Наши развилки. Развилки эволюции природы на пути к человечеству

Описанные глобальные результаты эволюции природы после Земной развилки показывают, что подобные характеристики отсутствуют у планет Солнечной системы и не известны у выявленных экзопланет. Но это – только начало земного этапа антропного эволюционного маршрута.

Уникальность самой планеты Земля (ее структуры, свойств) показывает, что только поворот эволюции природы на Земную развилку привел к появлению человека разумного. Конечно, еще очень много потребовалось времени, чтобы природа уже на Земле методом проб и ошибок нащупала то направление, которое привело к человеку. Природе предстояло еще составить сложный пазл направления эволюции, включающий огромную совокупность благоприятных развилок в неживой и в живой природе. Назовем для краткости этот путь «антропной эволюцией природы или антропным маршрутом природы». Все перечисленные уникальные свойства Земли являлись необходимыми предпосылками возникновения жизни на нашей планете и эволюции её до человека разумного.

Продолжение маршрута эволюции по направлению к зарождению жизни после Земной развилки стало возможным потому, что на первичной мантийной твердой оболочке сформировалась более легкая земная кора и литосфера, затем океаны и континенты. Появление этих элементов на Земле является важнейшими событиями, ведущими к формированию жизни. Эти направления эволюции природы известны только на нашей планете, поэтому данные повороты выделены как Литосферная, Океаническая и Континентальная развилки. Но прежде этих эволюционных поворотов планете пришлось пройти через Лунную развилку, которая оказалась одним из решающих событий для эволюции жизни на Земле.

2.1.3. Атомы-гиды остаются в астероидах

Атомы в составе многочисленных соединений, создавшие Землю и всё живое на ней, представлены несколькими поколениями, возраст которых варьирует от 13,82 миллиардов лет до ~5 миллиардов лет. Самыми древними, возникшими вскоре после Большого взрыва, являются атомы водорода (протоны[21 - Здесь не рассматриваем разновозрастные протоны нейтронного происхождения, т. е. образованные за счет распада нейтронов.]) и гелия. Более тяжелые атомы создавались в разное время в звездах. Но основой всех атомов служили первые атомы водорода – протоны. Например, наши гиды появились в форме протонов в момент создания Вселенной, но все они, за исключением Гидрожена, приобрели нынешнюю атомарную форму в недрах гигантской звезды Матернитэ ~5,7 млрд. лет назад. Немного позже, в период 5,6–4,6 млрд. л.н. они, находясь в протосолнечном газопылевом облаке, объединились с различными атомами с образованием некоторых сложных молекул.

Все прибывшие на Землю атомы иногда очень долго сохранялись в прежних химических соединениях, но чаще изменяли форму своего существования во время расплавления планеты или когда вступали в какой-либо земной круговорот. Так что, большинство земных атомов периодически меняли напарников в различных молекулах.

Первыми из атомов-гидов прибыли на Землю, 4,47 млрд. л.н., Гидрожен и Оксижен в составе Гидрожен-Оксиженного серпентина. Остальные атомные гиды во время первичного формирования земного шара оставались в телах астероидов, которые продолжали обращаться вокруг Солнца на орбитах, близких к орбите недавно образованной Земли. Все эти атомы пребывали в тех молекулах, в состав которых вошли в период 5,6–4,6 млрд. л.н., находясь в протосолнечном газопылевом облаке. Карбовеж (C) и Нитрожен (N) входили в космическую органическую молекулу Карбовеж-Нитроженного урацила (C4H4N2O2). Карбомал пребывал в форме органической молекулы Карбомалного гликольальдегида (C2H4O2). Флюор (P) и Ферум (Fe) перед прибытием на Землю вошли в состав космического минерала Флюор-Ферумного шрейберзита {(FeNi9Co)3P}. Эти гиды еще находились вне Земли, когда наша планета уже прошла в своей эволюции через Земную, Лунную, Литосферную, Океаническую и Континентальную развилки. Метеориты с нашими элементами-гидами попали на Землю только после Пребиотической развилки, около 4,1 млрд. л.н., во время массивной метеоритно-астероидной бомбардировки.

