Наши развилки. Развилки эволюции природы на пути к человечеству
Шрифт:
После Лунной развилки еще много вещества, не собранного Луной, оставалось на орбитах вокруг Земли. Эти скопления минералов разного размера постепенно падали на нашу планету или на наш спутник. Не забудем, что кроме того не малый объем протопланетного материала продолжал вращаться вокруг Солнца в основном на орбитах между Марсом и Юпитером – в Поясе астероидов. В этом Поясе мчались те атомные гиды, которые не попали на Землю во время её формирования. Эти атомы-гиды всё еще находились в тех молекулах, в состав которых вошли в период 5,6–4,6 млрд. л.н., находясь в протосолнечном газопылевом облаке. Речь идет о: космической органических молекулах Карбовеж-Нитроженного урацила и Карбомалного гликольальдегида, а также Флюор-Ферумном шрейберзите.
Эти три молекулы в процессе первичной аккреции (объединения) газово-пылевых частиц вошли в состав трёх астероидов неправильной, кускообразной формы, размером от 15 до 30 метров, которые приобрели собственные орбиты движения вокруг Солнца. Назовем эти астероиды по именам некоторых гидов, входящих в их состав: Нитроженный астероид (с молекулой урацил), Карбомалный астероид (с молекулой гликольальдегида) и Ферумный астероид (с молекулой шрейберзита). Объекты в Поясе астероидов не могли продолжать слипание в более крупные астероиды или планетеземали из-за мощного гравитационного воздействия огромного Юпитера. Так и остались эти астероиды мелкими космическими объектами, которые постепенно меняли свои орбиты под
Направление эволюции природы к человечеству после Лунной развилки корректировалось многими земными событиями – эволюционными поворотами. Среди них выберем только те основные, отклонения от которых почти наверняка исключило бы появление на нашей планете если не жизни вообще, то человека разумного уж точно. Хронологически следующим, уникальным эволюционным поворотом стала Литосферная развилка.
2.3. Литосферная развилка эволюции Земли. Около 4,45 миллиарда лет назад
Поверхность Земли продолжала охлаждаться, и для планеты наступил следующий, второй тепловой этап, названный «Раскаленная Земля», который продолжался в течение 4,45 – 4,1 млрд. л.н. Начался этот этап со среднегодовой температуры поверхности около 500°C. В недрах формировались огромные объемы легких соединений, которые стремились в зону меньших давлений – наружу. Эти мощнейшие перепады давления порождали вулканы и трещинные излияния, которые извергали вместе с лавой много газов. Газы были представлены: парами воды, углекислотой, азотом, аммиаком, метаном, серой, разными кислотами, водородом, аргоном и рядом других газов. Активная дегазация лавы дала начало формированию третьей – Мезокатархейской водно-азотно-углекислой атмосферы (~ 4,45-4,1 млрд. л.н.). Состав этой газовой оболочки за время её существования изменялся в направлении уменьшения углекислого газа (от 67 до 29 %) и наращивания азота (от 14 до 28 %). Как и в прежней атмосфере присутствовали аммиак (2,8–1,3 %), гелий (2,2–0%), метан (0,7–0,3 %) и некоторые другие газы. Относительное содержание паров воды уменьшилось к началу этого этапа до 16 %, но абсолютное количество воды в атмосфере оставалось прежним, а может быть, даже несколько увеличилось за счет поступления из недр. Изменение соотношения главных компонентов атмосферы, приведшее к формированию третьей атмосферы, произошло в результате значительного наращивания общей массы атмосферы за счет азота, особенно на рубеже около 4,45-4,1 млрд. л.н. Вода в парообразном состоянии поддерживалась высокой температурой. Большая доля углекислого газа в атмосфере обеспечивала его растворение в водяных парах с образованием угольной кислоты (по реакции: СО2 + Н2О <=> Н2СО3) [26] (пояснения по ссылке можно смотреть в разделе "Ссылки.." в конце книги). Процесс растворения углекислого газа в воде начался еще во время существования предыдущей, второй – Палеокатархейской углекисло-водяной атмосферы. В парах воды также растворялись и другие, менее распространенные в обеих атмосферах кислоты. Так, что тучи тех периодов состояли из слабых растворов угольной и, в меньшей доле, других кислот. Эти древние атмосферы оставались еще тонкими по сравнению с толщиной нынешней атмосферы. Последующие газовые оболочки наращивали массу за счет постоянного поступления глубинных газов, а после возникновения гидросферы они насыщались также водными испарениями океанов и морей и т. д. Значительную роль в эволюции газовых оболочек также играли противоположный процесс – медленное истечение газов в космическое пространство. Вспомним, что ранняя, очень легкая атмосфера, состоящая из водорода и гелия, полностью рассталась с Землей. Вторая и последующая газовые оболочки оказались более стабильными, так как их главные составные части – азот (1,251 кг/м3), углекислый газ (1.9768 кг/м3), а затем и кислород (1,429 кг/м3) имеют плотность приблизительно в 10–20 раз превышающую плотность гелия (0,1785 кг/м3) и тем более водорода (0.08987 кг/м3). Масса Земли способна своим гравитационным полем довольно продолжительное время удерживать эти тяжелые газы. По расчетам ученых Земля может полностью потерять атмосферу не ранее, чем через пять миллиардов лет. Однако каково истинное соотношение прироста и убыли атмосферного газа в разные периоды истории Земли пока достоверно не известно. Поэтому приведенный расчет времени гибели атмосферы – весьма приблизительный.
