании петрологических данных (данных о составе и строении горных пород), была горячее и менее мощной, что, по-видимому, могло препятствовать устойчивой субдукции. [74]Состав коры (преобладание тоналит-трондьемит-гранодиоритовых ассоциаций — так называемых ТТГ-комплексов) сильно отличается от современных офиолитов (фрагментов древней океанической коры), что заставляет некоторых специалистов интерпретировать архейские зелёнокаменные пояса не как аккреционные призмы, а как продукты внутрикоровых процессов. [75]Ряд авторов (например, Стерн, 2005, 2008) утверждает, что современный тип субдукции мог возникнуть лишь в конце архея или даже в протерозое; до этого, согласно их гипотезе, доминировали вертикальные тектонические режимы (стиль «сагдукт» или плюм-тектоника). [76]Таким образом, любой вывод о существовании древних зон субдукции следует рассматривать как рабочую гипотезу, а не как установленный факт [77]

.

Современные геологические открытия, противоречащие тектонике плит

Накопленные данные показывают, что теория нуждается в корректировках [78]

.

Внутриплитные деформации. Согласно классической модели, деформации должны быть сосредоточены на границах плит. Однако деформации нередко распределены по обширным внутриплитным областям (Центральная Азия, Тибет). [79] [80] [81]Внутриплитный вулканизм. Вулканы в центрах плит (Гавайи, Йеллоустоун) не объясняются границами плит. Для этого ввели гипотезу мантийных плюмов. [82] [83] [84] [85]Мантийная разнородность (образно — «ситцевая мантия»). Геохимические исследования показали, что мантия неоднородна — выделяются изотопные провинции, не перемешиваемые конвекцией миллиарды лет. [86] [87] [88] [89] [90] [91]Проблема запуска субдукции. Теория не может объяснить, как субдукция начинается. [92] [93] [94] [95] [96]Дрейф горячих точек. Горячие точки не стационарны, что подрывает палеореконструкции. [97] [98] [99] [100] [101]Отсутствие глаукофановых сланцев в архее. Глаукофановые сланцы — индикатор субдукции — не найдены в архее. [102] [103] [104] [105]Отсутствие аккреционных призм в архее. Аккреционные призмы — признак субдукции — не найдены в архее. [106] [107]Проблема коматиитов. Коматииты требуют высоких температур, несовместимых с субдукцией. [108] [109] [110]Геохимические индикаторы субдукции неоднозначны. Отрицательные аномалии Nb и Ti встречаются и в породах, не связанных с субдукцией. [111] [112] [113]Расхождения с геодезическими данными. GPS-измерения расходятся с предсказаниями жёсткой кинематики плит. [114] [115] [116]

Ограничения тектоники плит: сводный обзорКлассики: первые сомнения (1960–1990)

Уже в 1960-е годы Джон Уилсон — один из создателей плитно-тектонической революции — подчёркивал, что тектоника плит описывает поведение литосферы, но не объясняет его глубинных причин. Кейт Ранкорн в конце жизни также призывал не абсолютизировать плитную модель и обращал внимание на данные, не укладывающиеся в неё. В России Лев Лобковский и Анатолий Никишин давно указывают на роль мантийных плюмов, вертикальных потоков и вращения Земли — факторов, не учтённых классической моделью. Современные исследования по сейсмической томографии (Романовиц и Дзевонски), изотопной геохимии мантии (Джексон и др.) и палеомагнетизму древних пород (Тардуно и др.) показывают, что мантия устроена гораздо сложнее, чем предполагает классическая модель.

Сводные выводы

• Что объясняет, а что нет. Тектоника плит описывает движение литосферы, но не объясняет его причину.

• Мантия. Конвекция не универсальна; в мантии есть слои, плюмы и химические барьеры.

• Глубинные процессы. Вертикальные потоки (плюмы) могут быть независимым механизмом или даже причиной движения плит.

• История Земли. В докембрии тектоника плит могла не работать; возможно, современный плитнотектонический режим — это уникальный эпизод, а не вечный закон.

• Дополнительные факторы. Вращение Земли, приливные силы, химическая гетерогенность — возможные факторы, не учтённые классической моделью в полной мере.

• Статус модели. Это не «теория всего», а частный случай более общей системы; её абсолютизация тормозит науку.

Тектоника плит — одна из самых успешных моделей в геологии, но она не является универсальной. Уже в 1960-е Уилсон и Ранкорн указывали на её ограничения. Современные данные (томография, изотопия, численное моделирование) показывают, что мантия гораздо сложнее, чем предполагает классическая модель. Плюмы, химические барьеры и вертикальные потоки требуют пересмотра парадигмы.

Уилсон и Ранкорн об ограничениях тектоники плит

Джон Тузо Уилсон (1908–1993) — один из создателей плитно-тектонической революции. В 1968 году в журнале Geotimes он опубликовал эссе «A Revolution in Earth Science», в котором охарактеризовал происшедший переход к тектонике плит как революционный скачок в науках о Земле [117]

.

В дальнейшем Уилсон призывал к осторожности при переносе современных представлений на ранние этапы истории Земли, но не отказывался от тектоники плит. Он признавал, что перенос современных плитно-тектонических представлений на ранние этапы истории Земли носит спекулятивный характер, поскольку прямых свидетельств субдукции в архее у нас нет [118]

.

Кейт Ранкорн (1922–1995) — выдающийся британский геофизик. В конце жизни он обратил внимание на данные, не укладывающиеся в плитную модель. Ранкорн отмечал, что сейсмические томограммы дают статическую картину современного состояния мантии, и отождествление высокоскоростных тел с захороненными плитами — лишь одна из возможных интерпретаций. (Точные первоисточники поздних работ Ранкорна по этой теме требуют уточнения.)

Владимир Владимирович Белоусов и советская альтернатива

В.В. Белоусов (1907–1990) — выдающийся советский геолог, создатель радиомиграционной гипотезы, которая отрицала крупные горизонтальные перемещения и объясняла тектонические процессы вертикальными движениями [119]

. Его концепция была фиксистской [120]

.

Концепция Белоусова не была общепринята ни за пределами СССР, ни внутри страны — многие советские геологи приняли тектонику плит. Однако поднятые им проблемы — о природе вертикальных движений — вновь становятся актуальными [121]

.

Итог: необходимость пересмотра

Классическая тектоника плит остаётся основной парадигмой, но нуждается в корректировках. Перечисленные выше проблемы — внутриплитные деформации, «ситцевая мантия», проблема запуска субдукции, дрейф горячих точек, трудности применения модели к архею, расхождения с геодезическими данными и неоднозначность геохимических индикаторов — требуют учёта дополнительных факторов и, возможно, расширения самой парадигмы.

Сноски к Главе 3

1. Wilson J.T. Did the Atlantic Close and Then Re-open? // Nature, 1966, v. 211, p. 676–681.

2. Вернер А.Г. О внешних признаках ископаемых тел. — Лейпциг, 1774.

3. Hutton J. Theory of the Earth. — Edinburgh, 1795.

4. Cuvier G. Discours sur les révolutions de la surface du globe. — Paris, 1812.

5. Lyell C. Principles of Geology. — London, 1830–1833.

6. Хаттон Дж., Лайель Ч. — см. сноски 3 и 5.

7. Darwin C. On the Origin of Species. — London, 1859.

8. Hall J. Description and Systematic Arrangement of the Lower Silurian Rocks // Geological Survey of New York, Annual Report, 1859, p. 69–96. (Идея впервые представлена на заседании AAAS в 1857 г.)

9. Dana J.D. On some results of the Earth’s contraction from cooling including a discussion of the origin of mountains and the nature of the Earth’s interior // American Journal of Science, 3rd series, 1873, v. 5, p. 423–443 (продолжено в v. 6, p. 6–14, 104–115, 161–172).

10. Bertrand M. Sur les cycles orogéniques // Bulletin de la Société Géologique de France, 1887, v. 15, p. 365–381.

11. Хаин В.Е. Геосинклинальная теория и её эволюция // Геотектоника, 1972, № 1, с. 3–15.

12. Hall J. (1859) — см. сноску 8.

13. Dana J.D. (1873) — см. сноску 9.

14. Dana J.D. Manual of Geology. — Philadelphia, 1863.

15. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

16. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

17. Bertrand M. (1887) — см. сноску 10.

18. Dutton C.E. On Some of the Greater Problems of Physical Geology // Bulletin of the Philosophical Society of Washington, 1889, v. 11, p. 51–64.

19. Airy G.B. On the Computation of the Effect of the Attraction of Mountain-Masses // Philosophical Transactions of the Royal Society, 1855, v. 145, p. 101–104.

20. Pratt J.H. On the Attraction of the Himalaya Mountains // Philosophical Transactions of the Royal Society, 1855, v. 145, p. 53–100.

21. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

22. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

23. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

24. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

25. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

26. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

27. Dana J.D. (1863) — см. сноску 14.

28. Holmes A. Radioactivity and Earth Movements // Transactions of the Geological Society of Glasgow, 1929, v. 18, p. 559–606.

29. Белоусов В.В. Основные вопросы геотектоники. — М.: Госгеолтехиздат, 1962.

30. Штилле Г. Избранные труды. — М.: Мир, 1964. (Термины «эвгеосинклиналь» и «миогеосинклиналь» введены Штилле в 1941 г.)

31. Штилле Г. (1964) — см. сноску 30.

32. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

33. Vine F.J., Matthews D.H. Magnetic Anomalies over Oceanic Ridges // Nature, 1963, v. 199, p. 947–949.

34. Isacks B., Oliver J., Sykes L.R. Seismology and the New Global Tectonics // Journal of Geophysical Research, 1968, v. 73, p. 5855–5899.

35. Хаин В.Е. (1972) — см. сноску 11.

36. Carey S.W. The Expanding Earth. — Amsterdam: Elsevier, 1976.

37. Carey S.W. (1976) — см. сноску 36.

38. Carey S.W. (1976) — см. сноску 36.

39. Carey S.W. (1976) — см. сноску 36.

40. Carey S.W. (1976) — см. сноску 36.

41. Тетяев М.М. Основы геотектоники. — М.: Госгеолиздат, 1934. (Линдеман и Хильгенберг: см. обзор в Carey S.W. (1976) — сноска 36.)

42. Carey S.W. (1976) — см. сноску 36.

43. Dirac P.A.M. The Cosmological Constants // Nature, 1937, v. 139, p. 323.

44. Carey S.W. (1976) — см. сноску 36. (Оценка роста окружности Земли приводится по данным Кэри.)

45. McElhinny M.W. et al. Paleomagnetic Evidence for the Non-Expansion of the Earth // Nature, 1978, v. 271, p. 316–321.

46. McElhinny M.W. et al. (1978) — см. сноску 45.

47. McElhinny M.W. et al. (1978) — см. сноску 45.

48. Красилов В.А. Расширяющаяся Земля и тектоника плит // Геотектоника, 1980, № 2, с. 3–18.

49. Wegener A. Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. — Braunschweig, 1915.

50. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

51. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

52. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

53. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

54. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

55. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

56. Jeffreys H. The Earth: Its Origin, History and Physical Constitution. — Cambridge, 1924.

57. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

58. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

59. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

60. Wegener A. (1915) — см. сноску 49.

61. Вегенер А. Происхождение материков и океанов. — Л.: Наука, 1984 (перевод с нем. изд. 1929). — Обстоятельства гибели описаны в послесловии и биографических работах.

62. Вегенер А. (1984) — см. сноску 61.

63. Вегенер А. (1984) — см. сноску 61.

64. Vine F.J., Matthews D.H. (1963) — см. сноску 33.

65. Dietz R.S. Continent and Ocean Basin Evolution by Spreading of the Sea Floor // Nature, 1961, v. 190, p. 854–857.

66. Vine F.J., Matthews D.H. (1963) — см. сноску 33.

67. Isacks B., Oliver J., Sykes L.R. (1968) — см. сноску 34.

68. Le Pichon X. Sea-Floor Spreading and Continental Drift // Journal of Geophysical Research, 1968, v. 73, p. 3661–3697.

69. Turcotte D.L., Schubert G. Geodynamics. — Cambridge University Press, 2002.

70. DeMets C. et al. Current Plate Motions // Geophysical Journal International, 1990, v. 101, p. 425–478.

71. Isacks B., Oliver J., Sykes L.R. (1968) — см. сноску 34.

72. DeMets C. et al. (1990) — см. сноску 70.

73. Stern R.J. Evidence from Ophiolites, Blueschists, and UHP Terranes that the Modern Episode of Subduction Tectonics Began in Neoproterozoic Time // Geology, 2005, v. 33, p. 557–560.

74. Bédard J.H. A Stagnant-Lid Model for the Archean Earth // Precambrian Research, 2006, v. 148, p. 149–183.

75. Moyen J.-F. The Archaean TTG Suite: An Overview // Lithos, 2011, v. 123, p. 1–18.

76. Stern R.J. (2005) — см. сноску 73; Stern R.J. Modern-style Plate Tectonics Began in the Neoproterozoic // Geology, 2008, v. 36, p. 755–756.

77. Hamilton W.B. Archean Magmatism and Deformation Were Not Products of Plate Tectonics // Precambrian Research, 1998, v. 91, p. 143–179.

78. Лобковский Л.И. Тектоника плит и геодинамика: проблемы и перспективы // Физика Земли, 2005, № 5, с. 3–17.

79. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И. Палеогеодинамика. — М.: Наука, 1992.

80. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И. (1992) — см. сноску 79.

81. Лобковский Л.И. (2005) — см. сноску 78.

82. Wilson J.T. A Possible Origin of the Hawaiian Islands // Canadian Journal of Physics, 1963, v. 41, p. 863–870.

83. Morgan W.J. Convection Plumes in the Lower Mantle // Nature, 1971, v. 230, p. 42–43.

84. Anderson D.L. The Thermal State of the Earth’s Interior // Physics of the Earth and Planetary Interiors, 2004, v. 146, p. 1–10.

85. Лобковский Л.И. Современные проблемы геодинамики и тектоники плит. — М.: Наука, 2016.

86. Allegre C.J. et al. The Chemical Structure of the Mantle // Journal of Geophysical Research, 1982, v. 87, p. 1903–1924.

87. Jackson M.G., Carlson R.W. An Ancient Recipe for Flood-Basalt Genesis // Nature, 2019, v. 566, p. 219–222.

88. Jackson M.G., Carlson R.W. (2019) — см. сноску 87.

89. Turcotte D.L., Schubert G. (2002) — см. сноску 69.

90. Лобковский Л.И. (2005) — см. сноску 78.

91. Лобковский Л.И. (2016) — см. сноску 85.

92. Stern R.J. Subduction Initiation: Spontaneous and Induced // Earth and Planetary Science Letters, 2004, v. 226, p. 275–292.

93. Stern R.J. (2004) — см. сноску 92.

94. Stern R.J. (2004) — см. сноску 92.

95. Van Hinsbergen D.J.J. et al. Subduction Initiation and the Origin of the Tethyan Ophiolites // Gondwana Research, 2019, v. 66, p. 1–16.

96. Palin R.M., White R.W. The Initiation of Subduction // Geology, 2016, v. 44, p. 795–798.

97. Tarduno J.A. et al. The Emperor Seamounts: Southward Motion of the Hawaiian Hotspot // Science, 2003, v. 301, p. 1064–1069.

98. Doubrovine P.V. et al. A Global Set of Hotspot Tracks and Their Implications for Plate Tectonics // Tectonophysics, 2012, v. 540, p. 1–25.

99. Koppers A.A.P. et al. Pacific Plate Motion and the Hawaii-Emperor Bend // Nature Geoscience, 2012, v. 5, p. 840–845.

100. Doubrovine P.V. et al. (2012) — см. сноску 98.

101. Tarduno J.A. et al. (2003) — см. сноску 97.

102. Hamilton W.B. (1998) — см. сноску 77.

103. Stern R.J. (2005) — см. сноску 73.

104. Bédard J.H. (2006) — см. сноску 74.

105. Bédard J.H. (2006) — см. сноску 74.

106. Hamilton W.B. (1998) — см. сноску 77.

107. Hamilton W.B. (1998) — см. сноску 77.

108. Arndt N.T. et al. Komatiites: Petrology, Geochemistry, and Genesis // Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2008, v. 66, p. 141–187.

109. Foley S.F. A Reappraisal of the Origin of Basaltic Magmas in the Archean // Precambrian Research, 2003, v. 124, p. 273–298.

110. Condie K.C. Earth as an Evolving Planetary System. — Amsterdam: Elsevier, 2005.

111. Bédard J.H. (2006) — см. сноску 74.

112. Rollinson H. The Archaean: A Review of the Evidence for Plate Tectonics // Precambrian Research, 2007, v. 158, p. 89–107.

113. Bédard J.H. (2006) — см. сноску 74; Rollinson H. (2007) — см. сноску 112.

114. DeMets C. et al. (1990) — см. сноску 70.

115. Kreemer C., Blewitt G., Klein E.C. A geodetic plate motion and Global Strain Rate Model // Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2014, v. 15, p. 3849–3889.

116. Kreemer C. et al. (2014) — см. сноску 115.

117. Wilson J.T. A Revolution in Earth Science // Geotimes, 1968, v. 13, № 10, p. 10–16.

118. Wilson J.T. (1966) — см. сноску 1.

119. Белоусов В.В. (1962) — см. сноску 29.

120. Белоусов В.В. (1962) — см. сноску 29.

121. Белоусов В.В. Земная кора и верхняя мантия океанов. — М.: Наука, 1966.

Библиографический список к Главе 3

На кириллице:

1. Вегенер А. Происхождение материков и океанов. — Л.: Наука, 1984 (перевод с нем. изд. 1929).

2. Белоусов В.В. Основные вопросы геотектоники. — М.: Госгеолтехиздат, 1962.

3. Белоусов В.В. Земная кора и верхняя мантия океанов. — М.: Наука, 1966.

4. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И. Палеогеодинамика. — М.: Наука, 1992.

5. Лобковский Л.И. Тектоника плит и геодинамика: проблемы и перспективы // Физика Земли, 2005, № 5, с. 3–17.

6. Лобковский Л.И. Современные проблемы геодинамики и тектоники плит. — М.: Наука, 2016.

7. Хаин В.Е., Лобковский Л.И. Геодинамика и тектоника плит: итоги и перспективы // Геотектоника, 2012, № 4, с. 3–15.

8. Хаин В.Е. Геосинклинальная теория и её эволюция // Геотектоника, 1972, № 1, с. 3–15.

9. Красилов В.А. Расширяющаяся Земля и тектоника плит // Геотектоника, 1980, № 2, с. 3–18.

10. Тетяев М.М. Основы геотектоники. — М.: Госгеолиздат, 1934.

11. Штилле Г. Избранные труды. — М.: Мир, 1964.

На латинице:

1. Airy G.B. On the Computation of the Effect of the Attraction of Mountain-Masses // Phil. Trans. R. Soc., 1855, v. 145, p. 101–104.

2. Allegre C.J. et al. The Chemical Structure of the Mantle // JGR, 1982, v. 87, p. 1903–1924.

3. Anderson D.L. New Theory of the Earth. — Cambridge University Press, 2007.

4. Arndt N.T. et al. Komatiites: Petrology, Geochemistry, and Genesis // Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2008, v. 66, p. 141–187.

5. Bédard J.H. A Stagnant-Lid Model for the Archean Earth // Precambrian Research, 2006, v. 148, p. 149–183.

6. Bertrand M. Sur les cycles orogéniques // Bull. Soc. Géol. France, 1887, v. 15, p. 365–381.

7. Carey S.W. The Expanding Earth. — Amsterdam: Elsevier, 1976.

8. Condie K.C. Earth as an Evolving Planetary System. — Amsterdam: Elsevier, 2005.

9. Cuvier G. Discours sur les révolutions de la surface du globe. — Paris, 1812.

10. Dana J.D. On some results of the Earth’s contraction from cooling... // Am. J. Sci., 3rd ser., 1873, v. 5, p. 423–443 (продолжено в v. 6).

11. Darwin C. On the Origin of Species. — London, 1859.

12. DeMets C. et al. Current Plate Motions // GJI, 1990, v. 101, p. 425–478.

13. Dietz R.S. Continent and Ocean Basin Evolution by Spreading of the Sea Floor // Nature, 1961, v. 190, p. 854–857.

14. Dirac P.A.M. The Cosmological Constants // Nature, 1937, v. 139, p. 323.

15. Dutton C.E. On Some of the Greater Problems of Physical Geology // Bull. Phil. Soc. Washington, 1889, v. 11, p. 51–64.

16. Foley S.F. A Reappraisal of the Origin of Basaltic Magmas in the Archean // Precambrian Research, 2003, v. 124, p. 273–298.