2.2. Лунная развилка эволюции Земли – важный поворот природы к человечеству. Около 4,47 миллиардов лет назад

Антропный маршрут эволюции природы после поворота на Земной развилке навсегда превратился в путь развития нашей планеты. За последующие почти 100 млн. лет после возникновения земного шара произошли значительные преобразования первичного сгустка вещества. Постепенно из неупорядоченной массы атомов и химических соединений стал формироваться особый природный объект с уникальными свойствами и закономерностями своего усложнения. По мере эволюции планеты происходило все большее упорядочивание этого космического объекта. Образование и усложнение планеты направлено естественным образом на борьбу с главным разрушительным термодинамическим законом всех компактных объектов Вселенной, на противодействие увеличению энтропии[22 - Энтропия Вселенной – это мера хаоса. В целом Вселенная в настоящее время – довольно упорядочена, т. е. имеет малое значение энтропии. Крупнейшими объектами беспорядка во Вселенной, т. е. обладающими высокой степенью энтропии являются массивные и сверхмассивные черные дыры. Достижение Вселенной максимального значения энтропии, наибольшего хаоса означает её тепловую гибель.], т. е. на сопротивление хаосу. Земля на этом пути развития успела к рубежу около 4,48 млрд. л.н. распределить вещество своих недр под воздействием гравитации на основные оболочки: ядро, мантию и первичную кору. Наиболее легкие минералы кремния, магния и алюминия сконцентрировались в большей степени в коре и верхней мантии, чем в ядре. Этот процесс дифференциации всего вещества по плотности, конечно, не был завершен. До сих пор относительно легкие химические элементы и их соединения перемещаются из ядра к поверхности Земли в форме огромных капель-плюмов расплавленных пород (объемом до 100 км3). Вместо этих масс происходит погружение более тяжелых, охлажденных блоков горных пород литосферы в мантию и ядро. Такой процесс циркуляции вещества служит одной из главных движущих сил тектонической эволюции планеты. Этот механизм глобальной мантийной конвекции (круговорота вещества) обусловил появление плюмовой[23 - Плюм – тонкая струя раскаленной магмы, поднимающаяся от ядра к подошве литосферы, под которой растекается в виде шляпки гриба. Место под магматической шляпкой – горячая точка hot spots. Плюм поставляет расплавленную магму по трещинам в литосфере на поверхности планеты, где она разливается в форме обширнейших трапповых (наслоившихся друг на друга лавовых покровов) полей базальтового состава. Траппы Восточной Сибири, занимают площадь равную Исландии, около 2 миллионов квадратных км. Лава здесь начала изливаться около 570 млн. лет назад и продолжала поставлять на поверхность огромные массы расплавленной породы и газов в течение сотни тысяч лет. По мере движения литосферной плиты над горячей точкой происходит как бы прожигание литосферы с формированием на поверхности планеты цепочки вулканов или траппового магматизма.] тектоники, которая играет значительную роль в геодинамике Земли.

Рассматриваемые события антропного маршрута эволюции природы пришлись на тепловой этап истории нашей планеты, названный «Расплавленная Земля», продолжительностью 110 млн. лет (4,56 – 4,45 млрд. л.н.), когда температура поверхности постепенно остывала от ~4000°C до 500°C. В период ~ 4,48-4,45 млрд. л.н. над пышущей жаром поверхностью планеты (температура хоть снизилась, но еще достигала значений до 550–500°C) произошла смена первой, легкой атмосферы на вторую, более тяжелую газовую оболочку – Палеокатархейскую углекисло-водяную. В это время происходило выделение из недр главным образом свободной воды, которая немедленно поступала в виде пара в атмосферу. Вулканы начали интенсивно поставлять в атмосферу кроме водяного пара, также углекислый газ и другие, газообразные и твердые вещества. Бушующая воздушная оболочка планеты насыщалась в значительной степени водяным паром, содержание которого постепенно сокращалось от 100 % до 16 % за счет увеличения доли других газов. Атмосфера насыщалась кроме паров воды, такими газами, как: углекислота (44–61 %), азот (7–9%), водород (7 %), аммоний (3 %), гелий (2,4–2,2 %), метан (0,8–0,7 %). Воздушная оболочка в те времена была еще тонкой, но постоянное поступление из недр разнообразных газов наращивало ее общую массу. Изменения величин относительного содержания основных газов отражают динамику их извержения из недр за период существования второй газовой оболочки планеты. Так, при более-менее стабильном поступлении определенных масс водяного пара[24 - Нынешние вулканы выделяют в виде газов преимущественно водяной пар. Например, в газах базальтовых лав гавайских вулканов содержание водяного пара составляет 70–80 % по объему.] объемы углекислоты нарастали. Если эта атмосфера вначале формирования была практически только водяной, то к моменту её трансформации в третью атмосферу состав стал преимущественно углекислотным.