26
Кстати вспомним, что раствор углекислого газа в воде является газированным напитком, который можно пить.
Земля продолжала вращаться с большой скоростью, земные сутки составляли около 5 часов. Бешеное вращение планеты вызывало сильнейшие атмосферные ураганы, несравнимо более массивные и жесткие, чем нынешние самые крупные воздушные бури.
К этому времени почти вся поверхность планеты оставалась покрытой первичной твердой оболочкой, представленной ультраосновными [27] горными породами мантии. Эту оболочку называют по-разному: мантийная, докоровая, перидотитовая, симатическая. Порода перидотит, главный компонент этого твердого слоя, хотя и легче нижерасположенного вещества мантии, но все же довольно тяжелая (плотность около 3,3 г/см3). Такая оболочка была способна плавать поверх тогда расплавленной магмы верхней мантии до тех пор, пока оставалась не полностью кристаллизованной и толщиной, не превышающей около 10 км. По мере кристаллизации перидотита, приводящей к увеличению его плотности и в связи с нарастанием толщины его слоя на тех или иных участках, происходило погружение в раскаленную магму этих воздымающихся над поверхностью блоков. Поэтому рельеф поверхности планеты в тот период был пологим, без значительных возвышенностей. Постепенно происходило погружение блоков первичной твёрдой оболочки в раскаленную мантию, что приводило к частичному плавлению перидотита. В результате появлялись и продолжают до настоящего времени генерироваться дополнительные огромные объемы магмы, которая поднимаясь к поверхности, превращается в базальт. Первая перидотитовая твердая оболочка сыграла важную роль в эволюции Земли, однако после значительного охлаждения и полной кристаллизации она не сохранилась на поверхности и постепенно погрузилась в мантию. Для покрытия Земли твердой оболочкой должна была выплавиться из недр менее плотная порода. Оказалось, что необходимыми качествами обладала магматическая вулканическая порода основного состава (SiO2 от 40 до 52 %) – базальт, средний удельный вес которого (~2,7 г/см3) приблизительно на 10 % меньше, чем у перидотита. Базальты – сложная порода, состоящая из многих минералов, главное место среди которых принадлежит двум силикатным минералам. Важнейшим породообразующим минералом является плагиоклаз (NaAlSi3O8 – CaAl2Si2O8), который стал самым распространенным минералом в земной коре и главным алюмосодержащим минералом на планетах земного типа и их спутниках. Пироксен считается вторым важнейшим минералом в составе базальта. Этот обычный силикат отличается способностью вмещать большое количество элементов (кислород, кремний, алюминий, кальций, натрий, а также множество более редких элементов).
27
Ультраосновные горные породы – темноцветные, магматические породы с низким содержание кремнезема (SiO2 – менее 40 %), более тяжелые, чем основные породы (базальты – SiO2 от 40 до 52 %) и, тем более, чем кислые (граниты – SiO2 от 65 до 75 %). Ультраосновные породы занимают на поверхности планеты только около 1 % площади. Типичными представителями
2.3.1. Начало формирования земной коры
Приблизительно 4,45 млрд. л.н. вулканы начали поставлять расплавленные горные породы – базальтовую лаву на поверхность планеты. Тем самым был запущен процесс формирования нижнего, базальтового слой земной коры. Вулканы, поставлявшие базальт, располагались на многих участках Земли, как правило, группируясь вдоль глубинных разломов. Такие разломы, связывающие поверхность с глубокозалегающим веществом мантии, возникли в первичной перидотитовой оболочке. Причиной образования подобных разломов являлись изгибания и раскалывания твердой мантии, под воздействием конвекционных течений расплавленного мантийного вещества, а также благодаря приливному давлению Луны.
Расплавленная магма извергалась из быстро нарастающих вулканических конусов, стекая вниз потоками лавы, взлетая в атмосферу чудовищными брызгами раскаленного базальта, которые при охлаждении падали на поверхность вулканическими бомбами разного размера. Извержения сопровождались фонтанами пепла, водяного пара и разнообразных газов, поднимавшимися вверх до стратосферы. Почти непрерывно поверхность планеты покрывалась пластами базальтов в форме потоков и покровов. В то же время отлагались прослои пирокластического (туфового) или осадочного материала. Пласт за пластом, черные базальтовые лавы и пепел формировали первый (нижний) твердый и устойчивый базальтовой слой земной коры. Толщина базальтового слоя была разной, существовали крупные блоки толщиной до 16 км. Такая толстая легкая базальтовая кора была способна выдерживать на плаву вулканические конусы высотой более 3 км над преобладающим уровнем поверхности. На других участках толщина данной оболочки не превышала 2–3 км. Базальтовая кора является самым распространенным типом коры у планет Солнечной системы. На Земле в настоящее время почти во всей коре (под океанами и на материках) присутствует слой базальтов. Правда, сейчас это, как правило, вновь образованные базальты, а от той первичной базальтовой коры, скорее всего, мало что осталось. Тогдашний облик Земли походил на нынешний вид базальтовой поверхности Меркурия, разбитой кратерами многочисленных астероидов. Также выглядит базальтовая, гористая кора Венеры и выветрелая красная поверхность Марса. Поверхность Земли благодаря твердой базальтовой коре и, конечно, под воздействием постоянной метеоритно-астероидной атаки приобрела разнообразный, сложной ландшафт черного цвета, изобилующий многочисленными кратерами как метеоритного, так и вулканического происхождения. Регионы с многочисленными вулканическими постройками сменялись равнинами, ограниченными скалистыми уступами. Людям в очередной раз повезло, что наша планета не остановилась на формировании базальтового слоя, но оказалась способной продолжить свою эволюцию, изменяя траекторию развития на многих эволюционных развилках, которые привели к разумному человеку.