17. Hall J. Description and Systematic Arrangement of the Lower Silurian Rocks // Geol. Survey of New York, Annual Report, 1859.

18. Hamilton W.B. Archean Magmatism and Deformation Were Not Products of Plate Tectonics // Precambrian Research, 1998, v. 91, p. 143–179.

19. Holmes A. Radioactivity and Earth Movements // Trans. Geol. Soc. Glasgow, 1929, v. 18, p. 559–606.

20. Hutton J. Theory of the Earth. — Edinburgh, 1795.

21. Isacks B., Oliver J., Sykes L.R. Seismology and the New Global Tectonics // JGR, 1968, v. 73, p. 5855–5899.

22. Jackson M.G., Carlson R.W. An Ancient Recipe for Flood-Basalt Genesis // Nature, 2019, v. 566, p. 219–222.

23. Jeffreys H. The Earth: Its Origin, History and Physical Constitution. — Cambridge, 1924.

24. Koppers A.A.P. et al. Pacific Plate Motion and the Hawaii-Emperor Bend // Nature Geoscience, 2012, v. 5, p. 840–845.

25. Kreemer C., Blewitt G., Klein E.C. A geodetic plate motion and Global Strain Rate Model // Geochem., Geophys., Geosyst., 2014, v. 15, p. 3849–3889.

26. Le Pichon X. Sea-Floor Spreading and Continental Drift // JGR, 1968, v. 73, p. 3661–3697.

27. Lyell C. Principles of Geology. — London, 1830–1833.

28. McElhinny M.W. et al. Paleomagnetic Evidence for the Non-Expansion of the Earth // Nature, 1978, v. 271, p. 316–321.

29. Moyen J.-F. The Archaean TTG Suite: An Overview // Lithos, 2011, v. 123, p. 1–18.

30. Morgan W.J. Convection Plumes in the Lower Mantle // Nature, 1971, v. 230, p. 42–43.

31. Palin R.M., White R.W. The Initiation of Subduction // Geology, 2016, v. 44, p. 795–798.

32. Pratt J.H. On the Attraction of the Himalaya Mountains // Phil. Trans. R. Soc., 1855, v. 145, p. 53–100.

33. Stern R.J. Evidence from Ophiolites, Blueschists, and UHP Terranes... // Geology, 2005, v. 33, p. 557–560.

34. Stern R.J. Modern-style Plate Tectonics Began in the Neoproterozoic // Geology, 2008, v. 36, p. 755–756.

35. Stern R.J. Subduction Initiation: Spontaneous and Induced // EPSL, 2004, v. 226, p. 275–292.

36. Tarduno J.A. et al. The Emperor Seamounts: Southward Motion of the Hawaiian Hotspot // Science, 2003, v. 301, p. 1064–1069.

37. Turcotte D.L., Schubert G. Geodynamics. — Cambridge University Press, 2002.

38. Van Hinsbergen D.J.J. et al. Subduction Initiation and the Origin of the Tethyan Ophiolites // Gondwana Research, 2019, v. 66, p. 1–16.

39. Vine F.J., Matthews D.H. Magnetic Anomalies over Oceanic Ridges // Nature, 1963, v. 199, p. 947–949.

40. Wegener A. Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. — Braunschweig, 1915.

41. Wilson J.T. Did the Atlantic Close and Then Re-open? // Nature, 1966, v. 211, p. 676–681.

42. Wilson J.T. A Revolution in Earth Science // Geotimes, 1968, v. 13, № 10, p. 10–16.

Глава 4 Магматизм

Глава 4. Огонь, вода и воздух

У вулканов много тепла, которое они спешат поскорей отдать и потому извергают его, обжигая, но не согревая… Теплоту ведь тоже нужно уметь отдать. Чтобы благие порывы не стали стихийными бедствиями.

Ф. Кривин, «Вулканы»

Между атмосферой и океаном постоянный взаимообмен: атмосфера даёт океану воздух, океан даёт атмосфере воду. Без воды не проживёшь, как без воздуха. Но и без воздуха не проживёшь. Как без воды. Океану нужен воздух — для жизни. Атмосфере нужна вода — для жизни. Жизнь за жизнь. Кипит жизнь в океане, и кипит жизнь на земле. Вот что значит взаимообмен, взаимовыручка.

Ф. Кривин, «Вода и воздух»

В Главе 2 мы разобрались, как устроена геохронологическая шкала — тот самый календарь, по которому геологи измеряют время. В Главе 3 мы узнали, как движутся плиты земной коры, и почему эта теория — всего лишь модель, а не истина в последней инстанции. Сейчас постараемся понять как на планете появились океан и атмосфера, без которых не было бы ни жизни, ни нас.

И вот тут не обойтись без вулканов.

Магматизм (от греч. magma — «густая мазь», «тесто») — это рождение в глубинах Земли (в мантии и коре) огненно-жидких силикатных расплавов (реже — иного состава), подъём их вверх, внедрение в пласты земной коры или излияние на дневную поверхность. Это один из главных способов, коими строится и перестраивается земная кора. От самых первых до самых последних времён.

Магма и лава: определения с образом

Магма — по определению профессора Павла Юрьевича Плечова (геологический факультет МГУ) — это «сложная многокомпонентная смесь магматического расплава, кристаллов и флюидной фазы, способная к перемещению в земной коре»[1]. Для наглядности профессор Плечов предлагает сравнение:

Расплав + флюиды + кристаллы + T, P = Магма

Это как Вода + соль + крупа + T = Каша

Точно так же, как в каше есть жидкая основа, твёрдые частицы (крупа) и соль, которая влияет на вкус и свойства, в магме есть жидкая часть — расплав, твёрдая — кристаллы минералов, и летучая, газообразная — флюидная фаза (от лат. fluidus — «текучий, жидкий»). Именно эта «приправа» из газов и воды делает магму подвижной и определяет характер будущего извержения. Когда эта «каша» оказывается на поверхности, она теряет флюиды (газовую составляющую, пары) и становится лавой (от итал. lava — «поток», возможно, от лат. labes — «обвал, падение»). А процесс излияния называется вулканизмом (от лат. Vulcanus — имя римского бога огня и кузнечного дела). Именно процессу выделения газов и пара из лав (дегазации, от лат. de- — «отделение» и gas — «газ») мы обязаны возникновением на Земле океанов и атмосферы.

[AD MARGINEM] О каше, скороварке и холестерине Земли

В небесах есть хляби, в смысле непогоды с дождём и слякотью. И это блаженство прохлады, звука падения капель, серой тишины, крепкого сна. Выходной, дождь, который уж точно «дощь», физкультура и валяние. Лучшее восстановление после жизни в жару.

Сегодня смотрел на прозрачный чайник, он закипал, горячая вода порождала пузыри флюидов, те срывались со дна и устремлялись. Да, устремлялись. Невольно подумалось о скороварке и следом, сразу же, о магматизме. И в самом деле, литосфера — это твёрдая внешняя оболочка Земли, которая включает земную кору и верхнюю мантию, хотя и вся мантия, а это 2900 км, вплоть до границы с жидким внешним ядром, тоже твёрдая — но литосфера включает лишь её верхнюю часть. Всё твёрдое, прямо, но геофизики говорят — пластичное. (Тут важно уточнить: «твёрдость» мантии — не бытовая. На коротких, человеческих временах она ведёт себя как твёрдое тело, но на геологических, миллионолетних — течёт, как очень вязкая жидкость. Это вязко-упругое поведение, и именно оно делает возможной конвекцию.)

А откуда магма тогда? Почему вещество литосферы плавится, несмотря на огромное давление, а именно давление плавиться и не позволяет? Изложу одну из многочисленных точек зрения на этот вопрос. Прошу помнить, что вы можете, но не обязаны думать по-другому. Даже если вы геолог.

Так вот, с моей скромной точки зрения, «есть два путя». Может и поболее, но полагаю два основными — резкое падение давления в мантии и земной коре, связанное со структурными её изменениями. То есть с проявлениями тектоники.

Для самых развитых читателей, тех, кто всегда на шаг впереди науки, поясню: тектоника и геотектоника — это наука о структуре, движениях, развитии и деформациях литосферы, то есть земной коры и внешней мантии, а столь любимая всеми «тектоника плит» есть малюсенькая часть «тектоники вообще».

Тектонические нарушения ведут к плавлению пород на больших глубинах и к образованию магмы, в случае соблюдения условий широты взглядов и размаха действий. Например, магматическая активизация в зонах растяжения (рифтах) связана именно с этим. То же самое касается срединно-океанических хребтов, там уже в силу подъёма мантийного вещества и падения давления образуются магматические очаги.

Второе действо — переработка блоков, тем или иным путём оказавшихся на глубине. Иной химизм, дегидратация (извлечение воды из минералов) ведёт к тому, что породы плавятся и при очень высоком давлении. Где и как это происходит — тайна великая есть, но происходит, тому порукою существование гнейсов и метаморфических пород вообще. Не в смысле их плавления (расплавленные метаморфические породы перестают быть метаморфическими), а в смысле самого существования. Те же гнейсы — это породы, подвергшиеся высокотемпературному метаморфизму, бывшие граниты или осадочные породы, оказавшиеся глубоко и надолго. Хотите — вплетайте субдукцию, хотите — базификацию, я сделаю вид, что мне всё равно.

Так вот и плавится то, что плавиться не должно бы. Скорее даже заметка, чтобы помнить. Всё возможно, если хорошо растрескать и добавить воды.

Если угодно, то магма — это холестерин Земли. В том смысле, что она заделывает бреши в её твёрдой оболочке и иногда производит тромбы. Жизненно.

Вулканизм как главный двигатель

Что такое вулканизм в целом, как явление? Мне кажется наиболее верным определение: «Совокупность всех процессов, связанных с рождением, подъёмом и излиянием на поверхность Земли (и других планет) расплавленных глубинных масс — магмы, а также сопровождающих их газов и водных растворов. Составная часть магматизма».

Сейчас мы понимаем, какими бывают вулканы, наблюдаем их, исследуем. С катархейскими поверхностными проявлениями магматизма всё гораздо сложнее. Прошла бездна лет, у нас есть только следы. Но результаты работ по моделированию раннего магматизма и геохимии мантии говорят нам — скорее всего преобладали трещинные излияния (в русской геологической традиции — линейные излияния): лава выходила на поверхность не из одного центрального кратера, а из длинной трещины в земной коре (или из цепочки кратеров, выстроившихся вдоль неё).

Трещинный вулканизм — явление, которое можно наблюдать и теперь. На полуострове Рейкьянес (юго-запад Исландии) с 2021 года происходит серия трещинных извержений, которая, по мнению учёных, может продлиться годы и даже десятилетия[2]. Исследователи из Уппсальского университета и других институтов, проанализировав сейсмические и геохимические данные, пришли к выводу, что магма поступает из общей камеры на глубине 9–12 км, что указывает на возможность повторяющихся извержений в будущем[2]. Это настоящий вулканический цикл, пробудившийся после почти 800-летнего затишья.

Масштаб событий. В июле 2025 года произошло извержение, в результате которого в земле образовалась трещина длиной от 700 до 1000 метров[3]. По данным Исландского метеорологического управления (IMO), к этому моменту это было уже 12-е подобное событие в регионе с 2021 года[3].

Трещинные извержения происходили на острове в историческое время (историческое время — это период от появления письменности до наших дней) [4]. В 1783–1784 годах произошло катастрофическое извержение трещинного вулкана Лаки. Трещина длиной 25 км извергла около 15 км³ лавы, залив площадь около 565 км²[5]. Выбросы ядовитых газов уничтожили большую часть скота на острове, а последовавший голод привёл к гибели около 10 тысяч человек — примерно 20% населения Исландии того времени [5].

Ещё один крупный трещинный вулкан Исландии — Катла под ледником Мирдальсйёкюдль. Это один из самых активных вулканов страны, который извергался не менее 20 раз с 1100 года [6]. Последнее крупное извержение произошло в 1918 году [6].

Велики были размеры подводных лавовых излияний — потоки растекались на сотни километров, формируя обширные подводные плато.

А вот общеизвестные конусообразные вулканы (стратовулканы, шлаковые конусы) формируются при извержениях, когда магма поднимается по центральному каналу, а вулканический пепел и обломки пород откладываются вокруг этого канала, постепенно создавая характерную гору. Для такой постройки нужна мощная, прочная кора, способная выдерживать давление и удерживать магму в одном месте (очаге). Для того чтобы вырос классический вулкан-конус, магма должна долгое время подниматься на поверхность по одному и тому же пути — через одну и ту же трещину или разлом. Если кора тонкая и нестабильная (как в катархее), каждая новая порция магмы будет пробивать себе новое отверстие в новом месте. Вместо одного вулкана образуется множество мелких трещин или шлаковых конусов, разбросанных по площади.

Кроме того, предполагается существование взрывного вулканизма, а именно: катастрофические выбросы газов из мантии («прорывы» газовых пузырей), создававшие гигантские взрывные структуры. Одна из главных причин таких взрывов — глобальная дегазация мантии. По гипотезе И.А. Резанова (1990), не получившей широкого признания, в катархее в верхней мантии скопилось огромное количество газов, растворённых в магме. Эти газы выделялись («вскипали»), когда давление в мантийных очагах резко падало, например, из-за снижения давления плотной атмосферы[7]. Над магматическими очагами формировались гигантские газовые «шапки», которые, прорывая сквозь всё ещё тонкую и горячую кору, вырывались наружу в виде гигантских газовых пузырей. Прорыв таких пузырей и создавал характерные для катархея гнейсовые овалы — округлые структуры от десятков до сотен километров в поперечнике (по некоторым оценкам — до 800 км)[7]. Однако современная геология объясняет образование гнейсовых овалов иначе: гравитационной нестабильностью плотной нижней коры относительно более лёгкой верхней, её частичным плавлением и диапировым подъёмом. Эта модель, разделяемая большинством исследователей, не требует привлечения газовых диапиров и лучше согласуется с данными по метаморфизму и структурной геологии древнейших щитов.

Гнейсовые овалы — гигантские (десятки–сотни км в поперечнике) округлые или овальные структуры в древнейших породах земной коры (катархей–архей).

(В отличие от катархея, архей является официальным подразделением высшего ранга (акротемой) в русской ОСШ, хотя его внутреннее деление отличается от международного .

Датировки: Нижняя граница архея в ОСШ России не имеет официального определения и остаётся «плавающей» (часто принимается у отметки ~4,0 млрд лет). Верхняя граница — чёткая и совпадает с международной: 2500 млн лет)

Гнейс (от нем. Gneis, возможно, от др.-в.-нем. qneistan — «искриться, сверкать») — это метаморфическая горная порода (от греч. metamorphosis — «превращение»), образовавшаяся при высоких температурах и давлениях из гранитов или осадочных пород. Метаморфическая порода — это горная порода, которая претерпела изменения в твёрдом состоянии под действием высокой температуры, высокого давления и химически активных флюидов (газов и растворов) в земной коре. Если она плавится, то пересает быть метоморфической.

Свою роль играли и события, спровоцированные мощными ударами из космоса (импактами, от лат. impactus — «удар»), которые нарушали целостность коры и запускали цепную реакцию вулканизма.

Атмосфера

Первичная атмосфера (от греч. atmos — «пар» и sphaira — «шар») существовала в течение первых 100–500 миллионов лет истории Земли (от ~4,6 до ~4,1 млрд лет назад) и состояла из лёгких газов — водорода (H₂) и гелия (He), захваченных из протопланетного облака[8].

Прямых образцов первичной атмосферы не сохранилось. Её состав восстанавливают косвенными методами[8]:

Сравнительная планетология: состав выводится из состава солнечной туманности — исходного вещества, из которого формировалась Солнечная система (похож на современные атмосферы планет-гигантов).Анализ изотопов благородных газов: почти полное отсутствие в земной атмосфере неона, аргона, криптона и ксенона (по сравнению с их содержанием в солнечной туманности) указывает на то, что первичная атмосфера была потеряна. В древнейших породах и мантии сохранились следы солнечного неона (²⁰Ne/²²Ne), что является прямым свидетельством её существования[8].Экспериментальная петрология (от греч. petros — «камень» и logos — «учение») — моделирование застывания расплавленной магмы, которая «запоминала» состав окружающей атмосферы.Изучение древнейших минералов: изотопный анализ цирконов из Джек-Хиллс (Австралия, возраст 4,4 млрд лет) позволяет судить о составе атмосферы того времени (в частности, о присутствии воды)[9].Отчего же эта атмосфера нас покинула? Дело в том, что Земля никогда не могла и не может теперь удержать лёгкие газы — водород и гелий. Тяготения Земли недостаточно: на большой высоте, в верхних слоях атмосферы, где газ сильно разрежен, некоторые молекулы водорода и гелия могут развивать скорости, достаточные для преодоления земного притяжения[10]. Солнечный ветер — поток заряженных частиц от Солнца — ускорял этот процесс, особенно в катархее, когда у Земли ещё не было мощного магнитного поля. В результате первичная атмосфера постепенно почти полностью рассеялась, и на смену ей, не менее постепенно, пришла вторичная атмосфера — из газов, предоставленных магматизмом. Ключевой процесс — дегазация мантии («газовое дыхание» Земли).

По современным оценкам, основанным на геохимических моделях, около 75% нерадиогенных газов (то есть газов, не образующихся при радиоактивном распаде) поступило в атмосферу на очень раннем этапе истории Земли — возможно, в течение первых сотен миллионов лет её существования[11]. Ударное выделение газов (импактная дегазация) — дополнительный источник: удары комет и астероидов высвобождали газы, заключённые в их веществе.

Состав вторичной атмосферы и понятие «восстановительной среды»

Вторичная атмосфера была восстановительной — именно так называется среда, в которой почти нет свободного кислорода.

В металлургии «восстановительной атмосферой» называют газовую среду, которая способствует удалению кислорода из материалов, помещённых в печь. Это происходит при повышенной температуре, когда газы вступают в химическую реакцию с оксидами металлов.

Классический пример — восстановление оксида меди (CuO) до чистой меди (Cu) с помощью угарного газа (CO):

CuO + CO → Cu + CO₂

Реакция происходит, когда в печи создаётся среда с преобладанием восстановителей (CO, H₂) и недостатком кислорода. Именно эту среду и называют восстановительной.

Восстановительный характер атмосферы в катархее (и в архее в целом) был установлен с помощью нескольких независимых методов[12].

Состав (в порядке убывания):

Водяной пар (H₂O)Углекислый газ (CO₂, или «углекислота»)Азот (N₂)Метан (CH₄, или «болотный газ»)Сероводород (H₂S, или «сернистый водород»)Аммиак (NH₃, или «нашатырный газ»)Почему такой состав? Восстановительный характер ранней мантии (низкая летучесть кислорода) определял состав вулканических газов: свободный O₂ в них почти не выделялся.

Летучесть (от лат. fugax — «летучий, склонный к бегству», того же корня, что и «фуга» — побег; в англоязычной литературе — fugacity) — термодинамическая величина, которая характеризует «стремление» вещества покинуть данную фазу и перейти в другую. Грубо говоря, это «эффективное давление» газа: чем выше летучесть кислорода в расплаве или породе, тем больше кислород «хочет» выйти наружу. В ранней мантии Земли летучесть кислорода была очень низкой — кислород был «связан» в оксидах и не выделялся как свободный O₂. По сути, летучесть — это мера того, насколько компонент «летуч» в данных условиях. Чем ниже летучесть кислорода, тем более восстановительной является среда.

Рождение океана: вода из недр

Одновременно с образованием вторичной атмосферы и утратой первичной, за счёт всё того же вулканизма и дегазации мантии происходило образование океана. Главный источник воды — выделение из недр. Водяной пар поднимался, остывал в атмосфере и выпадал дождём[11].

Согласно современным геохимическим моделям, за катархей (Время ранней истории Земли, предшествующее формированию первого геологического летописи. Его часто рассматривают как «предгеологический» этап .

Датировки: Обычно охватывает интервал от ~4,6 до 4,0 млрд лет назад. В учебной литературе иногда приводятся более широкие границы, например, до 4,5—4,6 млрд лет).

Так вот, за это время из мантии вынесено значительное количество воды — достаточное, чтобы покрыть значительную часть поверхности планеты океаном. Научные источники к расчётам: данные по содержанию воды в мантии и её дегазации приведены в работах по геохимии летучих элементов и изотопному составу благородных газов в мантии[11]. Оценки потоков воды из мантии основаны на моделях круговорота вещества и теплового режима ранней Земли[11]. Важно различать: дегазация воды из мантии и накопление её в атмосфере начались ещё в катархее, однако устойчивый глобальный океан сформировался лишь на рубеже катархея и архея, около 4,0 млрд лет назад, когда поверхность планеты достаточно остыла для конденсации водяного пара.