Водяной пар, поднявшись на большую высоту, охлаждался и формировал мощный облачной покров. Облака проливались интенсивными дождями, которые, однако, при приближении к раскаленной твердой поверхности планеты снова превращались в пар, возвращающийся вверх. Такой круговорот воды на этапе «Расплавленная Земля» создавал грандиозный парниковый эффект, замедляющий охлаждение базальтового рельефа планеты.

Верхняя оболочка Земли толщиной около 1000 км была сложена расплавленной магмой, покрытый тонкой (до 10 км) первичной корой из затвердевшего мантийного вещества – перидотитовым слоем. Эта первая твердая оболочка растрескивалась, коробилась, смещалась под воздействием циркуляции расплавленного вещества мантии. По трещинам (разломам) извергались на твердую поверхность лавовые потоки, а в атмосферу устремлялись газы. Поверхность была усеяна метеоритными кратерами и вулканическими конусами. В недрах планеты уже обособились ядро и мантия. Время проявления первых последствий вертикальных и горизонтальных движений частей твердого слоя, наряду с вулканизмом (~ 4,48 млрд. л.н.) можно, с определенной долей условности, считать началом геологической истории Земли. Предыдущую историю – от момента аккреции вещества планеты до появления твердой оболочки – отнесем к этапу образования планеты (4,567- ~ 4,48 млрд. л.н.).

2.2.1. Счастливое столкновение Земли с другой планетой

Случилось так, что около 4,475 млрд. л.н. орбита Земли пересеклась с орбитой предполагаемой планеты Тея, размеры которой мало отличались от Марса. Тея на огромной скорости врезалась по касательной в раскаленный земной шар. В околоземное космическое пространство выбросилось гигантское количество вещества земной коры и верхней мантии. Наверное, от первичной формы Теи мало что осталось после такого удара. На орбите Земли оказалась колоссальная масса разноразмерных обломков возможно твердой Теи и земного базальтового слоя, а также шарообразных сгустков из земных расплавленных пород. Самый большой кусок притянул на себя значительную часть более мелких обломков. В результате довольно быстро, в течение нескольких миллионов лет, образовалось тело массивного земного спутника – Луны. Поскольку наш спутник образовался из вещества верхних оболочек Земли, то средняя плотность Луны соответствует средней плотности именно этих пород, что значительно меньше плотности Земли и тем более, её ядра. Состав лунных грунтов, доставленных на Землю, показал их сходство с породами земной коры.

На Земле еще долгое время оставался след от столкновения с Теей. Медленно заполнилась магмой огромнейшая выбоина на земной поверхности от этой космической катастрофы. Только глобальные перемещения и преобразования литосферных плит, на которые разбилась верхняя оболочка Земли спустя много миллионов лет, изменят весь первичный рельеф планеты.

