Таинственное начало

Такова картина крупными мазками. Временем «нуль» для Солнечной системы считается момент, произошедший 4,567 миллиарда лет назад, а уже 4,55 миллиарда лет назад было сформировано почти 65 % планеты Земля.

Ранний этап образования Солнечной системы ознаменовался бурной и кипучей деятельностью. В течение первых нескольких сотен миллионов лет нередкими были столкновения между населяющими Солнечную систему телами – Земля подвергалась жесткому обстрелу со всех сторон. Примерно 4,53 миллиарда лет назад, когда в основном «картина» была уже написана и краска высыхала на холсте под названием «Малютка Земля», разразилась катастрофа. Земля получила скользящий предательский удар в бок: в нее врезалась другая планета размером с Марс. От удара в космос брызнули осколки, из них со временем образовалась наша спутница – Луна. Энергия столкновения расплавила верхние слои земной коры и полностью изменила геологию планеты. Испарившийся газообразный кремний, не вошедший в состав Луны, сконденсировался и выпал на Землю в виде осадков – лавового дождя. На нашей планете образовалось море из жидких камней, и Земля расплавилась до самого ядра. Формирование твердой поверхности началось заново.

Такова одна из гипотез образования Луны. Как вы увидите позже, она не единственная. Несомненно одно: бурный период в жизни нашей Земли продолжался довольно долго. Закончился он так называемой последней метеоритной бомбардировкой, которая произошла примерно 4,1–3,8 миллиарда лет тому назад. О степени интенсивности и продолжительности этого эпизода в истории Земли ученые ведут дебаты до сих пор.

Неописуемое неистовство происходящих в ту пору событий – одна из причин зияющего пробела в наших знаниях о том, какой Земля могла быть в течение первых 500 миллионов лет. Эта геологическая эпоха называется гадейским эоном по имени Гадеса, или Аида, – бога подземного царства в древней Греции. Слишком мало достоверных сведений, чтобы ученые могли составить четкую картину возможных происшествий в ту пору; некоторые отрывочные сведения можно собрать из физических и химических свойств окружающего нас мира, результатов научных экспериментов, наблюдений других астрономических объектов и компьютерного моделирования.

Наука не стоит на месте. Прямо в этот момент осуществляются исследования, которые позволят ответить на многие из этих вопросов; все время добываются новые данные, проводятся наблюдения и строятся различные модели. Наши знания проверяются и перепроверяются с учетом новых результатов. Часто ученым приходится менять свои, уже устоявшиеся взгляды.

Один из вопросов, на которые до сих пор нет ответа: как получилось, что Земля приобрела так много воды? Ведь она довольно близко к Солнцу и на ней было слишком жарко, чтобы вода могла просто сконденсироваться в газовом облаке в период образования планеты. В любом случае вода должна была испариться при чудовищном столкновении с иным телом, которое привело к образованию Луны. Возможно, вода появилась на Земле позже – например, была занесена во время последней метеоритной бомбардировки ледяными кометами и астероидами из внешних зон Солнечной системы.

Следующий вопрос: когда именно Земля обзавелась корой? Сегодняшняя кора почти полностью состоит из каменных пород, возраст которых не превышает 3,8 миллиарда лет. Это значит, что следов инфернального гадейского периода на поверхности почти не осталось. Большинство древних утесов сильно изменилось под влиянием температуры и давления. Кое-какую важную информацию можно извлечь из крошечных живучих кристаллов – цирконов, сохранившихся до наших дней со времен глубокой древности. В совокупности с постоянно совершенствующимися методами микроанализа они могут помочь ученым добыть знания, которые способны совершить переворот в представлениях об истории ранней Земли.

Есть и еще один способ получить знания о гадейском периоде. Геолого-разведочные работы на Луне и Марсе могли бы прояснить, какой была Земля до великого столкновения. В отличие от Земли на поверхности этих небесных тел можно найти истинно древние породы, потому что они не подвергались повторному плавлению, как это было на нашей планете. Мы можем даже вытянуть счастливый лотерейный билет по геологии – найти кусок от гадейской Земли, отколотый от материнской планеты при ударе астероида и выкинутый в открытое пространство, который впоследствии мог найти себе пристанище на Луне или на Марсе.

Таковы основные сведения о той поре, когда Земля была совсем молодой. Запомним их. А теперь вникнем в суть тех проблем, которые не дают спать по ночам людям, посвятившим себя науке о Земле, а также астрофизикам и специалистам в области палеобиологии.