Дополнительный источник — кометы и астероиды. «Грязные снежки» приносили лёд. Термин «грязный снежок» (dirty snowball) для описания комет ввёл американский астроном Фред Уиппл в 1950 году[13]. До него кометы считали рыхлыми каменными кучами (англ. flying sandbank — «летучая песчаная отмель»). Уиппл предположил, что ядро кометы — это смесь замёрзших газов (воды, метана, углекислоты) и каменной пыли. Когда комета приближается к Солнцу, лёд испаряется, высвобождая пыль — отсюда и хвост.

Вода скапливалась в низинах и котловинах — к началу архея океаны уже существовали. Однако, как показали исследования цирконов из Джек-Хиллз, уже 4,4 млрд лет назад на поверхности могли существовать локальные водоёмы — но не глобальный океан[9].

Тысячелетия дождя: как рождался океан

Вода, которая покрыла Землю, не упала на неё одним ливнем. Она шла тысячелетиями. Может быть, сотнями тысяч лет.

Когда поверхность планеты остыла настолько, что водяной пар, поднимавшийся из недр, мог конденсироваться в атмосфере, начался дождь. Не тот, что мы знаем — тёплый, кислотный, проливной, почти не прекращающийся. Он шёл днями, неделями, годами. Океаны наполнялись каплями, которые рождались из газов, вышедших из расплавленной мантии. Это была не просто вода — это был первый океан, рождённый из камня и пара.

Эта гипотеза — о том, что океаны образовались в результате длительной конденсации водяного пара из вулканических газов — была разработана в работах А.П. Виноградова (1962) и У.У. Руби (1951). Позднее эти представления развивали другие исследователи, показавшие, что такой механизм мог быть основным источником воды на Земле.

Вода, которая сегодня плещется в океанах, когда-то была паром, поднявшимся из глубин. Она прошла через вулканы, через атмосферу, через тысячелетия дождя. И каждая капля, упавшая на тогда ещё безжизненную кору, была шагом к тому миру, который мы знаем.

Итог: Земля становится планетой с водой и воздухом

Магматизм создал атмосферу и океан (гидросферу, от греч. hydro — «вода» и sphaira — «шар»). К окончанию катархея — началу архея (то есть примерно к 4,0 млрд лет назад) Земля обрела все три свои основные оболочки: каменную (кору), водную (океан) и газовую (атмосфера). Однако датировки приблизительны и продолжают уточняться.

Земля обретает свои оболочки

Каменная оболочка (Кора). Процесс формирования: появление первых устойчивых участков коры и древнейших пород. Время формирования: около 4,03–4,0 млрд лет назад. Примечания: одними из древнейших сохранившихся пород являются гнейсы Акаста (Канада); их возраст оценивается в 4,03 млрд лет (по U-Pb датированию цирконов)[14]. В 2025 году в Канаде (пояс Нуввуагиттук) мафические интрузии внутри пояса датированы возрастом 4,16 млрд лет; возраст самого пояса дискуссионен — от 4,28 до 3,8 млрд лет[16].

Водная оболочка (Океан). Процесс формирования: конденсация водяного пара из вулканических газов. Время формирования: рубеж катархея и архея (~4,0 млрд лет назад). Примечания: дегазация воды из мантии началась ещё в катархее; по данным изотопного анализа цирконов из Джек-Хиллз, жидкая вода локально существовала уже ~4,4 млрд лет назад, но устойчивый глобальный океан сформировался около 4,0 млрд лет назад[9].

Газовая оболочка (Атмосфера). Процесс формирования: выделение газов из недр (дегазация) и выпадение осадков. Время формирования: конец катархея (~4,0 млрд лет назад). Примечания: первичная атмосфера (H₂, He) была потеряна; на смену ей пришла вторичная (восстановительная) атмосфера — без свободного кислорода, из вулканических газов (H₂O, CO₂, N₂). Её устойчивое существование связывают с началом архея.

Важно помнить, что граница между катархеем и археем, которую часто проводят по 4,0 млрд лет назад, условна. Прямых геологических свидетельств катархея почти не осталось, поэтому его история реконструируется в основном по косвенным данным.

Итого, у нас есть с чем работать, вода, твердь, воздух, какие-никакие, а свои. Пора оживать. Хотя есть учёные, которые считают — жизнь существовала всегда» [15].

Впрочем, сначала об этих самых Катархее и Архее внезапно расположившихся в тексте будто бы тут и были.

Сноски к Главе 4

1. Магма — по определению профессора П.Ю. Плечова (геологический факультет МГУ). Определение приводится по курсу лекций по магматической петрологии, читаемому на геологическом факультете МГУ.

2. Извержения на полуострове Рейкьянес продолжаются. Вестник ОНЗ РАН, 27 июня 2024 г. Исследование опубликовано в Terra Nova. Международная команда учёных, включая исследователей из Уппсальского университета (Швеция), Исландского университета и других, на основе сейсмических и геохимических данных пришла к выводу о продолжении вулканической активности в регионе на годы или десятилетия.

3. Километровая трещина образовалась в земле при извержении вулкана в Исландии. МИР 24, 16 июля 2025 г. По данным Исландского метеорологического управления (IMO), извержение образовало трещину длиной 700–1000 метров; это 12-е событие в регионе с 2021 года.

4. Историческое время — период от появления письменности до наших дней.

5. Лаки // Большая российская энциклопедия. Извержение 1783–1784 годов: трещина 25 км, ~15 км³ лавы, лавовое поле 565 км², гибель около 10 тыс. человек (примерно 20% населения Исландии того времени).

6. Katla // Encyclopedia Britannica; Global Volcanism Program, Smithsonian Institution. Катла — один из самых активных вулканов Исландии, не менее 20 извержений с 1100 года; последнее крупное — в 1918 году.

7. Резанов И.А. «Ранняя история Земли», 1990. Гипотеза образования гнейсовых овалов в результате прорыва гигантских газовых пузырей через кору в эпоху мощной дегазации (4,0–3,9 млрд лет назад) с образованием округлых структур диаметром от десятков до сотен километров (по некоторым оценкам — до 800 км). Гипотеза не получила широкого признания; современная геология объясняет гнейсовые овалы гравитационной нестабильностью коры и диапировым подъёмом (см., например: Eskola P., 1949; Ramberg H., 1981; Collins W.J. et al., 2021, «Gneiss domes and their origin», Earth-Science Reviews).

8. Опарин А.И. (1924) — гипотеза первичной восстановительной атмосферы; Расул С.И. и Макговерн У. (1966, Nature) — расчёт стабильности восстановительной атмосферы против гравитационного улетучивания до 10⁹ лет; Браун Х. (1949) — об отсутствии благородных газов в земной атмосфере как свидетельство потери первичной атмосферы.

9. Wilde S.A. et al., 2001 — изотопный анализ цирконов из Джек-Хиллс (Австралия, 4,4 млрд лет); Peck W.H. et al., 2001 — изотопный состав кислорода в цирконах, свидетельствующий о наличии воды и корового субстрата в катархее; Bindeman I.N., 2008 — интерпретация изотопных данных как свидетельство гидротермального преобразования коры.

10. Jeans J.H. (1925) — динамический расчёт рассеивания атмосферных газов; Öpik E.J. (1963) — расчёт диссипации водорода из атмосферы Земли.

11. Виноградов А.П. (1962) — происхождение оболочек Земли в результате дегазации мантии; Руби У.У. (1951, GSA Bulletin) — дегазация мантии как главный источник гидросферы; модели ранней быстрой дегазации мантии, основанные на геохимии летучих элементов.

12. Доказательства бескислородной атмосферы: изотопные аномалии серы в архейских породах Карелии; анализ древнейших чёрных сланцев Австралии (3,46–2,76 млрд лет) по изотопам молибдена и хрома; газовые пузырьки в кварцитах Алданского щита.

13. Whipple F.L. (1950) — статья в Astrophysical Journal, предложившая модель кометного ядра как «ледяного конгломерата» (dirty snowball); Whipple F.L. (1951) — вторая статья, развивающая эту модель (самые цитируемые работы в журнале во второй половине XX века).

14. Гнейсы Акаста (Канада) — одни из древнейших сохранившихся пород Земли, возраст 4,03 млрд лет (по U-Pb датированию цирконов). Bowring S., Williams I. (1999) — U-Pb датирование гнейсов Акаста; Reimink J.R. et al., 2014, Nature Geoscience — сравнение с исландским типом коры (Earth’s earliest evolved crust generated in an Iceland-like setting, Vol. 7, P. 529–533).

15. Гипотеза панспермии (от греч. pan — «всё» и sperma — «семя») — занесение жизни из космоса; поддерживается некоторыми учёными (например, Ф. Хойлом, Ч. Викрамасингхе), но не является общепринятой.

16. O’Neil J., Carlson R.W., Francis D., Stevenson R.K. Age and origin of the Nuvvuagittuq greenstone belt // Science. — 2025. — Мафические интрузии внутри пояса Нуввуагиттук (Канада) датированы возрастом 4,16 млрд лет. Возраст самого пояса дискуссионен: первоначальная оценка 4,28 млрд лет (O’Neil J. et al., 2008, Science, vol. 321, p. 1828) оспаривается рядом исследователей; альтернативные оценки — не древнее 3,8 млрд лет.

Библиографический список к Главе 4

1. Виноградов А.П. Происхождение оболочек Земли // Вестник АН СССР. — 1962. — № 9. — С. 16–29.

2. Опарин А.И. Возникновение жизни на Земле. — М.: Издательство АН СССР, 1957.

3. Резанов И.А. Ранняя история Земли. — М.: Наука, 1990.

4. Лаки // Большая российская энциклопедия. — М.: Большая российская энциклопедия, 2010. — Т. 16. — С. 659.

5. Katla // Encyclopedia Britannica. — 2023.

6. Global Volcanism Program. Katla. — Smithsonian Institution, 2023.

7. Whipple F.L. A Comet Model. I. The Acceleration of Comet Encke // Astrophysical Journal. — 1950. — Vol. 111. — P. 375–394.

8. Whipple F.L. A Comet Model. II. Physical Relations for Comets and Meteors // Astrophysical Journal. — 1951. — Vol. 113. — P. 464–474.

9. Wilde S.A., Valley J.W., Peck W.H., Graham C.M. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago // Nature. — 2001. — Vol. 409. — P. 175–178.

10. Peck W.H., Valley J.W., Wilde S.A., Graham C.M. Oxygen isotope ratios and rare earth elements in 3.3 to 4.4 Ga zircons: Ion microprobe evidence for high δ18O continental crust and oceans in the Early Archean // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 2001. — Vol. 65. — P. 4215–4229.

11. Bindeman I.N. Oxygen isotopes in mantle and crustal magmas as revealed by single crystal analysis // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. — 2008. — Vol. 69. — P. 445–478.

12. Reimink J.R., Chacko T., Stern R.A., Heaman L.M. Earth’s earliest evolved crust generated in an Iceland-like setting // Nature Geoscience. — 2014. — Vol. 7. — P. 529–533.

13. Jeans J.H. The Dynamical Theory of Gases. — Cambridge: Cambridge University Press, 1925.

14. Öpik E.J. Selective escape of gases // Geophysical Journal of the Royal Astronomical Society. — 1963. — Vol. 7. — P. 490–509.

15. Rubey W.W. Geologic History of Sea Water // Geological Society of America Bulletin. — 1951. — Vol. 62. — P. 1111–1148.

16. Rasool S.I., McGovern W.E. Primitive atmosphere of the Earth and its origin // Nature. — 1966. — Vol. 212. — P. 1225–1226.

17. Brown H. The Origin and Evolution of the Atmosphere and Oceans // In: Kuiper G.P. (ed.) The Atmospheres of the Earth and Planets. — University of Chicago Press, 1949. — P. 258.

18. Farquhar J., Bao H., Thiemens M. Atmospheric Influence of Earth’s Earliest Sulfur Cycle // Science. — 2000. — Vol. 289. — P. 756–759.

19. Anbar A.D., Duan Y., Lyons T.W. et al. A whiff of oxygen before the Great Oxidation Event? // Science. — 2007. — Vol. 317. — P. 1903–1906.

20. O’Neil J., Carlson R.W., Francis D., Stevenson R.K. Age and origin of the Nuvvuagittuq greenstone belt // Science. — 2025. (Мафические интрузии внутри пояса датированы 4,16 млрд лет.) См. также: O’Neil J., Carlson R.W., Francis D., Stevenson R.K. Age and origin of the Nuvvuagittuq greenstone belt // Science. — 2008. — Vol. 321. — P. 1828. (Первоначальная датировка пояса: 4,28 млрд лет.)

Глава 5 Катархей

Глава 5. Катархей: И ад следовал за ним

1. Эпиграфы

«Возраст — это не годы и даже не века. Возраст — это то, что происходит с Землёю.»

— Феликс Кривин

«Земля была создана не за шесть дней. Она создавалась миллиарды лет, и она не закончена до сих пор.»

— Феликс Кривин

«Даже камень когда-то был огнём. Просто он об этом забыл.»

— Феликс Кривин

2. [AD MARGINEM]

Мысли странная категория бытия. Я задумал эту главу в обыденной обстановке разведки на золото. Становой хребет. Вот записи из тех времен:

Мы продолжаем бурение вниз по долине, скважина за скважиною, линия за линией. Нового ничего. Вагончик перетащили через речку, если что, от дождя спрячемся.

Устал маленько. Вполне серьёзные мысли об окончании полевой карьеры. Пошёл бы преподавать. Увы, у всех есть свои кандидаты, как на выборах.

Сегодня восемнадцатое? — Двадцатое. — Надо же… Чередою идут дни-близнецы. Марь, буровая, лоток, навигатор. Похожесть не только в целом, даже в составляющих. Та же еда, тот же чай, вода, лица, звуки, слова, лето, дым от лесных пожаров. Только жимолость с каждым днём всё более зрелая и сладкая. Всё вместе — часть работы, о которой не принято говорить. Тягучая, долгая, однообразная, изматывает, придавливает. Но именно она превращает заготовки в человеков. Или не превращает. Если заготовка сильнее (шутка). Но потом. Работа в подобном режиме не закаляет — выковывает. А уж что именно, Бог весть. Одно знаю точно: бесследно не проходит. Такая разновидность ожидания, быть может? Ждать осени, тащить за собою сквозь кисель времени мечты, вот что. Мечты, которые становятся проще и сговорчивее с каждым днём. Именно в такие месяцы и рождается неопределённая в деталях, расплывчатая, но очень сильная тяга гульнуть по окончании. Водка, женщины, книжки, диван. Много, без ограничений и запретов. На фоне шашлыков, осколков и обрезков. Тяга рождается, набирается сил, ждёт. Вот и не спрашивайте потом, на кой геологи такое устроили. Геологи и сами не знают. Так было нужно.

И снова шучу, конечно. Полевые люди переживают такие отрезки существования по-другому. Поют протяжные песни на полумёртвых языках, играют в шахматы по странным правилам, обсуждают культурные новости, молятся из последних сил, стреляют на звук и на спор. Когда я вернусь, когда я вернусь: Всё будет по-прежнему. Только лучше. Иначе зачем?

«Уткнусь головою как в пристань в колени твои». И это самый лучший исход, кстати говоря. Добра вам и умеренного прогресса в рамках закона. Кому под пиво, кому под чёрное ароматное вино, кому под крепкий чай. Сами разберётесь, чем запивать жизнь. Было бы что запить.

Бум, бум, бум, грохочет кувалда о буровую трубу. Комары, мошка, гнус и пауты с удовольствием слетаются послушать. А где-то далеко те, ради кого мы тут пашем: родное правительство да налоговая инспекция. Та же работа, тот же смысл, те же сны. А вообще, «череда» — это стадо домашней скотины. Крупной. Рогатой. Может, у вас и по-другому, в этих ваших горбигерианских вечных снегах, что севернее Липецка. Чередою тянутся дни.

И зачем мне эти коньки? Да ещё и весь мир в придачу? Куплю костюм с отливом… Нет, лучше пошью без отлива. Надену, зайду в кабак, напьюсь в хорошем темпе, закажу лабухам ламбаду, а сам уеду на такси в музей. Дарвиновский.

Из-под снега стартуют отборные комары. Самые большие, мужественные и голодные. Летит, режет воздух винтами, блестит дюралевым боком, чисто тебе полярная авиация тридцатых годов. Сбил одного, инстинктивно как Лукашенко, ощутил себя природой, от которой комарам нет смысла ждать милости. Взять её — вот их задача. Лежит сбитый на снегу, неловко подвернул крыло и шасси, а в далёкой комариной Москве снаряжают на его поиски новых дерзких покорителей суровых широт. Найти Леваневского. Так рождается разум. Из сострадания.

Я спокоен. Если человечество сгорит в плазме и грязной лексике ядерной войны, суровые комары в кожаных пальто и регланах заменят нас на просторах Вселенной, белое кашне развевается на ветру, Всё выше и выше стремят полёт. Кабы мы выжили, то гордились бы такими преемниками. И приёмниками.

Солнце греет сверху, с небес, и снизу, отражаясь альбедо от снега. Припекает спину и подчелюстную впадину. Манит скромною негою Новороссийска, номенклатурным развратом дачного Подмосковья. Намекает, сулит. Мол, я за вас…

И верится ведь. В страсть, любовь, военный барк, что летит по волнам, прекрасное завтра, кипенье сирени и, почему-то, в секретность личной информации. Ах эти чёрные глаза, терпкие губы, рубиновое вино и ласковая тьма похоти. Такое никогда не банально. Попробуйте, а потом говорите. Сколько той молодости осталось? Сто лет и всё.

Время идёт. Личная храбрость забывается, а вот личные подлость и трусость ломятся во все прорехи. Как двойки в стране невыученных уроков. Что успел? Кому помог? Дадут ли шанс? Пятёрка по пению. Счёты щёлкают. Щёлк, щёлк. Слышишь?

Народу тьма, не тайга, а проходной двор на улице Горького… или вот за театром Сатиры и театром Моссовета отличные проходняки были. Не знаю как сейчас. Бывало, про Питер кто-то расскажет с надрывом, так я в те подворотни схожу, потом думаю: чего они такого в Питере нашли?

Но вернёмся к нашим авиаторам. Жорж, ты сам этого хотел. Стоит налить себе в железную кружку чаю, как вдруг… ооооо: соседи на бэхе. Приехали рассказать о новых поломках. Хоть поговорить. Едва уедут законсультированные — комары на ТБ 3. Причём комаров всё больше. Скоро инвазия, экспансия и страшно. Потом ветер несёт лай собак и новости о борьбе с каким-то режимом. Снег тает, жалуется. Буровая гремит в такт теории струн. Где-нибудь идёт караван и кидают в солёный крутой кипяток замороженные пельмени. Но караван и пельмени — это далеко.

Всё вместе называется жизнь. На базе. С утра отчётливо расслышал в бурчании повара слово «Мессалина». Конечно же, переспросил. Действительно, говорит, поминал. Три месяца без женщин, чего уж, говорит, и не вспомнить бы? Диковато звучит посреди гор и тайги, но так вот.

А ещё и чайки визжат. Точно водку чуют. Истошно. С выражениями.

Чай, французы завели моду скучать? Нет… англичане. Они всегда были известные пьяницы. И перевернуться бы на бок, да заснуть сладенько, но нет же, требуется разверзать недра.

Суровые древние горы смотрят на работодателя с осуждением. Тихий час и детское фруктовое питание! Каждому! И пусть никто не уйдёт!

А там видно будет, кто кого: комары в могучих дюралюминиевых гофрированных бомберах при пулемётах или мы на бочках, голые, в папахах, с шаблюками да лафитниками.

Добра вам и здорóво дневали, шо.

А ещё одалисок с пунцовыми сосками поверх налитых грудей в собственность. Пусть будут. Мало ли.

Зачем всё?

Зачем ты? Для чего я?

Щёлк, щёлк.

— Слышишь?

Значит, не твоя. Свою не услышишь.

Жить под нашим небом, скрипеть нашим снегом и помнить, как больше никогда не будет. Всё зачем-то. Иначе почему мы смеёмся на этой тризне? Смеёмся, поём, курим, да идём дальше. Туда, где ветер шепчет холодным вершинам: — Спите, спите…

Возвращается на круги своя…

Не знаю, что именно имел в виду физик Эйнштейн, когда сказал, что Бог не играет в кости, но вот любой геолог скажет, что кто-то в кости играл. Причём это были настоящие кости.

Когда же Господь создал Землю? Казалось бы, есть Библия, но Господь в милости своей дал человеку разум и свободу воли, поэтому человек уточнил-таки дату: в Катархее создал..

3.