Удивительно, но катастрофическая встреча Земли с планетой Тея оказалась необходимым условием для развития жизни, поскольку привела к объединению тяжелых элементов обеих планет в земном ядре. В итоге сформировалось сверхмассивное земное ядро, способное генерировать мощную магнитосферу, обеспечивающую защиту земной поверхности от губительной солнечной радиации. Возникновение Луны достаточно крупного размера существенным образом сказалось на ходе эволюции Земли. Имеются в виду лунное влияние на такие параметры земного развития, как: уменьшение вероятности падения крупного астероида, замедление скорости вращения, стабилизация оси вращения нашей планеты, протекание геологических процессов, особенности климата, условия появления и развития жизни. Например, 3 млрд. л.н. орбита Луны располагалась так близко от нашей планеты, что высокие приливные волны в земной коре приводили к растрескиванию литосферы и влияли на магматическую активность недр, а приливные волны в земном мировом океане достигали многих сотен метров. Такие периодические приливы-отливы приводили к регулярному осушению океанических мелководий и заводнению прибрежной суши, что благоприятствовало выходу жизни из моря на сушу. Водные живые существа оказывались на суше, где приходилось приспосабливаться к существованию в новых условиях. Первые наземные организмы постепенно эволюционировали в ту флору и фауну, которая заселила все континенты. С тех пор Луна отдалилась от Земли и продолжает удаляться, что влечет замедление скорости вращения нашей планеты и увеличение суток. Так, во время образования Луны вращение Земли было очень быстрым, сутки длились всего 4 часа 30 минут, а 500 млн. л.н. сутки равнялись 18 часам, сейчас – 24 часам. В будущем, через несколько миллионов лет Луна будет находиться в 1,5 раза дальше, чем сейчас и сутки на Земле составят около 54 современных суток, т. е. сутки будут длиться 1,5 месяца. Указанное постепенное изменение динамики нашей планеты, безусловно, влияет на те или иные климатические характеристики, которые ориентируют эволюцию организмов в определенных направлениях.

Принимая во внимание роль Луны в появлении и развитии жизни на Земле, с полным основанием, можно назвать момент образования Луны около 4,47 млрд. л.н. важной развилкой эволюции природы на пути к человечеству – Лунной развилкой. Если бы у Земли не появился партнер в виде Луны, эволюция планеты Земля пошло бы иным путем, чем это случилось. Можно только гадать, что было бы с жизнью в варианте существования Земли без Луны, но нет сомнения, что безлунный путь эволюции природы не привел бы к той последовательности и многообразности живых организмов, которые были реализованы. О возможной судьбе Земли в отсутствии такого крупного спутника, как Луна, можно предполагать на примере планеты Марс, которая потеряла свою атмосферу, жидкую воду, прекратила тектоническую деятельность, практически полностью лишилась магнитного поля. У Марса имеется два спутника – Фобос и Демос, радиусы которых, соответственно в 158 и 290 раз меньше лунного. Марсианские спутники настолько малы, что их гравитационные силы не способны оказывать существенное влияние на Марс. На других планетах земной группы (Венере и Меркурии) вовсе отсутствуют спутники существенных размеров. Так, что Земле очень повезло со спутником.

2.2.2. Гидрожен на горячей Земле, Оксижен – в красивом минерале. Другие гиды – в Поясе астероидов

Что происходило с атомными гидами в момент катастрофического столкновения Земли с Теей? Гидрожен и Оксижен первыми из атомов-гидов оказались на Земле 4,47 млрд. л.н. Это произошло приблизительно через 5 млн. лет после судьбоносной встречи Земли с планетой Тея и практически одновременно с образованием Луны. Возможно, гравитационное воздействие Луны способствовало встрече Гидрожена и Оксижена с Землей. Весьма крупный астероид, заключающий Гидрожен-Оксиженый серпентин врезался в земную поверхность, которая в это время была представлена первичной перидотитовой твердой оболочкой с высокой температурой (~ 650°C). Этот минерал серпентин, будучи водным магнезиальным силикатом, замечателен тем, что в его химическом составе (в основном MgO 43,0 %, SiO2 44,1 %, H2O 12,9 %) присутствует до 17 % воды. При нагревании свыше 450°C серпентины переходят в другие минералы: тальк, форстерит с выделением воды. Поскольку Гидрожен-Оксиженый серпентин попал на Земле в горячую обстановку, то из него получилось два вещества: минерал Оксиженный форстерит и Гидроженная вода. Гидрожен тут же, испарился с вмещающей его молекулой воды (H2O), добавив частичку пара в водяную атмосферу. В атмосфере Гидрожену предстояло путешествовать около 200 млн. лет до тех пор, когда понизится температура поверхности планеты и вся вода из атмосферы обрушится на твердую базальтовую оболочку, сформировав первые океаны.