Накопление первичного базальтового слоя заложило основу дальнейшей эволюции земной коры. Полагаем, что к рубежу около 4,38 млрд. л.н. практически вся земная поверхность покрылась черными толщами пористых базальтов, еще довольно горячими (400–300°C). Подкоровой (мантийный) твердый слой ультраосновных пород нашей планеты на тех участках, где ещё сохранился, вошел в состав верхней мантии. Молодая и тонкая базальтовая земная кора в совокупности с верхним, твердым слоем мантии (волноводом Гутенберга) образовала литосферу [28] . Литосфера в виде твердой оболочки залегает на более пластичном, более вязком, жидком астеносферном (от греч. астенос – слабый) слое в мантии. Контакт литосферы с астеносферой сейчас происходит на разной глубине в зависимости от геологического строения литосферы: от 4 км под рифтами до 200 км под древнейшими платформами-кратонами.
28
От древне греческого lithos, литос – «скалистый, твердый» и «sphaira» – сфера, твердая оболочка Земли.
Появление литосферы – твердой оболочки Земли, расположенной на относительно пластичной астеносфере, имело решающее значение для продвижения эволюции природы по антропному маршруту. Дело в том, что раскалывание первоначальной, «базальтовой» литосферы на отдельные плиты, находящиеся в постоянном движении, создало условия для образования океанов с океанической корой и появления континентальной коры. В итоге возникла жизнь в океанах. Затем живые организмы вышли на материки, где эволюционировали во множество замечательных существ, среди которых оказались и люди. Учитывая важность формирования литосферной оболочки, данный поворот в развитии планет выделяется в Литосферную развилку эволюции Земли, которая случилась около 4,45 млрд. л.н. Есть основания считать, что в эволюции Венеры и Марса были повороты, направившие их развитие на появление базальтовой литосферы, подобно земной Литосферной развилки. На этих планетах имели место даже некоторые проявления тектоники плит и были образованы океаны (Океанические развилки эволюции планет). Однако эти планеты в начале океанического пути развития, похоже, остановили прогрессивную эволюцию и вступили в эпоху разрушения. Земля продолжила развиваться своим особым путем, а для других планет природа избрала иные варианты эволюции.
2.3.2. Появление плитной тектоники – необходимое условие жизни
На рубеже около 4,38 млрд. л.н., когда практически вся планета покрылась базальтовым слоем, подлитосферная циркуляция вещества горячих недр и/или деятельность плюмов раскололи молодую «базальтовую» литосферу на множество плит, которые приступили к вечному дрейфу по астеносфере [29] как по смазке. Условно, с этого времени [30] (пояснения по ссылке можно смотреть в разделе "Ссылки.." в конце книги) началась глобальная тектоника литосферных плит, охватившая всю Землю. Движение плит стало возможным благодаря различию физических свойств литосферы и астеносферы, которые определяются не особенностями их химического состава, но фазовым переходом, обусловленным давлением и температурой. Вещество литосферы находится в кристаллическом состоянии, а породы астеносферы являются частично расплавленными. Наличие раскаленных недр под холодной литосферой является потенциалом мощных тектонических движений литосферы, связанным со стремлением теплых, а потому более легких горных пород всплыть над холодными, более тяжелыми образованиями земной коры. Очень вязкая магма переносит тепло из самых глубинных недр Земли к подошве коры, вызывая движение плит. На выполнение механической работы тратится определенная доля тепла, другая часть уходит в околоземное космическое пространство. Многие геологические и другие процессы реализуются благодаря тому, что наша планета является, по-существу, тепловым двигателем.
29
Астеносфера – слой (Гутенберга) толщиной около 100 км в верхней мантии Земли, который подстилает литосферу (твердую оболочку планеты). Увеличенная пластичность астеносферы относительно смежных слоев позволяет литосферным плитам перемещаться по ней. Астеносфера также обеспечивает изостатическое равновесие литосферных плит (блоков). Поверхность слоя Гутенберга расположена на губинах: 50–60 км под океанами и 100–120 км и более под материками.
30
Глобальная тектоника плит по версии геологов США началась около 4,3 млрд. лет назад, что близко к принятому нами возрасту.