Теперь нам и легче, и гораздо интереснее: у нас уже есть Вселенная, галактика, Солнечная система с небесными телами и среди них — Земля. Около 4,54 миллиардов лет тому назад наша планета собрала основную часть своей массы и стала полноценным космическим телом.

Итак, Земля существует как планета. «Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною» [1]. Здесь необходима пауза.

В русской геологической традиции Катархей (от греч. κατάρχων — «начинающий, начальствующий»; в мировой литературе чаще используется термин Гадей, от имени бога подземного мира Аида) [11][16] — древнейший эон в истории Земли. Это самое начало. Не «детство» планеты (мы не знаем, сколько ей «лет» в её собственном времени), а просто состояние, в котором она оказалась после своего рождения. И состояние это было, мягко говоря, негостеприимным. Название «Гадей» — не случайно. Оно намекает на адские условия, царившие на планете в те времена. Поверхность была расплавлена, метеориты падали непрерывно, а твёрдой коры почти не существовало [12].

Катархей. Геохронология

Катархей длился от 4,6 до 4,0 миллиардов лет назад.

Эон — в русской геологической традиции это самый крупный отрезок геологического времени, охватывающий сотни миллионов и даже миллиарды лет. По-простому — это «эпоха эпох». Крупнейшее хроностратиграфическое подразделение, объединяющее несколько эр (эротем). Согласно некоторым источникам, эон выделяется по изменениям в органическом мире или по крупнейшим тектоническим циклам [13].

Иерархия геохронологических единиц такова:

Эон → Эра → Период → Эпоха → Век

1. Эра — часть эона (например, палеозойская эра).

2. Период — часть эры (например, кембрийский период).

3. Эпоха — часть периода (например, раннекембрийская эпоха).

4. Век — самая мелкая единица.

Ключевые события Катархея во временной шкале:

4,6 млрд лет назад. Образование Земли из протопланетного диска. Начало аккреции.

4,54 млрд лет назад. Земля набирает основную массу. Формируется Луна (столкновение с Тейей).

4,5–4,4 млрд лет назад. Гравитационная дифференциация: железо опускается к центру, формируя ядро; силикаты поднимаются, образуя мантию.

4,4 млрд лет назад. Образуются первые участки твёрдой базальтовой коры. Появляются первые цирконы (4,4 млрд лет) [14].

4,2–4,0 млрд лет назад. Интенсивная метеоритная бомбардировка. Поверхность постоянно перерабатывается.

4,0 млрд лет назад. Завершение Катархея. Начало Архея — появление первых стабильных участков континентальной коры (кратонов).

Важнейший вопрос, вставший перед геологами, пытавшимися обобщить и упорядочить знания о Земле, был вопрос датировок. Я уже писал в прошлой заметке о принципах, положенных в основу метода распознавания и расчленения слоёв. Ещё раз поясню принцип фаунальной (флористической) преемственности. Звучит он так: «Слои, в которых содержатся ископаемые остатки одинаковых видов живых организмов, имеют одинаковый возраст» [6]. Его сформулировал английский геолог Уильям Смит в конце XVIII века, а Томас Гексли позже популяризировал и обосновал биологически. Для каждого времени выделены так называемые руководящие ископаемые — организмы растительного и животного мира, характерные только для определённого периода геологического времени. Что это значит в обыденном понимании? Ну, например, сейчас вы не можете купить на советские деньги водку. Даже советскую. А раньше могли. То есть советские деньги вымерли. И советская водка тоже, впрочем.

Ну и закон Стено: вышележащие пласты горных пород, как правило, являются более молодыми, чем залегающие глубже [7]. Его я поясню тоже: если вы когда-то курили, спрятавшись от родителей в одном и том же месте, и у вас часто кончались сигареты, то вы могли заметить — окурки из верхних слоёв гораздо свежее, чем из нижних.

Совмещение этих принципов позволяет провести датировку. Мы получаем шкалу относительного времени — геохронологическую шкалу. Она показывает последовательность этапов истории Земли: что следовало за чем. Причём сколько точно лет назад — не так уж и важно. То есть абсолютный возраст пород не принципиален. Только как уточнение. Называть и его (в млн лет) вошло в обыкновение с середины двадцатого века.

Абсолютный возраст определяется физическими методами. Об этом я писал выше, но не грех и повторить. Используется способность радиоактивных элементов распадаться, превращаться в другие вещества. Так уран со временем превращается в свинец [8]. Мы можем посчитать время полураспада (превращения половины одного вещества в другое) и применить это знание к определению абсолютного возраста. Для этого исследуется содержание определённых элементов в монолитах. Сейчас это называется радиометрическим датированием. Радиометрическое датирование — один из важнейших инструментов геологии. Погрешность метода зависит от возраста породы и применяемой системы: для пород возрастом в миллиарды лет погрешность в несколько миллионов лет — это доли процента, что вполне приемлемо. Методики постоянно совершенствуются, охватывая всё новые изотопные системы.

Шкала геологического времени разбита на подразделения по определённым принципам; каждый выделенный отрезок времени в ней выкрашен в свой постоянный цвет. Такой способ (раскраску) первым применил английский геолог Уильям Смит, раскрасивший свою карту Англии и Уэльса в 1815 году [9]. А вот систему цветовых обозначений для геологических карт Германии в 1821 году разрабатывал Иоганн Вольфганг фон Гёте — да, тот самый, который «остановись, мгновенье…» — консультируя картографа Кеферштайна. Остановил же. Так-то вот. А вы говорите, геология — кабинетная наука…

5. Литосфера и тектоника

Тектоника плит в Катархее (вероятностная модель):

В Катархее, согласно современным представлениям, не существовало тектоники плит в том виде, в каком мы знаем её сегодня. Кора была слишком тонкой, горячей и нестабильной. Вместо плит, которые движутся и сталкиваются, поверхность представляла собой сплошной магматический океан с редкими островками застывшей базальтовой коры [21].

Современные модели показывают, что эти островки коры постоянно перерабатывались — тонули, поднимались, расплавлялись. Это был хаос. Никаких континентов, никаких океанов, никакой устойчивой суши. Только адский круговорот огня и камня.

Отсутствие геосинклиналей:

В Катархее ещё не было геосинклиналей (подвижных поясов земной коры, которые в более поздние времена становились местами горообразования). Планета была слишком горячей для формирования устойчивых складчатых структур.

6. Атмосфера и климат

Атмосфера в Катархее радикально отличалась от современной. И она менялась в течение эона.

Первичная атмосфера (4,6–4,4 млрд лет назад):

Земля захватила газы из протопланетного диска — в основном водород (H₂) и гелий (He). Эта атмосфера была крайне разрежённой и быстро улетучивалась под воздействием солнечного ветра (молодая Земля не имела магнитного поля, способного её защитить).

Вторичная атмосфера (4,4–4,0 млрд лет назад):

Когда начался интенсивный вулканизм, газы из недр стали выходить на поверхность. Эта атмосфера состояла в основном из:

1. Водяного пара (H₂O) — до 80% выбросов,

2. Углекислого газа (CO₂) — до 10–15%,

3. Азота (N₂) — несколько процентов,

4. Сероводорода (H₂S), аммиака (NH₃), метана (CH₄) — в малых количествах.

Кислорода (O₂) в атмосфере не было. Совсем. Абсолютный ноль.

Климат:

Несмотря на мощный парниковый эффект (CO₂ и H₂O — сильные парниковые газы), поверхность Земли была слишком горячей для жидкой воды. Температура на поверхности превышала 1000°C в местах излияний лавы и падения астероидов. Оценки средней температуры поверхности Катархея сильно расходятся в зависимости от модели: от ~200°C до ~2000°C на ранних этапах. В зонах излияния лавы температура, безусловно, превышала 1000°C, но для средней температуры по планете единого мнения нет — слишком многое зависит от модели альбедо, состава атмосферы и стадии остывания [17, 19]. Вода существовала только в виде пара. Глобальных океанов ещё не было.

7. Гидросфера

Вода в Катархее:

Долгое время считалось, что жидкой воды на поверхности не было — слишком горяча была планета. Однако данные по цирконам из Джек-Хиллз (см. раздел 12) показывают, что уже 4,4 млрд лет назад на поверхности могла существовать жидкая вода — по крайней мере локально, в виде мелких водоёмов. Глобального океана, по-видимому, ещё не было, но гидрологический цикл, возможно, уже работал. Тем не менее, в магматических расплавах существовала вода в виде флюидов (от лат. fluidus — «текучий, жидкий») — растворённых газов и паров, которые выходили на поверхность вместе с вулканическими газами. Эти флюиды были одним из источников воды для будущих океанов [22].

Происхождение воды:

Вода на Землю была принесена двумя путями:

1. Из недр — вместе с вулканическими газами и флюидами (этот источник дал основную массу воды),

2. Из космоса — падающими астероидами и кометами (этот источник добавил воду, но в меньших количествах).

Каждый из этих источников вносил свой вклад. Сегодня считается, что бо́льшая часть воды на Земле — из недр, но и космическая вода тоже сыграла роль, особенно в поставке летучих компонентов.

8. Формирование ядра, мантии и коры

А была Земля в катархее не твёрдой оболочкой [15], как теперь, а сгустком расплавленного в разной степени вещества шарообразной формы.

Три источника разогрева:

Причинами разогрева послужили три источника:

1. Энергия ударов (энергия аккреции). Когда бесчисленные планетезимали (мелкие небесные тела, строительные блоки планет) и астероиды сталкивались с растущей Землёй, их кинетическая энергия удара преобразовывалась в тепло. Эти грандиозные столкновения, особенно на ранних этапах, могли разогревать поверхность до состояния магматического океана [17].

2. Разделение вещества по плотности (гравитационная дифференциация). По мере роста планеты тяжёлые элементы (в основном железо и никель) под действием силы тяжести опускались к центру, формируя ядро. Выделявшаяся при этом гравитационная энергия также способствовала общему разогреву недр [18].

3. Радиоактивный распад. В ранней Земле было гораздо больше короткоживущих радиоактивных изотопов (например, алюминий-26, железо-60). Их распад был дополнительным и очень мощным источником тепла [19].

Согласно современным моделям, этот первоначальный разогрев не привёл к полному и катастрофическому расплавлению всей планеты. Скорее всего, расплавленными были только внешние слои, а процесс формирования ядра шёл постепенно [19].

Как формировались слои Земли:

Сразу после образования Земля была более-менее однородной смесью силикатов (каменистое вещество) и металлической фазы — расплава, состоящего в основном из железа и никеля, с которым химически связались и более редкие сидерофильные (от греч. sideros — железо, philia — любовь) элементы: золото, платина, иридий и другие [20].

Но металл тяжелее силикатов. Поэтому под действием силы тяжести этот металлический расплав начал опускаться к центру планеты, а более лёгкие силикаты — всплывать вверх. Опускающееся железо теряло потенциальную энергию. Она переходила в тепло — тот же принцип, что и при падении тяжёлого груза: груз ударяется о землю, и в месте удара выделяется тепло. Только в масштабах планеты это происходило непрерывно миллионы лет, и «падали» целые потоки вещества.

Разогрев и разделение вещества по плотности происходили примерно от 4,54 до 4,4 млрд лет назад. Тяжёлое — вниз, образовывая ядро; лёгкое — вверх, создавая мантию и земную кору. Так Земля стала неоднородной. Она такая и прямо сейчас, когда вы читаете эти строки.

4,4–4,3 млрд лет назад образовалась первая, ненадёжная, тонкая, но твёрдая, тёмноцветная, базальтовая кора — приблизительно такая же, какая нынче образует дно океанов. Но тогда она занимала относительно небольшие участки поверхности [21].

9. Вулканизм

Катархей был временем интенсивнейшего вулканизма. Если бы мы могли оказаться на поверхности Земли в ту эпоху, мы бы увидели ад: огненные реки лавы, фонтаны расплавленного камня, небо, затянутое пеплом, непрерывные землетрясения. Но, даже не успели бы осознать увиденное.

Где царил вулканизм?

Везде. Вся поверхность была одним гигантским вулканом. Не было ни континентов, ни океанов — только сплошной магматический океан с редкими островками застывшей коры.

Масштабы вулканизма:

Невероятные. Вулканизм в Катархее был в сотни и тысячи раз интенсивнее, чем сегодня. Первые участки земной коры сформировались именно в те времена — но почти все они позже переплавились и переработались. Современная континентальная кора — продукт гораздо более поздних процессов, преимущественно архейского и протерозойского возраста. А океаническая кора и вовсе моложе 200 миллионов лет.

Состав лав:

Базальты. Тёмные, текучие, бедные кремнезёмом (SiO₂ ~ 45–52%). Появляются с самого начала. Базальт — основной продукт застывания магматического океана.

Коматииты. Очень тёмные, богатые магнием, очень горячие (~1500°C). Встречаются преимущественно в архейских породах, но известны и более поздние — протерозойские (Ветреный пояс, Карелия, ~2,4 млрд лет) и даже меловые (остров Горгона, ~90 млн лет). В более поздние времена Земля остыла, и такие лавы стали исключительной редкостью.

Выбросы в атмосферу:

1. Водяной пар (H₂O) — до 80%,

2. Углекислый газ (CO₂) — до 10–15%,

3. Сероводород (H₂S), аммиак (NH₃), метан (CH₄), хлороводород (HCl), фтороводород (HF),

4. Пепел, пыль, обломки пород.

Влияние вулканизма на планету:

1. Формирование атмосферы: именно вулканы выделили газы, которые создали вторичную атмосферу.

2. Формирование гидросферы: водяной пар из вулканов (в виде флюидов) позже сконденсировался в океаны.

3. Формирование коры: лава застывала, создавая первые участки твёрдой поверхности.

4. Климат: выбросы CO₂ создавали мощный парниковый эффект, но он не мог компенсировать высокую температуру поверхности.

10. Жизнь

Жизни в Катархее не было. Совсем. Ни бактерий, ни архей, ни даже органических молекул (по крайней мере, в сколько-нибудь заметных количествах). Температура была слишком высокой, атмосфера — слишком разрежённой, поверхность — слишком нестабильной.

Тем не менее, в Катархее происходили химические процессы, которые подготовили почву для зарождения жизни в Архее [23]. В вулканических газах, в первичных океанах (когда они появились), в условиях высокого давления и температуры синтезировались первые органические молекулы — аминокислоты, сахара, азотистые основания. Это была «химическая кухня» жизни.

Главный вопрос:

Могла ли жизнь зародиться в Катархее? Большинство учёных считают, что нет — слишком суровы были условия. Но некоторые исследователи допускают, что в глубоководных гидротермальных источниках (на дне океана) могли существовать термофильные бактерии. Однако прямых доказательств этому нет.

11. Массовые вымирания

В Катархее не было массовых вымираний, потому что не было жизни. Но было одно колоссальное событие, которое можно считать «катастрофой» — образование Луны.

Столкновение с Тейей (около 4,5 млрд лет назад):

Согласно одной из гипотез, ранняя Земля столкнулась с планетой размером с Марс (её назвали Тейей, в честь матери Гелиоса в греческой мифологии). Удар был колоссальным. Часть земной коры и мантии была выброшена в космос и затем собралась в Луну.

1. Земля наклонила свою ось (что привело к появлению смены времён года).

2. Земля стала вращаться быстрее (тогда сутки длились всего 5–6 часов).

3. Удар добавил колоссальное тепло, усилив разогрев планеты.

Художественная реконструкция гигантского столкновения прото-Земли и планеты Тейя (~4,5 млрд лет назад). Согласно теории гигантского удара, выброшенное вещество собралось на орбите и сформировало Луну. Изображение передаёт общий облик события, но не является точной научной реконструкцией.

12. Наследие Катархея

Катархей почти не оставил нам горных пород. Почти — потому что всё-таки оставил. Не в виде целых материков, не в виде мощных толщ осадочников, а в виде отдельных минералов, спорных обломков и изотопных отпечатков, которые учёные собирают по крупицам, как детективы на месте преступления, которое случилось четыре миллиарда лет назад.

Вот они, эти редчайшие свидетели адского времени:

1. Цирконы из Джек-Хиллз (Австралия)

Возраст — до 4,40 млрд лет [14]. Это даже не порода, а отдельные кристаллы минерала циркона (ZrSiO₄). Они сформировались в магматических расплавах, когда на Земле ещё не было ни устойчивой коры, ни океанов. Эти цирконы пережили всё: переплавки, метаморфизм, эрозию, тектонику плит. Они — самый древний твёрдый материал на Земле.

Что они нам говорят?

Цирконы —не просто древние кристаллы. Это микроскопические капсулы времени. Внутри каждого циркона заперты изотопы кислорода и других элементов, которые сохранили химический состав той среды, в которой кристалл рос.

Коротко о том, что такое изотопы и почему они так важны.

Изотопы (от греч. isos — «равный, одинаковый» и topos — «место») — это разновидности одного и того же химического элемента, у которых одинаковое число протонов (заряд ядра), но разное число нейтронов. Поэтому они занимают одно и то же место в таблице Менделеева (отсюда «изо-топ» — «одинаковое место»), но имеют разную атомную массу.

Представьте, что у вас есть два одинаковых чемодана. Они выглядят одинаково, занимают одно и то же место в багажном отсеке. Но один весит 10 кг, а другой — 12 кг. Это и есть изотопы: внешне одинаковые, но по весу — разные.

Самый простой пример — кислород:

1. ¹⁶O — лёгкий изотоп кислорода. В ядре 8 протонов и 8 нейтронов. Это самый распространённый изотоп кислорода в природе (около 99,76% всего кислорода на Земле).

2. ¹⁸O — тяжёлый изотоп кислорода. В ядре 8 протонов и 10 нейтронов. Его в природе гораздо меньше (около 0,2% всего кислорода).

Почему это важно? Потому что разные изотопы ведут себя по-разному в химических реакциях. Тяжёлые изотопы движутся чуть медленнее и вступают в реакции чуть менее охотно. Это называется изотопным фракционированием — разделением изотопов.

Когда вода испаряется, в пар уходит больше лёгкого изотопа ¹⁶O, а в океане остаётся больше тяжёлого ¹⁸O. Когда выпадает дождь, он приносит на сушу воду с большим содержанием лёгкого изотопа. Когда вода взаимодействует с горными породами при низких температурах, порода обогащается тяжёлым изотопом ¹⁸O — значения δ¹⁸O в породе повышаются относительно мантийного стандарта [27].

Учёные измеряют соотношение тяжёлого и лёгкого изотопов кислорода в минералах и сравнивают его с «мантийным стандартом» — тем соотношением, которое характерно для глубинных пород, никогда не контактировавших с водой на поверхности. Если соотношение смещено в сторону тяжёлого изотопа ¹⁸O — значит, минерал вырос в породе, которая контактировала с водой на поверхности.

И вот что показали цирконы из Джек-Хиллз: их изотопный состав кислорода отличается от мантийного стандарта. Он смещён в сторону тяжёлого изотопа ¹⁸O — значения δ¹⁸O в цирконах выше мантийного стандарта (около 5‰). А это значит, что кристаллы росли в породе, которая уже взаимодействовала с жидкой водой на поверхности.

В тех же цирконах нашли включения минералов, которые могут образоваться только в присутствии воды: мусковит и хлорит. Их химический состав показывает, что вода была пресной — дождевой или из мелких водоёмов на первичной коре [14].

Таким образом, 4,4 миллиарда лет назад — уже была жидкая вода на поверхности, уже существовала первичная кора, с которой эта вода взаимодействовала, и уже шёл гидрологический цикл. Это не были океаны в современном смысле — скорее мелкие водоёмы, бассейны, озёра. Но сам факт: вода была. И она была жидкой.

Главный вывод:

Цирконы доказали, что вода на Земле была уже тогда, когда планета только начала остывать. И она была не в виде пара, а в жидком виде, на поверхности, в контакте с корой. А значит, предпосылки для зарождения жизни возникли гораздо раньше, чем мы думали ещё полвека назад.

2. Зеленокаменный пояс Нуввуагиттук (Канада)

Возраст — дискуссионный, от 4,28 до 4,0 млрд лет [24]. Расположен на берегу Гудзонова залива. Это комплекс тёмных магматических пород (амфиболитов), которые некоторые исследователи считают фрагментом катархейской коры — возможно, древнейшей цельной породы на Земле.

Но здесь есть важная оговорка: датировка Нуввуагиттука — спорная. Одни исследования показывают возраст 4,28 млрд лет, другие — не древнее 4,0 млрд. Многие геологи относят его уже к раннему архею. Так что это — не «железобетонный факт», а «громкая гипотеза». Я упоминаю его с этой оговоркой.

