Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Но когда Земля уже почти достигла нынешнего размера и образовала железное ядро, в ее формировании была написана еще одна важная глава. Удивительно, но узнать об этом событии мы смогли, задавая вопросы о Луне, а именно: почему плотность нашей соседки так сильно отличается от плотности Земли? И если Луна — всего лишь блуждающая планетезималь, захваченная Землей (эта теория появления Луны была некогда популярной), то почему анализ горных пород, привезенных с Луны астронавтами «Аполлона», показывает, что наш спутник имеет близкое геохимическое сходство с Землей? На эти и другие вопросы о происхождении нашего спутника ответила гипотеза ударного формирования Луны. Впервые она появилась в 1970-е годы, когда опубликовали данные анализа лунных пород, но с тех пор ее уточняли и подтверждали новыми фактами.

В основе ударной модели лежит предположение, что к концу формирования планет в Солнечной системе в Землю врезалось крупное тело размером примерно с Марс. Это столкновение выбросило в космос материал, который от энергии удара частично перешел в газообразное состояние, но в итоге охладился и образовал Луну. Эта гипотетическая ударившая планета получила название Тейя — в честь древнегреческого божества, матери Селены (богини Луны).

Гипотеза ударного формирования сейчас является наиболее правдоподобным объяснением возникновения нашего спутника. Данные изотопных исследований для земных и лунных пород показывают, что столкновение должно было произойти примерно через 40–60 миллионов лет после рождения Солнечной системы. К тому времени большая часть земного железа уже осела в ядре, и, скорее всего, тот же процесс произошел и в ударившем теле. По этой причине материал, вылетевший в космос, должен был состоять только из внешних, каменистых частей обоих тел: моделирование столкновения показывает, что плотное металлическое ядро Тейи могло пройти через внешнюю оболочку Земли и слиться с ядром нашей планеты. Такой сценарий полностью соответствует низкому содержанию железа на Луне и, как следствие, ее низкой плотности.

Образовавший Луну удар добавил больше вещества Земле, нежели выбил из нее, и это фактически завершило создание нашей планеты, приблизив ее к нынешнему размеру. Бомбардировка мелкими и крупными объектами продолжалась (как мы видели, сейчас на Землю ежедневно падает по сотне тонн внеземной материи), однако значительный рост массы прекратился. Как выглядела эта ранняя Земля? Мы не знаем, поскольку поверхностных горных пород того периода у нас нет. Однако некоторые намеки дают лунные породы.

Одним из первых сюрпризов для изучавших лунные породы оказался тот факт, что значительная часть внешней оболочки Луны была расплавлена еще на ранней стадии ее истории. Планетологи, развивавшие новую концепцию, назвали этот расплавленный внешний слой «магматическим океаном» (магма — это геологический термин для расплавленных пород). Прийти к выводу о существовании магматического океана на ранних стадиях жизни Луны можно только потому, что наша спутница геологически неактивна, а это означает, что на ней сохранились многие из первых образовавшихся пород. Работа с образцами, собранными во время миссий «Аполлонов», показывает, что горные районы — светлые пятна на поверхности Луны — являются остатками каменистой коры, некогда покрывавшей Луну и образовавшейся при охлаждении и кристаллизации океана магмы. После того как появилась концепция магматического океана, геологи задались вопросом: не происходило ли подобное и на Земле? В частности, сразу после удара, который привел к образованию Луны, наша планета могла быть достаточно горячей, чтобы поддерживать на поверхности океан магмы; однако надежных доказательств его существования пока не найдено.

Существовал магматический океан на нашей планете или нет, но процесс разделения (тот самый, который заставляет железо плавиться и опускаться к центру, выталкивая при этом наружу каменистый и относительно бедный железом материал) привел к образованию у нашей планеты тонкой внешней коры. Однако химический и минеральный состав этой коры сильно отличается от состава нижележащей материи. Вид Земли в разрезе (рисунок 3) показывает три химически разных слоя: ядро, мантия и кора. Формирование ядра и мантии, как описано выше, было достаточно простым и легким для понимания. А вот кора — совершенно другая история. Она составляет менее 1 % от объема Земли, а поскольку ее плотность ниже плотности других частей планеты, то на нее приходится еще меньшая доля массы. Если представить Землю как большое яблоко, то кора оказалась бы значительно тоньше кожуры. Однако несмотря на свой малый объем, именно кора чрезвычайно важна для нас, поскольку таит в себе все ресурсы, необходимые для человеческой цивилизации.