Оксижен продолжил свое геохимическое путешествие внутри молекулы Оксиженного форстерита[25 - Форстерит – распространенный минерал, ортосиликат магния из группы оливина – Mg

SiO

, где окись магния составляет 57,31 %, а двуокись кремния – 42,69 %. Оксижен занял место атома кислорода в молекуле двуокиси кремния.] в поверхностном слое Земли. Форстерит – очень твердый минерал – по десятибалльной шкале твёрдости расположен на седьмом месте. Выдерживает огромную жару, так как температура плавления минерала – около 1890°C. Считается, что этот, как правило, зеленый минерал, обладая некими целебными способностями, положительно влияет на организм человека. Форстерит даже предохраняет от многих болезней. Оксиженный форстерит, возникнув в твердой мантийной оболочке, оказался в благоприятных условиях для кристаллизации небольшого зернышка минерала в красивый, крупный кристалл высотой 15 см. Получилось так, что Оксижен в форстерите свяжет свою судьбу с перидотитовым твердым слоем мантии на весьма продолжительный период. К рубежу 4,38 млрд. л.н. этот мантийный слой покроется новым базальтовым слоем коры, сформируется базальтовая литосфера и начнется плитная тектоника. Благодаря движению плит форстерит с Оксиженом в составе одного из литосферных блоков отправится в долгий путь по астеносфере в интересное будущее.

Как удивительно в природе всё взаимосвязано. На примере Гидрожена и Оксижена можно заметить, что они меняли форму своего существования (молекулу, минерал) при смене условий нахождения (температуры, давления и многих других факторов). Причем сохраняются только те формы, которые оказываются устойчивыми к меняющимся условиям. Принципы изменчивости и естественного отбора связываются, обычно, с живой природой, но, пожалуй, все формы существования вещества, включая неживые, изменяются при смене среды нахождения и подвержены эволюционному отбору.

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 влиянием сил тяготения ближайших планет.

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 - Кстати вспомним, что раствор углекислого газа в воде является газированным напитком, который можно пить.] (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.

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 - Ультраосновные горные породы – темноцветные, магматические породы с низким содержание кремнезема (SiO

– менее 40 %), более тяжелые, чем основные породы (базальты – SiO

от 40 до 52 %) и, тем более, чем кислые (граниты – SiO

от 65 до 75 %). Ультраосновные породы занимают на поверхности планеты только около 1 % площади. Типичными представителями являются перидотиты, дуниты, оливины, кимберлиты, пикриты. Эти породы слагали первичную земную твердую оболочку.] 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).

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 - От древне греческого lithos, литос – «скалистый, твердый» и «sphaira» – сфера, твердая оболочка Земли.]. 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.

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 - 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.] как по смазке. Условно, с этого времени[30 - Глобальная тектоника плит по версии геологов США началась около 4,3 млрд. лет назад, что близко к принятому нами возрасту.] (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.

Огромные массы раскаленной магмы и лавы внедряются между литосферными плитами, в зонах спрединга (раздвигания), расталкивая их. Эти базальтовые извержения, остывая на поверхности планеты, формировали новообразованный базальтовый слой. Таким образом, благодаря действию ранней плитной тектоники происходила постепенная замена первичного (доплитного) базальтового слоя на новообразованный слой базальта. Следует отметить, что этот процесс обновления земной коры начался еще приблизительно за 110 млн. лет до появления на Земле океанов. Регионы с обновленной базальтовой корой между смежными плитами, образовавшиеся до появления жидкой воды на Земле, условно можно считать «сухими океанами». Если кору, служащую ложем нынешних океанов, называют океанической корой (см. раздел "Океаническая развилка"), то древнейшую кору сухих океанов так и назовем «кора сухого океана». Земные древние сухие океаны, вероятно, имеют много сходного с районами новообразованной застывшей лавы – базальтовых излияний на Луне, именуемых лунными морями. Там даже имеется океан Бурь общей площадью около 4 млн. км2. Конечно, никаких водных бассейнов на Луне нет и не было. Лунные пониженные участки распространения относительно молодых базальтов назвали морями из-за их более темного цвета по сравнению с прилагающими светлыми участками «суши». Развитие Луны в отличие от Земли не прошло через Океаническую развилку.

