Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Ведутся споры, правильно ли применять слово «эволюция» к минералам. Однако Хейзен и его сотрудники отметили, что в материале, образовавшем астероиды и планеты, насчитывается всего примерно шестьдесят различных минералов^[68] (это известно по исследованиям метеоритов). На ранних стадиях развития Земли — с помощью таких процессов как плавление, вулканизм, метаморфизм, химическое разделение внутри планеты, а также образование океанической и континентальной коры — их число выросло примерно до 1500. Сегодня их насчитывается примерно 4300^[69], и авторы считают, что основной причиной является эволюция жизни. Разнообразие минералов увеличивалось по мере того, как жизнь и планета эволюционировали вместе в течение геологического времени. Это новый и интересный подход к минералогии.

На первый взгляд может показаться удивительным, что жизнь и минералы так тесно связаны. В периодической таблице есть девяносто два различных элемента^[70], и в принципе они могут объединяться, образуя практически бесконечное число сочетаний. Однако соединения, которые мы называем минералами, образуются при весьма специфических условиях: особенно важны температура, давление и концентрация различных химических элементов в окружающей среде. На ранних стадиях существования Земли материал, который накапливался на нашей планете, попадал в новые, весьма различные и сильно меняющиеся условия, взаимодействовал с атмосферными газами и водой на поверхности, попадал под воздействие разных температур и давлений внутри Земли. В результате количество видов минералов быстро увеличивалось.

Когда на Земле появилась жизнь, возник новый мощный механизм: биологически опосредованное формирование минералов. Организмы создают полезные минералы (например, зубы состоят из минерала апатита, который представляет собой фосфат кальция), однако не делают этого ни с того ни с сего. Самые первые известные биологически сформированные минералы встречаются в строматолитах (рисунок 10). При создании собственной структуры эти массовые колонии микроорганизмов улавливают уже существующие минеральные зерна, однако там также происходит осаждение нескольких минералов, что создает сложную мелкомасштабную слоистую структуру. Жизнь не только образует минералы непосредственно, но и влияет на их количество косвенно: как только фотосинтезирующие растения начали насыщать кислородом атмосферу и океаны, на поверхности Земли появилось множество новых минералов-оксидов. Увеличение числа минералов необратимо: мы уже никогда не сможем вернуться к тем шести десяткам (или около того), что существовали до образования планет.

Исследования в области минералогии имеют и практическую сторону (знаете ли вы, что при разработке наполнителей для кошачьих туалетов использовался минералогический опыт?), и «чисто исследовательские» аспекты, и это справедливо для большинства наук о Земле. Хотя многие ученые (и организации, которые поддерживают их изыскания) сосредоточены на практических вопросах, которые интересуют общество — вопросах первостепенной важности, для которых нужны знания специалистов по Земле, однако продолжает процветать и поиск знаний о нашей планете, ведомый исключительно любопытством. Значительная часть этой книги имеет дело именно с такими исследованиями — исследованиями, которые породили такие поистине революционные идеи, как тектоника плит или эволюция (я считаю, что Дарвин занимался наукой о Земле; эта тема его очаровывала, и окаменелости внесли свой вклад в его идеи). Но здесь я хотел бы обратиться к некоторым прикладным аспектам исследований, особенно тем, которые связаны с нынешними и будущими социальными проблемами.

В какой-то степени прикладной и чистый — термины хотя и полезные, но несколько произвольные, поскольку эти сферы часто переплетаются. Возьмите, к примеру, ядерное оружие — тему, которую вы, вероятно, не связываете с геонауками (за исключением того, что для поиска и добычи урана требуются геологи и инженеры, знающие геологию). Однако ключевая часть ядерных программ — испытания. Поскольку большинство стран хотят уменьшить, а в конечном итоге и устранить угрозу ядерного оружия, и в то же время часто с подозрением относятся к намерениям других стран, то на первый план выступает обнаружение и определение характеристик секретных ядерных испытаний. В значительной степени эта задача выпала на долю ученых, занимающихся геонауками: особенно активное участие принимали сейсмологи, но присоединились также геохимики, океанологи и специалисты по атмосфере.