Наша загадочная Луна

Объяснить происхождение Луны очень трудно. Это поистине большая проблема. Ни одна другая планета в Солнечной системе не может похвастаться спутником, который был бы настолько велик в сравнении с ней, как Луна в сравнении с Землей: размер Луны превышает четверть диаметра Земли. Есть гипотеза, что другие планеты могли захватить свои небольшие спутники, когда они случайно пролетали мимо. Но в случае с Луной этого не могло произойти: она представляет собой слишком большое небесное тело. В 1879 году астроном Джордж Дарвин, сын Чарльза Дарвина, выдвинул другую гипотезу. Он предположил, что молодая Земля вращалась так быстро, что распалась на куски, один из которых отлетел в космос и превратился в Луну.

Эта идея была довольно популярна какое-то время, но в начале XX века впала в немилость: специалисты по планетарной динамике провели расчеты и обнаружили, что этого не могло произойти. Для раскола планеты нужно, чтобы центробежная сила, направленная наружу, была больше гравитационной силы, направленной внутрь; Земля должна была вращаться неимоверно быстро и совершать один оборот за два часа, чтобы сработал этот сценарий.

На смену идее Дарвина пришла гипотеза гигантского столкновения, согласно которой в Землю по касательной врезалось небесное тело размерами примерно с Марс (см. рис. 1.1). На ранних этапах в Солнечной системе был настоящий вихрь из небесных тел; неудивительно, что в какие-то моменты произошли столь колоссальные повреждения.

Тем не менее гипотеза гигантского столкновения не получила подтверждения в ходе анализа камней, привезенных с Луны астронавтами миссии «Аполлон». Если бы эта гипотеза была верна, некоторые лунные камни должны были бы иметь внеземное происхождение и принадлежать небесному телу, которое столкнулось с Землей; но их состав, включая изотопы кислорода, хрома, калия и кремния, оказался идентичен земным камням. Кроме того, некоторые образцы – предположительно, из лунной коры – содержали воду. При гигантском столкновении должно было выделиться тепло, которое расплавило бы камни, и воды бы не осталось.

Рис. 1.1. Верна ли гипотеза происхождения Луны в результате гигантского столкновения?

Но не все потеряно. Если даже не рассматривать чисто умозрительную идею, что внутри Земли взорвался естественный ядерный реактор и выбросил в космос часть планеты, можно путем моделирования показать, что существуют такие типы столкновения, которые могут выдержать критику в свой адрес.

Матия Кук, сотрудница американского института SETI (от англ. Search for Extraterrestrial Intelligence – «поиск внеземного разума») (Маунтин-Вью, Калифорния), и Сара Стюарт из Калифорнийского университета в Дейвисе (Калифорния) установили, что для образования Луны в результате столкновения не обязательно должен был произойти сильный удар по касательной очень массивного тела. Достаточно было того, что в прошлом Земля вращалась быстрее; тогда тело могло быть в два раза меньше Марса, но, столкнувшись с Землей, ударить ее под более крутым углом и вонзиться довольно глубоко в нашу планету. В результате компьютерного моделирования Кук и Стюарт пришли к выводу, что от такого события могло выделиться достаточно много энергии, чтобы на земную орбиту от взрыва выбросился шлейф, состоящий из чисто земных каменных пород. Тогда изотопный состав Луны и не должен отличаться от земного.

Еще одну версию гигантского столкновения, но в более «легкой» форме, предложила Робин Кэнап – американский астрофизик и планетолог из Юго-Западного исследовательского института (Боулдер, Колорадо). Она рассмотрела случай медленного столкновения двух планет, каждая из которых примерно в два раза меньше Земли. В результате слияния тел образовалась наша планета, а на долю Луны остались «отходы». Таким образом, и Земля, и Луна могли образоваться из одних и тех же ингредиентов.

Ад на Земле?

Хаос, существовавший на ранних этапах в Солнечной системе, был поистине неописуем. Тела разных размеров то и дело сталкивались друг с другом. Не только наша планета испытывала сильные удары. Чтобы понять, насколько сильно небесные тела молотили друг друга, достаточно посмотреть на лунные кратеры. На Земле мы не видим подобного урона, потому что следы от вмятин были сглажены ветрами, дождями и процессами жизнедеятельности в растительном мире.