В то же время, перемещение литосферных плит приводит к тому, что крупные холодные блоки литосферы погружаются в раскаленные недра Земли в участках их столкновения. Такие участки названы зонами субдукции, где одни блоки проталкиваются под смежные плиты, расплавляясь в недрах и перерабатываясь в процессе соединения с веществом мантии. Затем массы расплавленных пород поднимаются к поверхности, чтобы окислившись образовать новые породы. Наряду с твердыми породами в миграции участвуют жидкости (вода, водные растворы) и газы. Более того, Земля в целом, от ядра до атмосферы представляет собой сложный комплекс взаимодействующих атомов, соединенных в молекулы, минералы, горные породы, находящиеся в постоянном круговороте с той или иной скоростью. Состояния глобальных характеристик Земли порой зависят от самых незначительных изменений отдельных характеристик вещества во внутренних оболочках, а также от ряда космических воздействий.

В этом отношении следует вспомнить о роли тектоники плит в регулировании температурного режима поверхности Земли, обеспечивающего благоприятный для жизни диапазон температур между 0°C и 100°С. История планеты показывает, что сохранять такие температурные условия весьма сложно. Тем более что планета на протяжении более 4 миллиардов лет подвергается всё возрастающему воздействию солнечного излучения. Это излучение в начале истории Земли было на 30 % меньше, чем в настоящее время. Если бы не механизм действия тектоники плит, то планета разогрелась бы до температуры, при которой вся вода испарится и удалится в космическое пространство. Регулирование температуры происходит в результате взаимодействия тектонических процессов образования гор, т. е. благодаря орогенезу и процессов их разрушения, эрозии. Ветер, вода, химические процессы разрушают горных пород и перемещают продукты эрозии в океан. Одни горы разрушаются, другие образуются. Круговорот вещества продолжается постоянно.

В круговорот включается углекислый газ атмосферы, когда он растворяется в дождевой воде и в форме углекислоты растворяет горные породы. В океанах часть углерода выпадает в осадок в виде карбонатных пород: известняка-CaCO3 и доломита-MgCO3. Кроме этого, углерод удаляется из атмосферы растениями, которые используют его для производства углеводов. Растения после смерти постепенно накапливаются в мощных осадочных пластах и под воздействием температуры и давления превращаются в торф и угли. В морских отложениях захоронились органические остатки водных животных. Из этого органического вещества спустя миллионы лет образовались газ, нефть или горючие сланцы. Обширные осадочные бассейны с углеродосодержащими породами являются своеобразными долговременными хранилищами колоссальных ресурсов углерода. Кроме того, в зонах субдукции, где океанические литосферные плиты погружаются в мантию, углеродосодержащие породы могут высвобождать углерод для формирования новых минералов. Таким образом, разнообразные химические и геологические процессы как конвейерная лента перемещают углерод из атмосферы в земную кору либо в мантию. В результате содержание углекислого газа в атмосфере уменьшается, что снижает парниковый эффект[31 - Парниковый эффект – это нагрев нижних слоев атмосферы благодаря способности парниковых газов (в основном: метана, воды и углекислоты) пропускать к поверхности планеты коротковолновое излучение Солнца и удерживать длинноволновое излучение Земли.] и вызывает похолодание климата.

В коре и мантии Земли углерод залегает в значительно большем количестве, чем в сумме на поверхности и в атмосфере. Если бы геологический конвейер работал только на захоронение углерода, тогда бы уже в тот или иной момент содержание двуокиси углерода (CO2) в атмосфере сократилось бы до критически минимального значения, и планета замерзла бы. Эволюционный маршрут природы к человечеству на этом бы прервался окончательно. Но геологический конвейер продолжает продвигать вещество, включая углерод от зон субдукции к месту выхода из земных недр в атмосферу. Такими местами являются зоны дивергенции (спрединга), где раздвигаются литосферные плиты под воздействием огромных масс раскаленной, всплывающей и циркулирующей магмы. Горячие массы пород, насыщенные водяным паром, углекислым и другими газами извергаются на поверхность континентов или на дно океанов через глубокие трещины в земной коре или через жерла вулканов. Когда появятся люди, они начнут сжигать торф, уголь, сланец, нефть, газ, тем самым освобождая углерод из подземного заточения и направляя его в круговорот. Человек будет выступать всего лишь как один из геологических факторов. В атмосферу возвращается углекислый газ, повышая её парниковый эффект, повышается температура поверхности планеты. Увеличивается объем дождей и ускоряется эрозия горных пород и их снос в океаны, а также погружение этих пород в недра. То есть ускоряется вывод углекислоты из атмосферы. Так саморегуляция планеты стремится уменьшить повышение температуры, которое происходит в результате постепенного возрастания объема солнечного излучения.

