Большая история
Шрифт:
Тела продолжали сталкиваться долго, даже когда Солнечная система уже стабилизировалась. Так, Луна, возможно, образовалась в результате того, что примерно через 100 млн лет после рождения Солнечной системы на молодую Землю налетела протопланета размером с Марс (Тейя). Из-за этого огромные облака материи поднялись на орбиту вокруг Земли, где, скорее всего, они кружились, как кольца Сатурна (возможно, это тоже обломки разбитого спутника), пока в результате аккреции из них не получилась Луна.
За 50 млн лет Солнечная система в общих чертах приобрела свою нынешнюю форму и с тех пор оставалась довольно стабильной. Миллиарды планетарных систем в нашей Вселенной, вероятно, сформировались похожим образом, хотя существует огромное множество их конфигураций. Но все планетарные тела по температуре холоднее, а химически богаче и разнообразнее звезд, поэтому они обеспечили
Планета Земля
Наша Солнечная система находится в галактике, которую мы называем Млечный Путь, на космической окраине одного из ее спиральных рукавов – Рукава Ориона. Млечный Путь относится к группе с неромантичным названием Местная группа галактик, где их около пятидесяти. Местная группа находится во внешней области Скопления Девы, в котором галактик около тысячи. Оно входит в Местное сверхскопление, где сотни таких групп. Чтобы пересечь Местное сверхскопление, нужно двигаться со скоростью света в течение 100 млн лет. В 2014 году выяснилось, что оно – часть гигантской космической империи, в которой, вероятно, 100 000 галактик и которую, двигаясь со скоростью света, можно было бы пересечь за 400 млн лет. Эта империя называется сверхскоплением Ланиакея (в переводе с гавайского – «необъятные небеса»). В настоящее время это самая крупная известная нам структурированная единица во Вселенной. Предполагается, что Ланиакея строится вокруг каркаса из темного вещества, гравитационное притяжение которого удерживает все эти галактики вместе, пока Вселенная расширяется.
Теперь вернемся на окраину Ланиакеи, в нашу Местную группу галактик, в Рукав Ориона, где мы найдем Солнце и планету Земля. После того как в результате аккреции образовалась эта планета, наш скульптор с бензопилой в качестве последнего штриха придал ей особую внутреннюю структуру. Геологи называют этот процесс дифференциацией.
Молодая Земля нагревалась и плавилась. Нагрев вызывали резкие столкновения в ходе аккреции, радиоактивные элементы (которые образовались при взрыве сверхновой, как и б'oльшая часть материала для Солнечной системы), а также давление, растущее по мере того, как планета увеличивалась в размере. Наконец молодая Земля стала такой горячей, что в основном растопилась в вязкое месиво, а после сжижения отдельные слои планеты распределились по плотности, и она обрела свою нынешнюю структуру.
Более тяжелые элементы, в первую очередь железо, никель и немного кремния, провалились через горячую жижу в середину и образовали металлическое ядро Земли. При вращении планеты оно создало магнитное поле, которое защитило ее поверхность от повреждений со стороны заряженных частиц солнечного ветра. Более легкие горные породы, например базальты, скопились выше ядра и образовали второй слой – зону полурасплавленных пород, перемешанных с газом и водой, глубиной 3000 километров, которая называется мантией. Отсюда берется лава, извергаемая вулканами. Самые легкие горные породы, в основном граниты, всплыли на поверхность, остыли и затвердели, образовав третий слой – тонкую, как яичная скорлупа, оболочку, которая называется корой и сегодня покрыта океанами и материками. Толщина коры под океанами в некоторых местах составляет всего пять километров, но под континентами она достигает 50 километров. Кора особенно интересна с химической точки зрения. Здесь можно найти твердые вещества, жидкости и газы, она неоднократно нагревалась и остывала под действием вулканов, падающих астероидов, жгучего молодого Солнца и наконец сконденсировавшихся первых земных океанов. В коре и мантии благодаря теплу и круговороту элементов образовалось около 250 новых минералов [42] . Пузыри газов, в том числе углекислого газа и водяного пара, выходили из мантии через вулканы и трещины на поверхности и образовали четвертый слой – первую атмосферу Земли. Кора и атмосфера также обогащались газами, водой, сложными молекулами и другими материалами, которые приносили с собой астероиды и кометы.