3. Гнейсы Акаста (Канада)

Возраст — 4,02 млрд лет [25]. Это уже общепризнанная древнейшая коренная порода на Земле. Гнейсы Акаста — это гранитоидные породы (граниты, перекристаллизованные под давлением и температурой), которые образуют фундамент древнего континента Слейв. Они отмечают самый стык катархея и архея. По сути — это первая устойчивая кора, которую мы можем потрогать руками.

4. Пояс Исуа (Гренландия)

Возраст пород — около 3,7–3,8 млрд лет [26]. Это уже архей. Но сами породы содержат геохимические изотопные «следы» более древней катархейской мантии, из которой они выплавились. Это как если бы вы нашли кусок пирога и по крошкам определили, из какой муки он был испечён, хотя сама мука давно исчезла.

Сводка древнейших геологических объектов:

Джек-Хиллз (Австралия). Тип материала: минерал (циркон). Возраст: 4,40 млрд лет. Статус: древнейший твёрдый материал Земли.

Нуввуагиттук (Канада). Тип материала: амфиболит. Возраст: 4,28 млрд лет (дискуссионно). Статус: возможная древнейшая цельная порода.

Акаста (Канада). Тип материала: гнейс. Возраст: 4,02 млрд лет. Статус: общепризнанная древнейшая порода.

Исуа (Гренландия). Тип материала: зеленокаменный пояс. Возраст: 3,7–3,8 млрд лет. Статус: древнейшие осадочные и изотопные следы.

Именно эти четыре объекта — цирконы, зелёные камни Нуввуагиттука, гнейсы Акаста и изотопные тени Исуа — составляют всё, что осталось от Катархея. Всё остальное переплавлено, перемолото, переработано, стёрто с лица Земли тектоникой, эрозией и временем.

Но даже этих крошек достаточно, чтобы сказать: Катархей был не пустым. В нём уже была вода, кора, магма, химия, условия для будущей жизни. Просто всё это скрыто от нас толщей архейских и более молодых пород.

Что Катархей передал следующему эону (Архею):

Ядро, мантия и кора. Что это значит для Архея: планета стала неоднородной, что позволило начать тектонические процессы.

Первичная атмосфера (из вулканических газов). Что это значит для Архея: атмосфера Архея будет уже совсем другой — с водяным паром, углекислым газом, азотом.

Вода (в виде пара и флюидов). Что это значит для Архея: когда планета остынет, водяной пар сконденсируется, и появятся первые океаны — среда для зарождения жизни.

Магнитное поле (зарождающееся), защита атмосферы от солнечного ветра.

Химия (первые органические молекулы), в Архее из них начнут собираться первые клетки.

13. Влияние планеты на саму себя

В Катархее не было жизни, но планета активно влияла на саму себя:

Гравитационная дифференциация. Как это работало: железо опускалось к центру, силикаты поднимались вверх. Последствие: сформировались ядро, мантия, кора.

Вулканизм. Как это работало: газы из недр выходили на поверхность. Последствие: сформировалась вторичная атмосфера.

Метеоритная бомбардировка. Как это работало: астероиды падали на поверхность. Последствие: кора постоянно перерабатывалась, а вода и органические молекулы заносились из космоса.

Образование Луны. Как это работало: столкновение с Тейей. Последствие: наклон оси, ускорение вращения, добавление тепла.

Что мы узнали о Катархее:

1. Это самый древний эон (4,6–4,0 млрд лет назад).

2. Земля была расплавлена, поверхность — магматический океан.

3. Три источника разогрева: энергия ударов, гравитационная дифференциация, радиоактивный распад.

4. Сформировались ядро, мантия и первая базальтовая кора.

5. Атмосфера была разрежённой, состояла из водорода и гелия, затем — из вулканических газов (H₂O, CO₂, N₂, H₂S).

6. Долгое время считалось, что жидкой воды на поверхности не было; вода существовала только в виде пара и флюидов в магматических расплавах. Однако цирконы из Джек-Хиллз (см. п. 7) показали, что уже 4,4 млрд лет назад вода могла существовать в жидком виде локально.

7. Цирконы из Джек-Хиллз доказали, что уже 4,4 миллиарда лет назад на поверхности существовала жидкая вода и первичная кора.

8. Жизни не было.

9. Почти все породы Катархея переработаны; сохранились только цирконы (4,4 млрд лет), спорные породы Нуввуагиттука (4,28 млрд лет), гнейсы Акаста (4,02 млрд лет) и изотопные следы в породах Исуа (3,7–3,8 млрд лет).

10. Катархей передал Архею: ядро, мантию, кору, атмосферу, воду (в виде пара и флюидов), магнитное поле, химические предпосылки для жизни.

Завершающий тезис:

Катархей — это время, когда Земля была расплавлена, кора только формировалась, а жизни ещё не было. Этот эон длился около 600 миллионов лет — почти столько же, сколько весь Фанерозой (541 миллион лет). Но именно в этом тогда были заложены основы всего: ядро, мантия, первая кора, первичная атмосфера и вода. Без этого не было бы ни Архея, ни кактусов, ни нас.

Катархей заканчивается около 4,0 миллиардов лет назад. Планета остывает настолько, что водяной пар начинает конденсироваться и выпадать в виде дождя. Появляются первые океаны. И в этих тёплых, химически богатых водах, вблизи гидротермальных источников, начинает зарождаться самое удивительное явление во Вселенной — жизнь. Архей — это время, когда мы впервые можем сказать: «Земля стала живой».

А пока — спасибо Катархею. Без его огня, давления и хаоса не было возможности поваляться на теплой травке. Всё начинается с огня.

Рис. X. Реконструкция древнейших фрагментов коры в катархее — раннем архее (4,6–3,2 млрд лет назад). Бежевые области — предполагаемые протоконтиненты; точки — выходы древнейших пород (>3,2 млрд лет). Возраст кратонов указан в млрд лет.

Карта подчёркивает ключевой для главы о катархее факт: древнейшие породы Земли не образуют единого континента, а рассеяны по всем современным материкам. Это прямое следствие бурной тектонической юности планеты — в катархее и раннем архее кора была тонкой, горячей и крайне подвижной. Сохранившиеся кратоны — это «окаменевшие мгновения» той эпохи: изолированные блоки, которым удалось избежать полного переплавления и сохранить следы первых геологических процессов.

Сноски к Главе 5

[1] Книга Бытия, 1:2 — библейское описание Земли до акта творения, образ хаоса, предшествовавшего геологической истории.

[2] Герострат — житель Эфеса (IV в. до н. э.), сжёгший храм Артемиды, чтобы прославиться. Символ бессмысленного разрушения ради славы.

[3] Апейрон (греч.) — беспредельное, бесконечное; термин Анаксимандра для обозначения первоосновы мира.

[4] «Бог не играет в кости» — фраза Альберта Эйнштейна, выражающая его несогласие с квантовой механикой и веру в детерминизм Вселенной.

[5] «Настоящие кости» — игра слов: геологи имеют дело с окаменелостями (костями) в прямальном смысле, в отличие от метафорических «игральных костей» Эйнштейна.

[6] Принцип фаунальной (флористической) преемственности (биостратиграфии). Сформулирован Уильямом Смитом (1769–1839) на основе наблюдений за слоями пород Англии. Томас Генри Гексли (1825–1895) популяризировал этот принцип и дал ему биологическое обоснование.

[7] Закон Стено (закон суперпозиции), сформулированный датским натуралистом Николаем Стено (1638–1686): в ненарушенной толще осадочных пород каждый вышележащий слой моложе того, на котором залегает. См.: Steno N. De solido intra solidum naturaliter contento. — 1669.

[8] Радиометрическое датирование — метод определения возраста горных пород на основе распада радиоактивных изотопов. Разработан в начале XX века (Эрнест Резерфорд, Бертран Болтвуд). Первое применение для определения возраста Земли — Клэр Паттерсон (1956), получивший цифру 4,55 млрд лет.

[9] Идея цветового кодирования геологических карт принадлежит английскому геологу Уильяму Смиту (1769–1839), который в 1815 году впервые раскрасил свою карту Англии и Уэльса. Иоганн Вольфганг фон Гёте (1749–1832) — автор «Учения о цвете», консультировал Кристиана Кеферштайна при создании первой геологической карты Германии (1821).

[10] «Будет ласковый дождь» — отсылка к стихотворению Сары Тисдейл (1920), которое Рэй Брэдбери (1950) использовал как заглавие и лейтмотив своего рассказа о постапокалиптическом мире, где природа продолжает существовать после гибели людей.

[11] Катархей (Гадей) — древнейший эон. Этимология дискуссионная: от греч. κατάρχων — «начинающий, начальствующий»; либо от κατά («ниже») + ἀρχαῖος («древний») — «ниже древнейшего». В мировой литературе чаще используется термин «гадей» (Hadean, от Ἅιδης — Аид).

[12] «Адские условия» — катархей характеризовался высокой температурой поверхности (магматический океан), интенсивной метеоритной бомбардировкой и отсутствием устойчивой коры.

[13] Эон — крупнейшее подразделение геохронологической шкалы, объединяющее несколько эр (эротем). Выделяется по крупнейшим этапам развития Земли и органического мира. См.: Международная комиссия по стратиграфии (ICS).

[14] Wilde S.A., Valley J.W., Peck W.H., Graham C.M. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago // Nature. — 2001. — Vol. 409. — P. 175–178.

[15] Твёрдая оболочка (кора) — в Катархее Земля не имела сплошной твёрдой поверхности. Форма планеты определялась гидростатическим равновесием расплава, а не твёрдой корой, как в более поздние эпохи.

[16] «Фантомные боли определений» — отсылка к философскому понятию «фантомных болей» (ощущений в отсутствующей конечности), здесь — к сложности точных определений и терминологии в науке (в частности, дискуссии вокруг терминов «катархей» и «гадей»).

[17] Энергия аккреции — кинетическая энергия сталкивающихся планетезималей, переходившая в тепло. См.: Сафронов В.С. Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. — 1969; Chambers J.E. Planetary accretion. — 2004.

[18] Гравитационная дифференциация — процесс, при котором тяжёлые элементы опускаются к центру, формируя ядро, а лёгкие поднимаются вверх, образуя мантию и кору. См.: Ringwood A.E. Composition and origin of the Earth's core. — 1966; Anderson D.L. Theory of the Earth. — 1989.

[19] Радиоактивный распад — в ранней Земле было гораздо больше короткоживущих радиоактивных изотопов (²⁶Al, ⁶⁰Fe). См.: Lugmair G.W., Shukolyukov A. Early solar system timescales. — 2001.

[20] Сидерофильные элементы (от греч. sideros — железо, philia — любовь) — химические элементы, имеющие сродство к железу и концентрирующиеся в металлической фазе (ядре): золото, платина, иридий. См.: Гольдшмидт В.М. Кристаллохимия. — М.–Л.: ОНТИ, Химтеорет, 1937.

[21] Базальтовая кора — первая твёрдая оболочка Земли, состоявшая из тёмных основных пород. Была тонкой и нестабильной. См.: Конди К. Ранняя история Земли. — 1981; Condie K.C. Archean Greenstone Belts. — 1981.

[22] Флюиды (от лат. fluidus — «текучий») — в геологии летучие компоненты магмы (вода, углекислый газ, сероводород, хлороводород и другие), которые находятся в растворённом состоянии в расплаве и выделяются при его кристаллизации.

[23] Еськов К.Ю. Эволюция и палеонтология. — М.: Товарищество научных изданий КМК, 2018.

[24] O'Neil J., Carlson R.W., Francis D., Stevenson R.K. Neodymium-142 evidence for Hadean mafic crust // Science. — 2008. — Vol. 321(5897). — P. 1828–1831.

[25] Bowring S.A., Williams I.S. Priscoan (4.00–4.03 Ga) orthogneisses from northwestern Canada // Contributions to Mineralogy and Petrology. — 1999. — Vol. 134(1). — P. 3–16.

[26] Moorbath S., O'Nions R.K., Pankhurst R.J. Early Archaean age for the Isua iron formation, West Greenland // Nature. — 1973. — Vol. 245. — P. 138–139.

[27] Valley J.W. Oxygen isotopes in zircon // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. — 2003. — Vol. 53(1). — P. 343–385.

Библиографический список к Главе 5

На кириллице:

1. Еськов К.Ю. Эволюция и палеонтология. — М.: Товарищество научных изданий КМК, 2018.

2. Короновский Н.В. Общая геология: учебник для вузов. — М.: Издательство МГУ, 2006.

3. Янин Б.Т. Основы палеонтологии: учебник для вузов. — М.: Издательство МГУ, 2004.

4. Сафронов В.С. Эволюция допланетного облака и образование Земли и планет. — М.: Наука, 1969.

5. Гольдшмидт В.М. Кристаллохимия. — М.–Л.: ОНТИ, Химтеорет, 1937.

6. Конди К. Ранняя история Земли. — М.: Мир, 1981.

7. Лайель Ч. Основные начала геологии, или Новейшие изменения земли и её обитателей / Пер. с англ. А. Мин. — М.: Издание А.И. Глазунова, 1866.

На латинице:

1. Anderson D.L. Theory of the Earth. — Blackwell Scientific Publications, 1989.

2. Ringwood A.E. Composition and origin of the Earth's core // Nature. — 1966. — Vol. 209. — P. 1100–1102.

3. Chambers J.E. Planetary accretion // Origin of the Earth and Moon. — 2004. — P. 3–25.

4. Lugmair G.W., Shukolyukov A. Early solar system timescales // Space Science Reviews. — 2001. — Vol. 92(1-2). — P. 87–104.

5. Wilde S.A., Valley J.W., Peck W.H., Graham C.M. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago // Nature. — 2001. — Vol. 409. — P. 175–178.

6. O'Neil J., Carlson R.W., Francis D., Stevenson R.K. Neodymium-142 evidence for Hadean mafic crust // Science. — 2008. — Vol. 321(5897). — P. 1828–1831.

7. Bowring S.A., Williams I.S. Priscoan (4.00–4.03 Ga) orthogneisses from northwestern Canada // Contributions to Mineralogy and Petrology. — 1999. — Vol. 134(1). — P. 3–16.

8. Moorbath S., O'Nions R.K., Pankhurst R.J. Early Archaean age for the Isua iron formation, West Greenland // Nature. — 1973. — Vol. 245. — P. 138–139.

9. Valley J.W. Oxygen isotopes in zircon // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. — 2003. — Vol. 53(1). — P. 343–385.

10. Condie K.C. Archean Greenstone Belts. — Elsevier, 1981.

11. International Commission on Stratigraphy (IUGS). International Chronostratigraphic Chart. — 2023.

12. Steno N. De solido intra solidum naturaliter contento (On the Solid Body Naturally Contained in the Solid). — Florence, 1669.

ГАВА 6 АРХЕЙ: жизнь — это ново, и непривычно

ГАВА 6 АРХЕЙ: жизнь — это ново, и непривычно

«С начала на Земле не было жизни. Были горы, реки, океаны. Всё было. А жизни — не было. Такое в природе нередко случается: кажется, всё есть, а жизни — нет.»

— Феликс Кривин, «Начало жизни»

«Эта глина была когда-то гранитом. Когда-то, в давние времена, которые можно назвать её молодостью. Но молодость проходит, с годами становишься мягче, податливей… Такова бесконечная биография камня: за молодостью у него наступает старость, а за старостью — молодость. Жизнь всегда имеет начало и конец, но отсутствие жизни не имеет ни конца, ни начала.»

— Феликс Кривин, «Биография камня»

О чём эта глава

.

Архей (от греческого archaios — «древний») — второй эон в истории Земли. Он длился с 4 до 2,5 миллиардов лет назад. Это почти треть всей истории нашей планеты.

В русской геохронологии архей делится на четыре эратемы (от греч. era — «эпоха» и tema — «отрезок») [11]:

Эоархей (4,0–3,6 млрд лет назад) — от греч. ēōs — «заря, начало». Начало формирования устойчивой коры, первые протоконтиненты.

Палеоархей (3,6–3,2 млрд лет назад) — от греч. palaios — «древний». Расцвет коматиитовых лав, появление строматолитов.

Мезоархей (3,2–2,8 млрд лет назад) — от греч. mesos — «средний». Формирование крупных участков древней коры (кратонов).

Неоархей (2,8–2,5 млрд лет назад) — от греч. neos — «новый». Завершение архейской эры, переход к протерозою.

[ AD MARGINEM ]

Почему бы и не бяшете, да? Бо Бояне, могу Волгу веслы раскропити, а Донъ шеломы выльати! То есть расскажу, как умею об Архее.

Архей означает — изначальный.

Архейский эон разделён на два подразделения (в старой литературе — Нижний и Верхний; в современной русской геохронологии — на четыре эратемы, которые вы видели в списке выше) [11]. Общая длительность архея — 1,5 миллиарда лет. Притормозите глазом, вдумайтесь в цифру, ещё раз — 1 500 000 000 лет.

Нижний архей (эоархей + палеоархей) длился около 800 миллионов лет, верхний (мезоархей + неоархей) — около 700 миллионов лет.

Архейские породы слагают большую часть фундамента древних платформ и выходят на поверхность в пределах их щитов — Балтийского, Алданского, Волынского и других. Кроме того, они слагают срединные массивы в складчатых поясах. Встречаются даже на срединных хребтах океанов. А. Мейерхоф указывает, что на гребне срединно-океанического хребта в Атлантике на 45° с.ш. значительную площадь занимают породы континентальной коры. Правда, более поздней.

То есть, основа континентов — породы именно архейские. Основы, как им и полагается, закладывались первыми, хотя и не все дожили до счастливых и сытных времён кайнозоя.

Представлен архей в основном гранитоидами, гнейсами (сильно изменённые осадочные и вулканические породы), сланцами (те же гнейсы, но плитчатые, говоря совсем просто), ну и некоторыми другими.

В Архее сформировались оболочки планеты. В атмосфере преобладали углекислый газ, метан, аммиак, сероводород.

И самое главное — в Архее появилась жизнь.

Эукариоты (от греч. eu — «хорошо» и karyon — «ядро»; организмы, клетки которых обладают ядром) — по мнению некоторых исследователей, также появились в Архее, однако большинство учёных относят их появление к протерозою (около 1,8–1,6 миллиарда лет назад). Так что это остаётся предметом дискуссий.

Строматолиты — первые постройки живых организмов, встречаются до наших дней. Это тонкослойчатые колонны или столбики слоистого строения. При желании узнать подробнее — воспользуйтесь поисковыми системами интернета. Я же приведу фотографию. Да, это рекорд — быть первыми и жить до сих пор, оставляя после себя столбики и кислород.

Акритархи (от греч. akritos — «неясный» и arche — «начало, происхождение») — загадочные органические микрофоссилии, биологическая природа которых до сих пор не определена. Термин был предложен именно для тех ископаемых, которые нельзя с уверенностью отнести ни к одной известной группе организмов. Некоторые акритархи, возможно, представляют собой покоящиеся цисты древнейших водорослей, но многие принадлежат организмам совсем иного рода. Это не растения и не предки лишайников — лишайники, как симбиоз грибов и водорослей (или цианобактерий), представляют собой совершенно иную эволюционную линию. Акритархи — загадка в камне, и, быть может, когда-нибудь их потомки, возможно, станут водорослями, грибами и простейшими — но пока это лишь вопросы без ответов.

Биологи могут меня поправить, ведь мне кажется, что цианобактерии это именно те самые сине-зелёные водоросли, про которые до сих пор пишут: «Помогите избавиться от сине-зелёных водорослей»... ?

К началу архея, по оценкам учёных, океаны уже существовали [1]. Вопрос об их объёме остаётся дискуссионным: некоторые исследователи считают, что он был близок к современному, другие полагают, что значительно меньше. Температура поверхностных вод океана, по различным оценкам, составляла от 40 до 70°C — по данным кислородных изотопов в кремнях. Однако новейшие исследования дают более низкие значения — возможно, ниже 40°C. Вопрос остаётся предметом активных дискуссий. Приповерхностная температура атмосферы варьировалась от 0 до 40°C. Но мнения и толкования разнятся — особенно в отношении раннего архея, где данные скудны.

Ну и что же нам дал Архей, нам, людям?

Колоссальные месторождения железных, золотых, урановых и марганцевых руд, алюминия, свинца и цинка, медных, никелевых и кобальтовых руд — вот что нам оставил добрый Архей. А мы и рады пожирать всё это в три горла.

Эх, кабы все были добрыми, как бы зажили...

6.1. Лик архейской Земли: иное солнце, иное небо, иной океан

Иное солнце

Солнце в архее светило совсем не так, как сегодня. Оно было тусклее — примерно на 25–30% в начале архея и около 20% к его концу. Если бы мы могли увидеть его с поверхности Земли, оно казалось бы не таким ослепительно-белым, как сейчас, а скорее оранжевато-жёлтым, как на закате — зато в течение всего дня.

Но это не значит, что на планете было холодно. Наоборот! Слабое свечение компенсировалось плотной атмосферой, которая работала как одеяло. Об этом чуть позже.

И ещё одна важная деталь: озонового слоя тогда не было. А значит, ультрафиолетовое излучение достигало поверхности почти беспрепятственно. Для первых живых организмов это смерть. Они прятались под кусочками кварца, в воде, или вырабатывали защитные пигменты — как современные растения «загорают» на солнце, только в архее это было вопросом выживания.

Иное небо

Небо в архее не было голубым. Оно было оранжевым, серо-жёлтым или даже красноватым — как густой смог над огромным городом, только по всей планете.

Почему?

Потому что в воздухе было очень много углекислого газа, метана и водяного пара. Эти газы рассеивали солнечный свет иначе, чем наш чистый азотно-кислородный воздух. Цвет неба зависел от того, чего было больше: если метана — небо казалось желтоватым, если водяного пара — белесым, если углекислоты — красноватым.

А ещё в воздухе постоянно висела вулканическая пыль. Вулканы извергались повсеместно, выбрасывая пепел, серу и газы. Небо никогда не было чистым и прозрачным — оно всегда было затянуто дымкой, туманом или облаками. И ни одного облака привычного нам белого цвета — они были грязновато-серыми или желтоватыми, как предгрозовое небо.

Никаких голубых небес. Никаких ординарных закатов. Закаты были кроваво-красными из-за пыли в атмосфере — как после большого извержения вулкана, но всегда.

Иной океан

Если бы вы зачерпнули воду из архейского океана, вы бы умерли раньше, чем зачерпнули бы, по множеству причин. Все прочтения этого предложения верны.

Океан плескался зеленовато-красным, мутным и густым — как сильно заболоченная вода, смешанная с ржавчиной. Ещё бы, в нём растворено огромное количество железа, сероводорода (мощнейший аромат тухлых яиц) и других нехарактерных для питьевой воды составляющих.

Температура воды составляла, по оценкам исследователей, от 40 до 70°C — как в горячей ванне, но по всей планете. Однако новейшие исследования дают и более низкие значения — возможно, ниже 40°C. Вопрос остаётся предметом активных дискуссий. Вода мутная от взвешенных частиц оксидов железа и глины. Видимость под водой была не больше метра-двух. Зачем бы и кому она нужна в такие сложные времена?

Берега своеобразные. Вместо белых песчаных пляжей — чёрные базальтовые скалы, горячие источники, фонтаны пара, грязевые котлы, гейзеры, кстати. Вода могла быть кислой или щелочной, в зависимости от места. Бриз тяжеловат от углекислоты и сернистых газов и главное, он не нёс морскую прохладу.

И при этом — в горячем, ржавом, мутном океане уже зарождалась жизнь.

Жизнь она такая.

6.2. Поздняя тяжёлая бомбардировка

Прежде чем рассказывать, как Земля обретала свои черты, нужно сказать об одном событии, которое чуть не уничтожило всё, что успело появиться в катархее. Учёные называют его Поздней тяжёлой бомбардировкой, а иногда — «лунной катастрофой».

Откуда мы это знаем?

Когда астронавты «Аполлона» привезли камни с Луны, учёные обнаружили, что многие из них оплавлены и имеют возраст около 3,9 миллиарда лет. Это значит, что примерно в то время по Луне (и, скорее всего, по Земле) прокатился мощный поток астероидов и комет.

Почему мы не видим этих кратеров на Земле? Потому что наша планета — живая: ветер, вода, ледники и движения коры стёрли почти все следы. Да и атмосфера, Луна же — мёртвый мир, она сохранила эту «каменную летопись» до наших дней. Кстати говоря, на заметку пытливым романтическим умам:

Атмосфера как каменный слой

Вся атмосфера Земли — это не так уж много. Если бы воздух заменили гранитом такой же массы, слой камня составил бы всего около 4 метров — для современной атмосферы при давлении 1 бар. В архее, 3,9 миллиарда лет назад, давление оценивается в 1–10 бар — значит, атмосфера весила как слой камня толщиной от 4 до 38 метров. Звучит внушительно, но против астероидов это почти ничего.

Редкий ли метеорит долетит до поверхности?

Атмосфера — щит, но щит небезупречный. Метеорит, входящий в атмосферу, тормозится, нагревается, дробится. Если он мал — разрушится полностью, не достигнув земли. Приблизительные критические размеры зависят от состава:

Ледяной (кометный) — до 200 м: рассеется в воздухе.Каменный (хондрит) — 50–100 м: взорвётся в атмосфере (как Челябинский метеорит ~20 м, взорвавшийся на высоте 23 км).Железный — 10–20 м: может достигнуть поверхности, пробив атмосферу.Проще говоря: каменный астероид меньше 50 метров до Земли не долетит. Железный — может и при 10. Ледяной должен быть не меньше 200 метров. Эти цифры приблизительны и зависят от скорости, угла входа и плотности тела. Но астероиды поздней тяжёлой бомбардировки измерялись километрами — никакая атмосфера их не остановила бы.

Что принесли эти удары?

Согласно одной из гипотез, именно тогда на Землю попала значительная часть воды и углерода — тех самых веществ, из которых потом возникла жизнь. Исследования показывают, что источник этих астероидов был не где-то рядом, а далеко — за орбитой Юпитера. По некоторым ранним оценкам, значительная часть воды на Земле могла быть связана с этим потоком. Однако современные изотопные данные показывают, что основной источник воды — углистые хондриты из внешнего пояса астероидов, а не кометы. Доля кометной воды, по оценкам, составляет менее 10%. Вопрос всё ещё обсуждается.

6.3. А была ли ранняя бомбардировка?

В катархее — от 4,5 до 4,0 миллиарда лет назад — Земля, по-видимому, переживала этап интенсивных ударов из космоса. Это так называемая ранняя бомбардировка: остатки протопланетного диска, из которого формировались планеты, продолжали выпадать на молодую Землю.

Однако вопрос о том, были ли ранняя и поздняя бомбардировки двумя отдельными событиями или одним непрерывным процессом, остаётся предметом дискуссий. Согласно модели «Ницца» (названной по городу, где она была разработана), миграция планет-гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — могла вызвать резкий выброс астероидов и комет во внутреннюю часть Солнечной системы около 3,9 миллиарда лет назад. Эта модель объясняет «пик» в возрасте лунных образцов. Но некоторые исследователи считают, что такого резкого пика не было, а бомбардировка шла непрерывно, просто более ранние следы стёрты последующей геологической активностью.

Древнейшие цирконы из Джек-Хиллс (Западная Австралия), датируемые возрастом 4,4 миллиарда лет, позволяют судить о процессах, происходивших ещё до архея. Их состав указывает на то, что уже тогда на Земле существовала жидкая вода и твёрдая кора — а значит, бомбардировка, какой бы интенсивной она ни была, не уничтожала кору полностью.

6.4. Рождение континентальной коры

Рубеж в 4 миллиарда лет — это не резкая черта, а условная граница. До неё — почти полная неизвестность, после — начинается время, от которого сохранились камни и окаменелости.

К началу архея космическая бомбардировка поутихла, и кора получила шанс не только образовываться, но и сохраняться.

Какая была Земля в начале архея?

Земля уже остыла настолько, что кора стала твёрдой и устойчивой. Но мантия (под корой) была всё ещё очень горячей — примерно на 150–200 градусов выше, чем сейчас.

Появились первые «островки» суши — небольшие участки коры, которые плавали в океане расплавленной породы. Их сравнивают с айсбергами или плавучими льдинами. Со временем эти блоки сталкивались и слипались, образуя зачатки будущих материков.

Океаны и воздух уже существовали, но они были совсем не такими, как сейчас. Вода в океанах была горячей и содержала много металлов. В воздухе почти не было кислорода, зато было много углекислого газа и метана.

Первая континентальная кора

В архее суши было мало. Она росла медленно, по кусочкам. Но её всё равно хватало, ведь человеков ещё не существовало.

Континентальная кора обогащена кремнезёмом — веществом, из которого состоит песок и кварц. Чтобы получить такую кору, нужно было расплавить базальт (породу океанического дна) с добавлением воды. Для этого, как для получения инвалидности, или значка ГТО — нужны особые условия.

На этот счёт существует несколько предположений.

Субдукционная модель. Сначала из мантии выплавляется океаническая кора (базальтовая). Потом она субдуцируется — проваливается под континент, плавится и даёт кислую магму, из которой получаются граниты.

Как мы уже говорили в Главе 3, субдукция — это процесс, при котором одна плита земной коры ныряет под другую. Представьте себе два листа бумаги, один из которых засовывается под другой. В геологии так происходит с океаническими плитами: они тяжелее, поэтому при столкновении с континентом они уходят вниз, в мантию. Там они плавятся, и часть расплава поднимается обратно, образуя вулканы. Это один из главных механизмов концепции тектоники плит.

Модель красивая, понятная, даже желанная некоторыми, но её применимость к архею вызывает большие сомнения — прямых доказательств субдукции в древнейших породах нет.

Модель перемешивания. Исследования древнейшего кратона (от греч. kratos — «сила, мощь») — устойчивого участка континентальной коры — Пилбара в Австралии показали, что он образовался примерно 3,4 миллиарда лет назад в результате вертикального перемешивания пород. Это как если бы в кастрюле с густым супом тяжёлые куски опускались, а лёгкие поднимались. В результате на поверхности оказались лёгкие гранитные породы, а внизу остались тяжёлые ультраосновные. Как по мне — вот это красиво по-настоящему.

Плюм-тектоника. Согласно этой гипотезе, главную роль играли не горизонтальные движения плит, а мощные горячие потоки снизу — плюмы. Они поднимались из глубины, плавили кору и создавали массивы гранитов. Тоже прекрасно.

Другой путь: как магма разделяется на части

Есть ещё один способ получить континентальную кору, который не требует субдукции. Это дифференциация магмы (от лат. differentia — «разность, разделение») — разделение расплава на части разного веса.

Представьте себе магматический очаг — подземную камеру, полную расплава.

Когда этот расплав остывает, из него начинают выпадать кристаллы. Тяжёлые опускаются на дно. Лёгкие всплывают вверх — как масло на воде. В результате в камере образуются слои:

Сверху — лёгкие кремнезёмистые породы (граниты).

Снизу — тяжёлые магниевые породы.

Посередине — породы промежуточного состава.

Этот процесс называется фракционной кристаллизацией (от лат. fractio — «раздробление, разделение»).

Важно: это внутрикоровый процесс. Он может идти сам по себе, без участия тектоники плит.

Что такое ТТГ и почему их не стоит бояться

В архее при таком разделении магмы образуются породы, которые геологи называют ТТГ-ассоциациями. Это сокращение от трёх названий:

Тоналит

Трондьемит

Гранодиорит

Это всё разновидности гранитов, характерные именно для архейской коры. Они составляют основу первых континентов.

По мнению многих учёных, эти породы могут образовываться без участия субдукции — просто за счёт плавления базальтовой коры снизу, от горячих плюмов, или при утолщении коры [1].

Таким образом, ТТГ-породы — это не доказательство древней субдукции, а скорее свидетельство того, что механизмы формирования коры в архее были совсем иными (и мы до конца их не понимаем).

6.5. Коматииты: огненные реки древней Земли

Представьте себе лаву, которая течёт как вода, но при температуре 1500 градусов — почти как поверхность Солнца. Это и есть коматииты (магниевые тёмные лавы).

Они названы по реке Комати в Южной Африке, где их впервые нашли. Породы содержат очень много магния — значительно больше, чем современные базальты.

Почему коматииты так важны?

Они — главное доказательство того, что в архее Земля была намного горячее. Такая лава не может образоваться сейчас, потому что мантия остыла. Учёные считают, что коматииты были связаны не с субдукцией (как современные вулканы), а с горячими потоками из недр — плюмами [4].

Пик коматиитового вулканизма пришёлся на 3,5–2,5 миллиарда лет назад. Затем они почти исчезают — примерно в то время, когда, по мнению некоторых учёных, тектоника плит начала приобретать современный вид.

Химический состав коматиитов (в среднем, в пересчёте на оксиды):

SiO₂ (кремнезём) — 40–45%

MgO (магний) — 18–30%

FeO/Fe₂O₃ (железо) — 8–12%

Al₂O₃ (алюминий) — 3–8%

CaO (кальций) — 3–6%

Na₂O (натрий) — 0,2–1,0%

K₂O (калий) — 0,1–0,5%

Как рождались коматииты: гипотетическая модель

Предполагается, что в архее тонкая кора (всего 20–30 километров) легко растрескивалась, образуя глубокие разломы. В эти разломы падало давление, и мантийные породы начинали плавиться даже на большой глубине. Расплав поднимался по трещинам, и на поверхности застывал с характерными игольчатыми кристаллами оливина — это называется спинифекс-структура (названа по австралийской траве Triodia, чьи колючие пучки листьев напоминают структуру породы). В разрезе такие породы напоминают пучки игл или веточки папоротника.

Это всего лишь одна из возможных моделей, а не установленный факт.

6.6. Была ли субдукция в архее?

Глаукофановые сланцы: почему их отсутствие так важно

Глаукофановые сланцы (от греч. glaukos — «голубовато-зелёный») — это камни синеватого оттенка, которые образуются только в очень холодных и глубоких условиях, при огромном давлении. Такие условия бывают в зонах субдукции, где океаническая плита ныряет в мантию, не успевая прогреться.

Главный минерал в них — глаукофан (синий амфибол). Он как летописец: «записывает» условия своего рождения — холодно и глубоко.

В архее таких пород почти нет. Вообще.

Получается:

В архее не было субдукции современного типа. Если бы плиты ныряли глубоко и быстро, они бы остывали, и глаукофан мог бы образоваться.

Варианты есть: Архейская кора была горячее. Даже если субдукция существовала, она была «тёплой» — плита не успевала остыть, и вместо глаукофана образовались другие минералы.

Субдукция (если была) — медленная и пологая. Возможно, даже печальная. Это не создавало условий для глаукофанового метаморфизма.

Глаукофановые сланцы появляются в геологической летописи только с неопротерозоя (около 700–800 миллионов лет назад) [5]. Их появление считают одним из главных признаков того, что тектоника плит приобрела современный вид.

Поэтому отсутствие глаукофана — один из главных доводов противников глобальной субдукции в архее.

Когда, по мнению учёных, началась тектоника плит?

Это не установленный факт, а всего лишь гипотеза. И она активно обсуждается.

Предполагается, что до 3 миллиардов лет назад континенты были сложены преимущественно высокомагнезиальными породами — коматиитами и их производными. Это говорит о том, что мантия была горячее, а механизмы плавления — иными.

Некоторые учёные (например, К. Конди) связывают резкое разрастание континентов за счёт гранитов в интервале 3,0–2,5 миллиарда лет назад с возможным стартом глобальной субдукции [2]. Но это лишь предположение — прямых доказательств субдукции в архее нет.

Если даже эта гипотеза верна, архейская тектоника плит была совсем не такой, как сегодня: плит было больше, они были меньше, пластичнее и подвижнее. Их взаимодействие напоминало скорее «эмбриональную» стадию, чем зрелую тектонику.

Важно: это лишь одна из моделей. Есть и другие объяснения — плюм-тектоника, гравитационное перемешивание, тектоника малых плит [3].

6.7. Атмосфера и климат

Воздух в архее был совсем не тем, чем мы дышим сейчас.

Кислорода почти не было. Совсем мало — менее 0,001% от современного уровня, а возможно, и на порядок меньше: оценки варьируют от 10⁻⁵ до 10⁻⁷ PAL (от современного уровня).

Вместо кислорода в воздухе было:

Углекислый газ (CO₂) — в 10–100 раз больше, чем сейчас.

Метан (CH₄) — болотный газ.

Азот (N₂) — примерно как сейчас.

Водяной пар — гораздо больше, чем сейчас.

Как учёные это определили? По изотопным аномалиям серы в древних породах [6]. Эти аномалии возникают только тогда, когда нет озонового слоя. А озоновый слой не может существовать без свободного кислорода.

Климат: несмотря на то, что Солнце светило на 25–30% слабее в начале архея, Земля не замёрзла. Мощный парниковый эффект (от углекислого газа, метана и водяного пара) удерживал тепло. По оценкам, температура поверхности составляла от 0 до 40°C.

Железистые кварциты (джеспилиты). Это полосчатые породы, состоящие из кремнезёма и железа. Они образовались как следствие того, что кислород, который начали выделять первые фотосинтезирующие бактерии, тут же связывался с железом в океане и выпадал в осадок. Гигантские залежи этих пород — главное доказательство раннего фотосинтеза. Подробно о механизме их образования — в Главе 8, где мы разберём кислородное событие.

6.8. Океаны

К началу архея, по оценкам учёных, океаны уже существовали [1]. Вопрос об их объёме остаётся дискуссионным: некоторые исследователи считают, что он был близок к современному, другие полагают, что значительно меньше.

Предполагается, что океан был слоистым:

Верхний слой — под действием ультрафиолета накапливались сульфаты.

Нижний слой — восстановительный, бескислородный, с сероводородом.

Это совсем не та прозрачная голубая вода, к которой счастливчики, живущие на тёплых морях, привыкли.

6.9. Жизнь в архее: первые следы

Подробно о зарождении жизни — в Главе 7. Здесь лишь отметим, что самые ранние бесспорные следы жизни датируются примерно 3,7 миллиарда лет назад (по некоторым оценкам — до 3,8 млрд лет, но дискуссии продолжаются).

В Гренландии (формация Исуа) в осадочных породах этого возраста найден графит — чистый углерод. Его изотопный состав (мало тяжёлого углерода-13) характерен для биогенного происхождения [7]. Это значит, что углерод прошёл через живые организмы.

Таким образом, жизнь возникла менее чем через миллиард лет после образования планеты. По геологическим меркам — невероятно быстро.

6.10. Итог: архей — время становления

К концу архея Земля стала почти неузнаваемой:

Появились первые протоконтиненты и начала формироваться континентальная кора (через дифференциацию магмы и, возможно, эмбриональную, или даже неопознанную, провиденциальную (от слова «видение») субдукцию).

Где-то около 3 миллиардов лет назад, по одной из гипотез, стартовала тектоника плит современного типа. Тоже провиденциальная во все стороны.

Океаны существовали, но вопрос об их объёме остаётся дискуссионным.

Атмосфера оставалась бескислородной, но парниковый эффект делал её пригодной для жизни.

На планете уже была жизнь — микроскопическая, но оставившая следы в породах.

Что важно запомнить из этой главы

Архей — время от 4 до 2,5 миллиардов лет назад, когда формировались кора, океаны и атмосфера.

Иное солнце — тусклое (на 25–30% слабее в начале архея), оранжевато-жёлтое, с сильным ультрафиолетом.

Иное небо — оранжевое, красноватое или жёлтое, затянутое дымкой и вулканическим пеплом.

Иной океан — горячий, ржавый, мутный, с запахом сероводорода.

Поздняя тяжёлая бомбардировка (~3,9 млрд лет) могла принести на Землю воду и органику.

Субдукция — процесс, при котором одна плита ныряет под другую; в архее её, скорее всего, не было в современном виде.

Коматииты — огненные лавы древней Земли, свидетельство того, что планета была горячее.

Глаукофановые сланцы отсутствуют в архее — значит, субдукции современного типа не было или она была совсем иной.

Атмосфера была бескислородной, но мощный парниковый эффект не давал планете замёрзнуть.

Первая жизнь появилась не позднее 3,7 миллиарда лет назад.

Сноски к Главе 6

[1] Anbar A.D. Oceans of the Archean // Elements, 2008, v. 4, p. 101–106. — Об океанах архея.

[2] Condie K.C. Earth as an Evolving Planetary System. — Amsterdam: Elsevier, 2005. — Об эволюции Земли в архее.

[3] Bédard J.H. A Stagnant-Lid Model for the Archean Earth // Precambrian Research, 2006, v. 148, p. 149–183. — Об архейской тектонике.

[4] Arndt N.T. et al. Komatiites: Petrology, Geochemistry, and Genesis // Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2008, v. 66, p. 141–187. — О коматиитах.

[5] Stern R.J. Evidence from Ophiolites, Blueschists, and UHP Terranes that the Modern Episode of Subduction Tectonics Began in Neoproterozoic Time // Geology, 2005, v. 33, p. 557–560. — О времени начала современной субдукции.

[6] Farquhar J., Bao H., Thiemens M. Atmospheric Influence of Earth's Earliest Sulfur Cycle // Science, 2000, v. 289, p. 756–759. — Об изотопах серы и бескислородной атмосфере.