42
Robert M. Hazen. Evolution of Minerals // Scientific American, March 2010. P. 61.
Горячее расплавленное
Геологи делят историю Земли на части. Самая продолжительная из них – эон. Первый эон называется гадей («подобный аду»). Он длился с образования Земли и до начала архейского эона (около 4 млрд лет назад). Заглянув на планету во времена гадея, вы увидели бы массу строительного хлама, оставшегося от аккреции. Трещины и разрывы на поверхности Луны и других планет показывают, что от 4 до 3,8 млрд лет назад на внутреннюю Солнечную систему обрушился дождь астероидов и других блуждающих объектов. Его называют «поздней тяжелой бомбардировкой», которую, вероятно, вызвало смещение орбит Юпитера и Сатурна, в результате чего объекты россыпью разлетелись по молодой Солнечной системе. Сейчас большинство астероидов обитает между Юпитером и Марсом – возможно, это обломки кирпичей и балок, из которых разрушительная гравитационная сила Юпитера так и не дала образоваться планете. Сегодня нам известно около 300 000 астероидов. Большинство из них маленькие, но этих блуждающих объектов достаточно много, чтобы бомбардировать внутренние планеты [43] .
43
John Chambers, Jacqueline Mitton. From Dust to Life: The Origin and Evolution of Our Solar System. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2014. P. 7.
Изучение Земли. Сейсмографы и радиометрическое датирование
Что бы ни говорили в Голливуде, выкопать в Земле такую яму, чтобы добраться до ее недр, невозможно. На данный момент самое глубокое отверстие составляет примерно 12 километров, а это около 0,2 % расстояния до земного ядра. Его пробурили в ходе геологического исследования на Кольском полуострове на северо-западной оконечности России. О том, что находится внутри планеты, нам известно благодаря другому ловкому научному трюку, аналогу рентгена у геологов. Землетрясения вызывают колебания, которые проходят через толщу земли. Сейсмографы измеряют их в различных местах на ее поверхности. Сравнивая результаты в разных зонах, можно понять, как быстро и на какое расстояние колебания прошли под землей. Известно также, что отдельные виды колебаний с разной скоростью распространяются в разных материалах – одни только в твердых веществах, другие также в жидкостях. Так что, проследив за ними с помощью всевозможных сейсмографов, о внутренностях планеты можно многое выяснить.
Определить возраст Земли и многие другие даты, разбросанные по всей современной истории происхождения мира, удалось лишь во второй половине XX века, опираясь на весьма хитроумные научные средства.
Первые шаги к тому, чтобы составить современную историю планеты Земля, были сделаны в XVII веке. Тогда некоторые пионеры геологии поняли, что можно было бы установить порядок событий в истории Земли, даже не имея понятия, когда именно они произошли. В XVII веке живший в Италии датский священник Нильс Стенсен показал, что, внимательно изучая осадочные породы, можно определить, в каком порядке отложились разные их слои. Все осадочные породы формируются послойно, так что известно, что чем старше слой, тем ниже он лежит. Все, что прорезает слои, должно быть моложе.
В начале XIX века английский геодезист Уильям Смит продемонстрировал, что в разных местах в скальных породах встречается один и тот же набор окаменелостей. Разумно предположить, что одинаковые окаменелости относятся примерно к одному и тому же времени, и на этом основании можно определить слои, которые во всем мире заложились более-менее одновременно. Используя сочетание этих принципов, геологи XIX века сумели составить относительную хронологию истории Земли. Она также лежит в основе современных геологических систем датировки и начинается с кембрийского периода – первого, в слоях которого окаменелости видны невооруженным глазом.