[7] Rosing M.T. ¹³C-Depleted Carbon Microparticles in >3700-Ma Sea-Floor Sedimentary Rocks from West Greenland // Science, 1999, v. 283, p. 674–676. — О первых следах жизни.

[8] Hamilton W.B. Archean Magmatism and Deformation Were Not Products of Plate Tectonics // Precambrian Research, 1998, v. 91, p. 143–179. — О критике субдукции в архее.

[9] Stern R.J. Modern-style Plate Tectonics Began in the Neoproterozoic // Geology, 2008, v. 36, p. 755–756. — О начале современной тектоники плит.

[10] Кривин Ф.Д. Избранное. — М.: Художественная литература, 1980. — Эпиграфы к главе.

[11] Назаров В.И. и др. Русская геохронологическая шкала. — М.: Наука, 2020. — О русской геохронологической традиции.

Библиографический список к Главе 6

1. Anbar A.D. Oceans of the Archean // Elements, 2008, v. 4, p. 101–106.

2. Arndt N.T. et al. Komatiites: Petrology, Geochemistry, and Genesis // Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2008, v. 66, p. 141–187.

3. Bédard J.H. A Stagnant-Lid Model for the Archean Earth // Precambrian Research, 2006, v. 148, p. 149–183.

4. Condie K.C. Earth as an Evolving Planetary System. — Amsterdam: Elsevier, 2005.

5. Farquhar J., Bao H., Thiemens M. Atmospheric Influence of Earth's Earliest Sulfur Cycle // Science, 2000, v. 289, p. 756–759.

6. Hamilton W.B. Archean Magmatism and Deformation Were Not Products of Plate Tectonics // Precambrian Research, 1998, v. 91, p. 143–179.

7. Rosing M.T. ¹³C-Depleted Carbon Microparticles in >3700-Ma Sea-Floor Sedimentary Rocks from West Greenland // Science, 1999, v. 283, p. 674–676.

8. Stern R.J. Evidence from Ophiolites, Blueschists, and UHP Terranes that the Modern Episode of Subduction Tectonics Began in Neoproterozoic Time // Geology, 2005, v. 33, p. 557–560.

9. Stern R.J. Modern-style Plate Tectonics Began in the Neoproterozoic // Geology, 2008, v. 36, p. 755–756.

10. Кривин Ф.Д. Избранное. — М.: Художественная литература, 1980.

11. Назаров В.И. и др. Русская геохронологическая шкала. — М.: Наука, 2020.

Глава 7. Зарождение жизни (ранний архей)

Глава 7. Зарождение жизни (ранний архей)

Умертвить живое намного легче, чем оживить мертвое. Видимо, между жизнью и смертью туда и назад совершенно разные расстояния.

— Феликс Кривин

Океан дал земле жизнь, он первый превратил неорганическую материю в органическую, за что органическая материя ему благодарна.

— Феликс Кривин

Вступление: мир, где зародилась жизнь

Именно в Архее, под иным небом и иным, по сути, солнцем и появилась на Земле жизнь. Не просто органические молекулы — а живые клетки, способные расти, делиться и эволюционировать. Они даже не представляли, что эволюционируют аж до эффективных менеджеров и коучей, нет, просто жили. ЖИЗНЬ…

Мы все живем. Обычные или не совсем обычные жизни, и они часть какой-то огромной, необъятной общей жизни. Зачем-то. И именно сверхбытие куда-то идет. А наше нет, наше возникает и исчезает. Даже не кирпичики в храм под медными небесами, так, мгновения, от радости познания, до понимания, что поздно. Нехитрые радости, так себе моральный облик, изжеванная совестью душа, что еще? А еще горе.

Вот в эту минуту, когда мы идем мимо, у кого-то горе. И с вами случалось подобное, и вы были поражены тем, что мир не замер, а продолжает куда-то бежать, стекать с тротуаров на проезжую часть, разливать по стаканам. Кто-то выразит сочувствие и тут же примется жить отдельно от вашей боли. Нашей боли. Твоей, моей, его, её... И в этом равнодушии заключен главный секрет — жить необходимо. И потому ничто не должно этому мешать. Ни всеобщее горе, ни воля народа, ни индивидуальная непереносимость.

Жизнь управляет нами с помощью правил. Главное из них — жить необходимо. А потому наше личное горе всегда будет личным и никак иначе. Даже по геноциду в Бурунди не получается грустить более трех минут двадцати секунд, чего уж говорить о чужих бедах, даже самых тяжких. Мы же ничего не можем. Бессильны. Только сочувствие и жить дальше. И травоядные, и хищники. Все. Даже те, кто знает, чем все закончится, даже те, кто знает зачем.

К чему это я? А мне совестно иногда, что живу и ничем не могу помочь. Не придумал лекарство от смерти, а ведь в детстве собирался. Так-то вот.

Говорят, нельзя писать в одном предложении два слова, которые начинаются с одной и той же буквы? Думаю, дело в другом. И уважение к читателю в чем-то ином. В чем-то чудесном.

Неужели вы думаете, что смерть не может прийти к целой планете? Навсегда. Так что не спасут никакие откаты эволюции к папоротникам и рептилиям? Посмотрите на Марс, имею основания подозревать, что еще не так уж и давно там кипела жизнь, кипела и вылетала искристыми брызгами за орбиту. Скоро уже мы это узнаем точно, кто послабее — вздохнут с сожалением, а сильные продолжат быть по-своему, ради денег, половых радостей, еды и новой кормушки «не хуже, чем у соседа». Да даже если ради звездного неба и нравственного закона, что изменится в прошлом? Вот, например, Википедия, уже лопается от натуги, а хренушки...

А что такого? Интуитивный стоицизм — зачем жалеть о том, что уже мертво? Мы ведь не можем ничего изменить.

Добра вам и не сердитесь, когда вам тяжко, на тех, кто продолжает улыбаться небесам. У них тоже бывает горе. Так уж все устроено. А молиться мы никогда не умели. И не ной. Просто подними обломок кости и почеши быку спину. Повременят.

«Итак, люстра. Она будет теперь над Даниловым, и, если его жизнь даст ей основания сорваться, ничто её не удержит». Под медными небесами, на железной земле. И слово было.

Закончился Катархей, о котором мы говорили в Главе 5. Ранний Архей, который мы описали в Главе 6, подходил к концу. Два миллиарда и двести миллионов лет — от 4,6 до 2,4 миллиарда лет назад — это время, когда Земля была сначала безжизненной, а потом — с жизнью, но без кислорода. Это почти половина всей истории планеты.

Как это произошло? Откуда взялись первые живые существа? Как они выживали без озонового слоя, под жёстким ультрафиолетом? И как мы вообще узнаём о событиях, которым больше трёх миллиардов лет?

Эта глава — о самом таинственном моменте в истории Земли: о переходе от химии к биологии. О том, как неживая материя стала живой.

[AD MARGINEM] Все мы произошли от одного предка. Или от двух. Или от тысячи неудачников, которых съели более удачливые. На этом этапе разница невелика — важно лишь, что кто-то выжил.

Вся тварь разумная скучает, иной от лени, тот от дел…

Хорошо, что работу геологов не контролирует карательная психиатрия. Наверняка ведь описания пород дали бы необъятное поле деятельности психологам — психологам-терапевтам и прочим разновидностям профессионалов «не просто снов».

То ли поэты живут в геологах, то ли психи… то ли скука достигает, и чтобы отбиться от нее…

Читать описание пород лучше, когда знаешь, где и в каких условиях они сделаны. Я знаю, потому и не удивляюсь.

Мороз под полтинник, ряды ящиков с керном, последние парят в синие небеса остаточным теплом. Тайга, буровая, из которой постоянно что-то льется и застывает — белое, немного серой зелени хвои.

Краски играют в душе.

И вот получаются такие строки: …чередование голубовато-светло-серых, серовато-бурых, тёмно-зелёных, тёмно-серых.

Силикатный скарн, лимонитизированный, тёмно-бурого, в центральной части буровато-зелёного цвета

Силикатный скарн, буровато-зелёного, голубовато-серого цвета

Гранодиорит-порфир, скарнированный, голубовато-светло-серый

И жизнь расцвечивается, а если выйдет солнце, то цветов ещё больше…

Сам я, от скуки, когда-то, давно, внезапно начинал писать вместо «лазурит» — «ляпис-лазурь», вместо сфалерита — цинковая обманка, вместо пирита — кошачье золото, заменял названия нынешние прежними. Они, ведь, тоже законны, и вполне можно такие названия употреблять.

Помню, главный геолог понимающе посмотрел мне в душу и сказал ровным, добрым голосом: «Александр, прошу вас, пишите названия минералов в виде, принятом в текущее десятилетие», — вздохнул и добавил: «Я сам так делал, но вы воздержитесь, вот вернётесь в город и выпьете от души».

Кстати, существует гипотеза (догадка) некоего немца с замысловатыми выходными данными — Гюнтер Вехтерсхойзер, так вот, он считает, что соединения серы и железа (вот он называет их кошачьим золотом, возможно, имея в виду нечто отличное от пирита), сыграли главную роль в зарождении жизни на Земле. Оно, конечно, мнение устарело нынче, но этот юрист неплохо придумал. В чёрных курильщиках, если спуститься в жерло, действительно удивительно. Там свой животный мир, слепые крабы, гигантские черви и сахалинско-дудинские ответсеки. По многим причинам первенство в образовании первой жизни ушло к ямам с грязью у подножий палеовулканов, но шаг Вехтерсхойзера был неплох.

Чёрные курильщики — это не африканские дегустаторы табаков и не карибские регги-потребители нирваны — это такие источники высокоминерализованных вод в океанах. Трубообразные, высотою в несколько десятков метров, со своим режимом температур и своим химизмом. Кстати, существуют и белые курильщики — удивительно, но они ни в чём не виноваты перед чёрными.

Труден и сложен внутренний мир геолога. Мысль его мечется от Занзибара до Тютчева, и нет ей покоя. А ведь скука — отдохновение души. Дремал над Вергилием, вот лошара…

«Чёрные курильщики», архей, ~3,8 млрд лет назад. Гидротермальные источники — одно из главных мест, где могла зародиться жизнь. Художественная реконструкция.

«Белый курильщик», архей, ~3,8 млрд лет назад. Щелочной источник, на границе которого с кислым океаном возникает протонный градиент — возможный двигатель первых биохимических реакций. Художественная реконструкция.

7.1. Что такое жизнь с геологической точки зрения?

Прежде чем говорить о зарождении жизни, давайте спросим себя: а что мы вообще считаем жизнью? С биологической точки зрения это сложный набор признаков: обмен веществ, рост, размножение, раздражимость, наследственность. Но с геологической точки зрения определение проще.

С точки зрения геолога, жизнь — это фактор, который изменяет окружающую среду. Живые организмы перерабатывают горные породы, создают новые минералы, меняют состав атмосферы и океанов, строят рифы и даже вызывают климатические катастрофы. Мы увидим это позже, в главе о кислородном перевороте.

Но на заре своего существования жизнь была ещё слишком слаба, чтобы менять планету. Она приспосабливалась. Она выживала. Она училась.

Ключевое понятие: жизнь — это химическая автокаталитическая система, способная к мутациям и естественному отбору. Простыми словами — это процесс, в котором молекулы создают копии самих себя, но с ошибками, и эти ошибки либо убивают систему, либо делают её сильнее.

7.2. Основные предположения о том, как началась жизнь

Как из неживой материи — из газов, воды, минералов и тепла — появились живые клетки? Это одна из самых сложных научных проблем, и пока нет окончательного ответа. Однако есть несколько гипотез, которые хорошо обоснованы экспериментально.

7.2.1. Гипотеза «первичного бульона» (или супа)

Эту гипотезу в 1920-х годах предложили советский биолог Александр Опарин [2] и английский генетик Джон Холдейн. Они предположили, что в древнем океане, насыщенном органическими соединениями, могли самопроизвольно образовываться сложные молекулы.

В 1953 году американский учёный Стенли Миллер поставил знаменитый эксперимент [3]: он пропускал электрические разряды через смесь газов, которая, как тогда считали, существовала в ранней атмосфере (метан, аммиак, водяной пар, водород). В результате он получил аминокислоты — «кирпичики» белков. (Гарольд Юри, нобелевский лауреат, был научным руководителем Миллера и вдохновителем эксперимента, но соавтором публикации не стал.)

Позже эксперименты повторили с более реалистичным составом атмосферы (с высоким содержанием CO₂ и азота, без аммиака) — и тоже получили аминокислоты. Иными словами, органические молекулы могли возникать в древнем океане без участия живых организмов. Это абиогенез (от греч. a — не, bios — жизнь, genesis — происхождение) — возникновение органических веществ из неорганических без участия живых организмов.

Оговорка: самопроизвольное возникновение жизни в бульоне — это одно, а возникновение аминокислот — другое. От аминокислот до живой клетки — огромный скачок, который пока не воспроизведён в лаборатории.

7.2.2. Гидротермальные источники: «чёрные курильщики»

В конце 1970-х годов на дне океана обнаружили гидротермальные источники — «чёрные курильщики». Это разломы в океанической коре, из которых бьют горячие (до 400 °C) и насыщенные минералами воды. Название они получили из-за чёрного цвета воды, насыщенной сульфидами металлов, которые выглядят как струи дыма.

Гипотеза: жизнь могла зародиться именно там, где есть:

тепло (источник энергии),

химические градиенты (об этом мы подробно поговорим в следующем разделе),

защита от жёсткого ультрафиолета (глубина океана).

В таких источниках действительно найдены сложные органические молекулы, а также живые бактерии и археи, которые живут без света, за счёт хемосинтеза (от греч. chemeia — химия и synthesis — соединение; получение энергии из химических реакций, а не из солнечного света) [6]. Они очень похожи на тех, что могли быть первыми организмами на Земле.

7.2.3. Модель Ника Лейна: протонный градиент как двигатель жизни

Британский биохимик Ник Лейн (Nick Lane) предложил одну из самых детальных и физиологически обоснованных гипотез [5]. Он обратил внимание не просто на тепло источников, а на разницу химического состава между водой источников и океанской водой.

В океанском дне существуют не только «чёрные курильщики» (горячие, кислые, насыщенные металлами), но и «белые курильщики» — более холодные (до 90 °C) и щелочные источники. Вода в них имеет высокий pH (щелочная), а древний океан, насыщенный углекислым газом (CO₂), был кислым.

На границе этих двух сред возникает протонный градиент — разница в концентрации ионов водорода (H⁺) по разные стороны тонкой минеральной стенки.

Пояснение терминов:

Градиент (от лат. gradiens — шагающий, идущий) — это изменение какой-либо величины (температуры, давления, концентрации) при переходе от одной точки пространства к другой. Простыми словами: это разность между двумя областями, которая создаёт «напор» или «движущую силу». Например, вода течёт сверху вниз потому, что есть градиент высоты (перепад). Ионы водорода стремятся перетечь оттуда, где их много, туда, где их мало — потому что есть концентрационный градиент.

Протонный градиент — это разность концентрации протонов (ионов водорода, H⁺) по разные стороны мембраны или стенки. Протоны, как и вода, стремятся выровнять концентрацию, и этот поток может совершать работу — подобно тому, как вода вращает колесо мельницы. В живых клетках именно этот поток вращает «молекулярную мельницу» — фермент АТФ-синтазу, которая производит энергию.

АТФ (аденозинтрифосфат) — это универсальная «энергетическая валюта» всех живых клеток. Пояснение: молекула АТФ — это как заряженный аккумулятор. Когда клетке нужна энергия (например, чтобы сократить мышцу или синтезировать белок), она «разряжает» АТФ, отщепляя один фосфат, и получает готовую энергию. Затем клетка снова «заряжает» АТФ за счёт пищи или света — и цикл повторяется.

В современных клетках именно протонный градиент служит источником энергии для синтеза АТФ. Клетки создают этот градиент, тратя энергию пищи или света. Но Лейн предположил, что первые живые системы не создавали градиент сами, а использовали готовый природный градиент, существовавший в пористых стенках щелочных гидротермальных источников [4].

Это позволило возникнуть сложным органическим молекулам без сложных ферментов. Сама структура минеральных пор (например, гидротермальных глин) могла служить первым «биореактором», где углекислый газ соединялся с водородом, давая начало органике — именно так, как это происходит в древнейшем биохимическом пути, называемом цикл Кребса (он же цикл лимонной кислоты, или цикл трикарбоновых кислот; назван по имени немецкого биохимика Ганса Кребса, открывшего его в 1937 году). Этот цикл есть у всех живых организмов и, вероятно, возник ещё до появления клеток.

Позже, когда клетки научились создавать свой собственный градиент внутри мембран, они стали независимыми от вулканов.

Важная оговорка: гипотеза Лейна — одна из самых ярких, но не общепризнанная. Критики указывают, что некоторые экспериментальные данные не подтверждают ключевые этапы его модели (например, эффективность восстановления углекислого газа в таких условиях). Однако она остаётся одним из самых подробных и физиологически внятных сценариев перехода от химии к биологии.

7.2.4. Гипотеза РНК-мира

Современная биология знает, что в клетке есть три главных типа молекул:

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — хранит наследственную информацию.

РНК (рибонуклеиновая кислота) — переносит информацию и участвует в синтезе белков.

Белки — выполняют все рабочие функции (катализируют реакции, строят структуры, переносят вещества).

Проблема «курицы и яйца»: чтобы синтезировать белки, нужна РНК. Чтобы синтезировать РНК, нужны белки (ферменты). Как это началось?

В 1980-х годах было обнаружено, что некоторые РНК могут действовать как катализаторы (ферменты). Катализатор (от греч. katalysis — растворение, распад; в химии — вещество, которое ускоряет реакцию, но само при этом не расходится) — вещество, которое ускоряет химическую реакцию, не входя в продукты реакции. Такие РНК назвали рибозимами (от ribo — РНК и zyme — фермент, от греч. zymē — закваска). Получается, РНК может и хранить информацию (как ДНК), и катализировать реакции (как белки).

Поэтому гипотеза РНК-мира предполагает, что первые самовоспроизводящиеся системы состояли из РНК. Они могли копировать сами себя, мутировать и эволюционировать, и только позже «изобрели» белки и ДНК, которые оказались эффективнее.

Эта гипотеза — сегодня самая популярная, хотя она и не доказывает, что так было на самом деле.

7.2.5. Гипотеза глиняных матриц

Английский химик Грэм Кэрнс-Смит [8] предположил, что первые органические молекулы могли собираться на поверхности глины. Глинистые минералы имеют слоистую структуру и могут служить «матрицей» для сборки молекул. Кроме того, они катализируют некоторые реакции. Может быть, жизнь «началась на камне» (в буквальном смысле), а потом перешла в воду?

Это не основная, но любопытная гипотеза.

7.2.6. Один генетический код — два пути к клетке

Что такое LUCA?

LUCA (Last Universal Common Ancestor — «последний универсальный общий предок») — это гипотетический организм, от которого произошли все ныне живущие существа на Земле. Представьте себе огромное генеалогическое дерево, где все организмы — от бактерий до человека — его ветви. LUCA — это корень, та самая точка, от которой эти ветви пошли.

Раньше считалось, что LUCA — это и была самая первая клетка на Земле. Но недавние исследования, опубликованные в журнале Science Advances (2026 год), оспаривают эту идею [9].

Что показало исследование?

Исследователи из Дюссельдорфа изучили 420 химических реакций, необходимых для жизни, которые происходят в клетках. Они обнаружили, что у LUCA были ферменты (белки-ускорители реакций) только для половины этих реакций. Для другой половины у него не было подходящих «инструментов».

Как же он работал?

Учёные считают, что недостающие ферменты заменяли металлы из окружающей среды — например, из гидротермальных источников на дне океана. Железо, никель, кобальт, молибден — эти металлы, растворённые в горячей воде, могли катализировать химические реакции так же эффективно, как ферменты. Получается, что LUCA был чем-то средним между неживой химической системой и живой клеткой: он не был полноценным, свободноживущим организмом. У него был генетический аппарат и способность к эволюции, но он всё ещё зависел от химии окружающей среды — от металлов, катализирующих реакции вместо ферментов.

Два пути к свободноживущей клетке

Когда учёные проследили, как развивались ферменты у двух главных ветвей жизни — бактерий и архей — они обнаружили нечто неожиданное. Ключевые ферменты, которые в итоге появились у потомков LUCA, развивались у бактерий и архей независимо и по-разному. Они шли к «живому» состоянию разными путями.

Это привело к новой гипотезе:

Переход к свободноживущей клетке произошёл на нашей планете как минимум дважды — независимо у бактерий и у архей, от общего предка, который сам ещё не был полноценной клеткой.

Вот как это выглядит:

Был предшественник — LUCA. Не совсем живой, не совсем неживой. У него был генетический аппарат (РНК или ДНК) и часть ферментов, но остальные реакции катализировали металлы из окружающей среды. Он существовал внутри гидротермальных источников, используя их химическую энергию.

От этого предшественника отделились две ветви.

Бактерии «изобрели» клеточную мембрану из фосфолипидов, рибосомы, АТФ-синтазу — и стали полноценными свободноживущими клетками.

Археи «изобрели» клеточную мембрану (но из других молекул — изопреноидных липидов) и другие механизмы энергообеспечения — тоже стали свободноживущими клетками.

Пояснение для читателя: Представьте, что вы и ваш друг получили один и тот же набор деталей LEGO. Но вы построили из них космический корабль, а ваш друг — средневековый замок. Детали одни и те же, но результат разный, потому что вы использовали их по-разному. Так и бактерии с археями: получив один и тот же «набор» (LUCA), они построили из него разные формы жизни.

Что это значит?

Если эта гипотеза верна, то свободноживущая жизнь на Земле возникла не один раз, а как минимум два. Причём речь идёт не о двух независимых актах абиогенеза (возникновения жизни из неживой материи), а о двух независимых путях от общего предка к полноценной клетке. Генетический код — один на всех. Но клеточную оболочку, метаболизм и механизмы энергообеспечения бактерии и археи «достроили» сами, каждые по-своему. Это меняет наше представление о возникновении жизни: переход к клетке был, возможно, не единичным актом, а закономерным процессом, который мог повториться и в других местах Вселенной.

Важное дополнение (оговорка):

Это пока гипотеза, а не окончательная истина. Многие учёные с ней не согласны и считают, что LUCA мог иметь примитивную мембрану, что говорит о единственном переходе. Кроме того, другая крупная работа 2024 года (опубликованная в Nature Ecology & Evolution) реконструирует LUCA как гораздо более сложный организм с геномом из 2,75 млн пар оснований. Разные методы дают разные результаты. Однако открытие уже заставляет научный мир пересмотреть устоявшиеся взгляды.

7.3. Ранний архей: рождение жизни и первые жители

Мы не знаем точно, по какому из этих сценариев началась жизнь. Но мы знаем, что к 3,8–3,5 миллиардам лет назад она уже была. И первые её представители не были похожи на современные бактерии, растения или животных. Это были археи.

7.3.1. Что такое археи (и чем они отличаются)

Археи (от греч. archaios — древний) — это один из трёх доменов живых организмов, наряду с бактериями и эукариотами (от греч. eu — истинный и karyon — ядро; клетки с ядром, к которым относятся все животные, растения и грибы).

Они были открыты только в 1977 году американским микробиологом Карлом Вёзе [4]. До этого их считали просто необычными бактериями. Но генетический анализ показал, что они — совершенно отдельная ветвь жизни, возможно, самая древняя.

Чем археи отличаются от бактерий?

У них другая химия клеточной мембраны. У бактерий мембраны состоят из сложных эфиров глицерина и жирных кислот, а у архей — из простых эфиров. Это делает их более устойчивыми к высоким температурам, кислоте и другим экстремальным условиям. Проще говоря, их липидные оболочки построены по-другому, на «эфирных», а не «сложноэфирных» связях, что даёт им прочность в горячей воде и агрессивных растворах.

У них нет пептидогликана в клеточной стенке (у бактерий есть). Пептидогликан — это сложный полимер (смесь сахаров и аминокислот), который придаёт бактериальной стенке жёсткость.

Их метаболизм (от греч. metabolē — перемена, превращение) — совокупность химических реакций, превращающих питательные вещества в энергию и строительные материалы — часто специализирован на экстремальных условиях: они могут жить в кипящих источниках, в кислоте, в солёных озёрах, без кислорода. Это экстремофилы (от лат. extremus — крайний и греч. philia — любовь).

Их рибосомы (клеточные «фабрики» по сборке белков) отличаются от бактериальных, что и позволило Вёзе выделить их в отдельный домен.

Но главное: первые организмы на Земле почти наверняка были археями. Потому что они живут там, где почти никто другой не выживает — а именно такой была ранняя Земля.

7.3.2. Как археи выживали без озона и грели планету

Озон (O₃) — молекула из трёх атомов кислорода. В стратосфере он образует озоновый слой, который поглощает жёсткое ультрафиолетовое излучение Солнца. Но в раннем архее озона не было. Атмосфера не содержала свободного кислорода (O₂) — значит, не мог образоваться и озон. Ультрафиолетовое излучение Солнца (особенно жёсткое UV-C) достигало поверхности и было смертельно для большинства современных организмов.

Как выжили археи?

Они жили в воде. Вода поглощает ультрафиолет, особенно в верхних слоях (до 10–20 метров). Это была естественная «защита» — первый щит.

Они жили в осадках, под слоем песка или глины. Это механическая защита.

Они имели системы репарации ДНК (от лат. reparatio — восстановление) — ферменты, которые чинят повреждённую ультрафиолетом ДНК. Все современные организмы унаследовали эти системы от архей.

Некоторые археи, по современным представлениям, научились синтезировать соединения, которые поглощают ультрафиолет — например, производные нуклеиновых кислот, которые действуют как «природные солнцезащитные кремы» на клеточном уровне.

Как археи согревали планету?

В раннем архее Солнце светило на 25–30% слабее, чем сейчас. Если бы атмосфера была такой же, как современная, Земля была бы покрыта льдом. Но она не была покрыта — в океанах кипела жизнь, по крайней мере, в тёплых областях. Почему?

Атмосфера раннего архея содержала большое количество парниковых газов — газов, которые пропускают солнечный свет, но задерживают тепло, излучаемое нагретой поверхностью Земли (эффект, похожий на стекло в парнике):

Углекислый газ (CO₂) — его было в десятки–сотни раз больше, чем сейчас (современный уровень — около 420 ppm, или 0,042%; в раннем архее оценки варьируют от 0,1% до единиц процентов по объёму), и он создавал сильный парниковый эффект.

Метан (CH₄) — мощный парниковый газ, который выделяли метаногенные археи.

Водяной пар (H₂O) — главный естественный парниковый газ.

В раннем архее главным «одеялом» был углекислый газ. А метан был лишь помощником.

Как археи влияли на это «одеяло»? Метаногены (от лат. methanum — метан и греч. genesis — порождать) выделяли метан в ходе своей жизнедеятельности. Метан усиливал парниковый эффект, и чем больше было архей, тем теплее становилась планета. Это был один из первых примеров того, как жизнь меняет климат.

Но это был не метановый слой, как часто пишут в научпопе. В раннем архее метана было недостаточно для плотного «одеяла». Реальная метановая дымка появится только в позднем архее — об этом мы подробно поговорим в Главе 8.

Ещё одно свидетельство бескислородной атмосферы раннего архея — изотопы серы. В породах старше 2,4 миллиарда лет обнаружено аномальное фракционирование изотопов серы (так называемый масс-независимый эффект), которое возможно только в отсутствие озонового экрана и свободного кислорода [7].

7.4. Самые ранние следы жизни в камне

Как мы узнаём о жизни, которой больше 3 миллиардов лет? У нас нет окаменелостей скелетов — их тогда не было. Но есть три вида доказательств [1].

7.4.1. Изотопные следы углерода

Изотопы (от греч. isos — равный и topos — место) — это разновидности одного химического элемента, у которых одинаковое число протонов, но разное число нейтронов в ядре. Углерод бывает двух стабильных изотопов: лёгкий углерод-12 (¹²C) и тяжёлый углерод-13 (¹³C).

При фотосинтезе (и некоторых других биохимических процессах) живые организмы предпочитают лёгкий изотоп, потому что с ним химические связи легче разрывать. В результате органическое вещество обогащено ¹²C — это называется изотопным фракционированием (от лат. fractio — раздробление) — разделение изотопов одного элемента в ходе физического или химического процесса.

В древнейших горных породах — гренландских гнейсах возрастом 3,7–3,8 миллиарда лет — обнаружены включения графита (чистого углерода) с аномально высоким содержанием ¹²C. Иными словами, углерод был переработан жившими организмами. Это одно из самых ранних свидетельств жизни.

Оговорка: существует гипотеза, что это не биологическое, а геохимическое фракционирование — то есть углерод мог быть «отсортирован» не живыми, а абиотическими процессами (например, в гидротермальных системах). Но большинство учёных всё же склоняется к биологической версии.

7.4.2. Строматолиты

Строматолиты (от греч. stroma — слой и lithos — камень) — это слоистые структуры, образованные микробными матами. Микробный мат (от англ. mat — слой, подстилка) — это плотное сообщество бактерий и архей, связанных слизью, которое живёт на поверхности осадка. Эти маты могут осаждать из воды карбонат кальция (CaCO₃), строя слоистые «подушки» — строматолиты.

В австралийских породах возрастом около 3,43–3,45 миллиарда лет (формация Стрелли-Пул) найдены хорошо сохранившиеся строматолиты. Они выглядят как слоёные каменные холмики — иногда небольшие, по 10–20 сантиметров, иногда метровые.

Строматолиты важны, потому что они:

доказывают наличие фотосинтезирующих организмов (цианобактерий, которые производят кислород),

показывают, что жизнь уже могла строить большие структуры — микробные рифы,

дают ясную морфологию, которую сложно объяснить небиологическими процессами.

Важно: именно кислород, который выделяли цианобактерии — строители строматолитов, — вступал в реакцию с растворённым в океане железом и создавал полосчатые железные формации (Banded Iron Formations, BIF), о которых мы подробно поговорим в Главе 8. Строматолиты и полосчатые железные формации — это две стороны одного процесса: жизнь создаёт кислород, кислород окисляет железо, железо выпадает в осадок.

7.4.3. Окаменевшие бактерии (микрофоссилии)

Микрофоссилии (от греч. mikros — малый и лат. fossilis — ископаемое) — это ископаемые остатки микроорганизмов, видимые только под микроскопом.

В некоторых древних породах (например, в формации Apex Chert в Австралии, возраст 3,465 млрд лет) найдены микроскопические структуры, похожие на окаменевшие бактерии. Они имеют форму цепочек, палочек и нитей, очень похожи на современные бактерии.

Однако эти находки вызывают споры: некоторые учёные утверждают, что это просто минеральные образования — псевдофоссилии (от греч. pseudos — ложь и лат. fossilis — ископаемое), возникшие в результате геохимических процессов.

7.5. Спорные вопросы и открытые загадки

Наука о происхождении жизни полна споров. Вот основные нерешённые вопросы.

1. Когда именно возникла жизнь?

Молекулярные часы (сравнение ДНК современных организмов) указывают на то, что жизнь могла возникнуть около 4,0–3,8 млрд лет назад.

Древнейшие бесспорные следы (строматолиты и изотопы) имеют возраст 3,4–3,8 млрд лет.

Некоторые учёные предполагают, что жизнь могла возникать в несколько приёмов, и первые её формы могли вымирать, уступая место новым. Процесс, возможно, был не однократным, а многократным и конкурентным — так называемый «химический дарвинизм».

2. Где именно — в океане, в источниках, на суше?

«Чёрные курильщики» — хорошие кандидаты.

Недавно появилась гипотеза о том, что жизнь могла возникнуть в «лужах» на суше, где происходило высыхание и концентрация органики — так называемый «сухой цикл».

Также есть гипотеза о том, что жизнь могла быть занесена на Землю из космоса (панспермия, от греч. pan — всё и sperma — семя), но это не решает вопроса происхождения — оно просто переносит его в другое место.

3. Как возникла наследственность?

Как РНК-системы перешли к ДНК-белковому миру?

Как появился генетический код (сопоставление триплетов нуклеотидов и аминокислот), который является универсальным для всей жизни на Земле? Это говорит о том, что все мы произошли от одного предка (или по крайней мере от одной популяции взаимовыгодных систем).

4. Был ли ранний мир с кислой или щелочной водой?

Океан раннего архея, по современным оценкам, был слабокислым или нейтральным из-за высокого содержания CO₂.

Это влияло на химию пребиотических реакций. Некоторые из них идут лучше в кислой среде, другие — в щелочной.

5. Почему жизнь использует только левовращающие аминокислоты?

Все аминокислоты в живых организмах — левовращающие (L-изомеры), а сахара — правовращающие (D-изомеры). Это означает, что их молекулы имеют зеркально-симметричные формы, как правая и левая руки, и жизнь использует только одну из двух возможных форм. Почему это правило возникло, пока неясно. Возможно, это случайность, которая закрепилась в ходе эволюции.

7.6. Итог: жизнь зародилась и начала менять планету

Что мы знаем о зарождении жизни?

Мы не знаем точно, как это произошло. Но есть шесть основных гипотез: первичный бульон (химический суп), гидротермальные источники («чёрные курильщики»), модель Лейна (протонный градиент в щелочных источниках), РНК-мир (молекулы, которые копируют себя и мутируют), глиняные матрицы (кристаллы как катализаторы) и гипотеза о двух путях к клетке (один LUCA, два независимых перехода к свободноживущему состоянию).

К 3,8–3,5 миллиардам лет назад жизнь уже существовала. Об этом говорят изотопные следы углерода (предпочтение лёгкого изотопа ¹²C), строматолиты (слоистые микробные постройки) и окаменевшие бактерии (микрофоссилии).

Первыми жителями Земли были археи — организмы, способные жить в экстремальных условиях (без кислорода, при высокой температуре, в кислоте и солёной воде).

Археи создали парниковый эффект, выделяя метан и поддерживая углекислый газ в атмосфере. В раннем архее главным «одеялом» был CO₂; метан играл роль «одеяла» позже, уже в конце архея, о чём мы поговорим в следующей главе.

Жизнь не только приспосабливалась — она начала менять планету. Уже в раннем архее бактерии и археи осаждали металлы, в том числе железо, создавая первые рудные залежи.

Но главное: мы не знаем точного механизма, но мы знаем, что это произошло. Из неживого стало живое. Из химии родилась биология. Это самое великое чудо, которое мы знаем, и оно случилось не в мифические времена, а на реальной планете — на нашей Земле, 3,8 миллиарда лет назад.

И это только начало. В следующей главе мы увидим, как первые организмы размножились, создали метановое одеяло, подготовили почву для кислорода — и едва не погубили сами себя.

[AD MARGINEM] «Три миллиарда лет благодарны», — сказал бы океан. И был бы прав: жизнь, которую он породил, изменила его самого.

Влияние жизни на планету

Пять ключевых вопросов о том, как ранняя жизнь изменила Землю:

Как жизнь изменила атмосферу? Метаногенные археи выделяли метан — парниковый газ, который удерживал тепло в атмосфере. Без него молодая Земля, при тусклом Солнце, могла бы замёрзнуть.

Как жизнь изменила океан? Цианобактерии начали выделять свободный кислород. Он вступал в реакцию с растворённым железом, окислял его и заставлял выпадать в осадок — так формировались полосчатые железные формации (BIF). Океан постепенно терял растворённое железо.

Как жизнь изменила осадконакопление? Микробные маты осаждали карбонат кальция, строя строматолиты — слоистые карбонатные постройки. Это первый биогенный осадок в истории Земли.

Как жизнь повлияла на климат? Метан и CO₂, поддерживаемые жизнью, создавали парниковый эффект, не дававший планете замёрзнуть при слабом молодом Солнце. Жизнь буквально согревала Землю.

Что осталось после жизни в породе? Изотопно лёгкий углерод в графитах, строматолитовые текстуры, микрофоссилии, полосчатые железные формации — всё это «подписи» ранней жизни, которые мы читаем в камне спустя миллиарды лет.

Эволюционные изобретения раннего архея

Что жизнь изобрела — и что это дало существам и планете:

Метаногенез. Существам — энергию без света, из химических реакций. Планете — метан, парниковый газ, удерживавший тепло.

Фотосинтез (у цианобактерий). Существам — энергию от света. Планете — кислород, который окислял железо в океане (BIF) и со временем изменил атмосферу.

Репарация ДНК. Существам — выживание под жёстким ультрафиолетом. Планете — заселение мелководий, где формировались строматолиты.

Микробные маты. Существам — защиту и кооперацию. Планете — осаждение карбонатов, строительство биогенных рифов.

Буферы и циклы раннего архея

В раннем архее жизнь начала включаться в геохимические циклы планеты — пока ещё слабо, но необратимо:

Углеродный цикл (C–O₂). CO₂ из атмосферы растворялся в океане, цианобактерии связывали углерод в органику, часть его осаждалась в осадок. Кислород — побочный продукт — пока не накапливался в атмосфере, а расходовался на окисление железа.

Железный цикл (Fe). Растворённое двухвалентное железо в океане окислялось кислородом цианобактерий, переходило в нерастворимую трёхвалентную форму и выпадало в осадок, формируя BIF. Это был главный «кислородный буфер» — океан поглощал кислород, окисляя железо.

Серный цикл (S). В бескислородной атмосфере изотопы серы фракционировали масс-независимо (под действием УФ), что служит маркером бескислородных условий. Сульфатредуцирующие бактерии, если они уже существовали, начинали включаться в серный цикл.

Фосфорный цикл (P). Фосфор — необходимый элемент для жизни (ДНК, АТФ, мембраны). В раннем архее его источником были выветривание горных пород и гидротермальные источники. Жизнь ещё не сильно влияла на этот цикл, но уже зависела от него.

Сноски к Главе 7

1. Schopf J.W., Kudryavtsev A.B., Czaja A.D., Tripathi A.B. (2007) Evidence of Archean life: stromatolites and microfossils. Precambrian Research, 158, 141–155. — О строматолитах и микрофоссилиях в формации Apex Chert.

2. Oparin A.I. (1924) Происхождение жизни. — Первая гипотеза первичного бульона.

3. Miller S.L. (1953) A production of amino acids under possible primitive Earth conditions. Science, 117, 528–529. — Оригинальная публикация об эксперименте по синтезу аминокислот. (Юри был научным руководителем, но не соавтором статьи.)

4. Woese C.R., Fox G.E. (1977) Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 74, 5088–5090. — Открытие архей как отдельного домена.

5. Lane N. (2015) The Vital Question: Why Is Life the Way It Is? — London: Profile Books. — Детальное изложение гипотезы протонного градиента и происхождения эукариот.

6. Martin W., Baross J., Kelley D., Russell M.J. (2008) Hydrothermal vents and the origin of life. Nature Reviews Microbiology, 6, 805–814. — О щелочных гидротермальных источниках как колыбели жизни.

7. Farquhar J., Bao H., Thiemens M. (2000) Atmospheric influence of Earth's earliest sulfur cycle. Science, 289, 756–759. — Об изотопах серы как доказательстве бескислородной атмосферы.

8. Кэрнс-Смит А.Г. (1982) Генетическая селекция и происхождение жизни. — М.: Мир. — Гипотеза глиняных матриц.

9. Mrnjavac N. et al. (2026) Intermediate stages in the origin of metabolism at a phosphorylating hydrothermal vent. Science Advances, 12, eaef3128. DOI: 10.1126/sciadv.aef3128. — О двух независимых путях к свободноживущей клетке.

Библиографический список к Главе 7

1. Knoll A.H. Life on a Young Planet: The First Three Billion Years of Evolution on Earth. — Princeton University Press, 2003. — Обзор ранней жизни на Земле.

2. Schopf J.W. Cradle of Life: The Discovery of Earth's Earliest Fossils. — Princeton University Press, 1999.

3. Lane N. The Vital Question: Why Is Life the Way It Is? — London: Profile Books, 2015.

4. Martin W., Russell M.J. (2003) On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 358, 59–85.

5. Oparin A.I. Происхождение жизни. — М.: Московский рабочий, 1924.

6. Oparin A.I. Возникновение жизни на Земле. — М.: Издательство АН СССР, 1957.

7. Miller S.L. (1953) A production of amino acids under possible primitive Earth conditions. Science, 117, 528–529.

8. Miller S.L., Urey H.C. (1959) Organic compound synthesis on the primitive Earth. Science, 130, 245–251.

9. Woese C.R., Fox G.E. (1977) Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms. Proceedings of the National Academy of Sciences, 74, 5088–5090.

10. Кэрнс-Смит А.Г. Генетическая селекция и происхождение жизни. — М.: Мир, 1982.

11. Маргулис Л., Саган Д. Микрокосмос: четыре миллиарда лет микробной эволюции. — М.: Издательство КоЛибри, 2020 (перевод на русский язык). — О роли микробов в эволюции биосферы.

12. Кривин Ф.Д. Избранное. — М.: Художественная литература, 1980.

13. Mrnjavac N. et al. (2026) Intermediate stages in the origin of metabolism at a phosphorylating hydrothermal vent. Science Advances, 12, eaef3128.