Кроме того, постоянное перемешивание земного вещества является своеобразным конвейером по производству все более сложных химических соединений, по их сепарации и концентрации в месторождениях земной коры. Хотя объем концентрированных химических элементов – относительно небольшой по сравнению с основной массой химических элементов, находящихся в рассеянном состоянии, эти скопления имеют огромное значение для развития человеческой цивилизации. Природа как бы позаботилась о людях, создав скопления (месторождения) таких полезных ископаемых, как: горючие (нефть, природный газ, горючие сланцы, торф, уголь), нерудные (строительные материалы; сырье для производства минеральных удобрений, красок, для общехимического производства, для металлургии; технические кристаллы; драгоценные и поделочные камни; абразивные материалы), рудные (черные и цветные металлы и др.). Уместно здесь напомнить, что человечество получило в свое распоряжение также водные, лесные и биологические ресурсы. Неисчерпаемые объемы световой и тепловой солнечной энергии, влаги и движения воздуха являются теми климатическими ресурсами, которые Земля использует в своей эволюции и которые в своё время предоставит живым организмам.

Возвращаясь к характеристике тектоники плит, заметим, что о первичных размерах и контурах древнейших литосферных плит отсутствуют достоверные сведения, поскольку со временем их конфигурация менялась. Плиты могут раскалываться в результате рифтинга (образования вытянутых щелевидных прогибов, ограниченных глубинными разломами) и спаиваться, создавая единую плиту в результате коллизии (столкновения плит, смятия коры и образование горных цепей). Границами древнейших плит, возможно, были первые глубинные разломы в твердой мантии, по которым поднималась магма для базальтовой коры. К настоящему времени литосфера представлена 8 крупнейшими плитами: Тихоокеанская-103 300 000 км?, Северо-Американская-75 900 000 км?, Евразийская-67 800 000 км?, Африканская-61 300 000 км?, Антарктическая-60 900 000 км?, Австралийская-47 000 000 км?, Южно-Американская-43 600 000 км? и Сомалийская-16 700 000 км? (Рис. 2.3.1). Кроме того выделяются 5 крупных плит: Наска-15 600 000 км?, Индостанская-11 900 000 км?, Филиппинская-5 500 000 км?, Аравийский субконтинент-5 000 000 км? и плита Кокос – 2 900 000 км?. Имеются также множество средних и мелких плит. Тринадцать вышеперечисленных плит покрывают около 90 % земной поверхности. Средние и мелкие плиты расположены между крупнейшими и крупными блоками. Блоки литосферы перемещаются по астеносферному слою с разной скоростью: от 1 до 6 см/год в процессе надвигания одной плиты на другую и до 10–18 см/год при расхождении плит. Все плиты в той или иной степени являются комбинированными, т. е. слагаются океанической и континентальной типами коры. В то же время, Тихоокеанская плита – в основном океаническая, а Евразийская – преимущественно континентальная. Основная сейсмическая, тектоническая и магматическая активность нашей планеты, проявляемая на поверхности вулканизмом, землетрясениями, горообразованием, приурочена к границам плит. В разделах об Океанической и Континентальной развилках приводится краткая характеристика разных типов земной коры.

Границы плит стали зонами раздвига, надвига, поддвига или горизонтального смещения одних плит относительно смежных. Сформировались три типа границ между плитами: 1- рифт срединного хребта (зона спрединга), 2- зона столкновения (зона субдукции) и 3- зона сдвига (трансформный разлом)[32 - Границы плит также называют, соответственно: 1-дивергентными, 2-конвергентными и 3-трансформными.]. Вдоль этих границ проявились и происходят до сего времени максимальные тектонические, вулканические и сейсмические явления. В рифтовых зонах срединных хребтов плиты раздвигаются, и пустоты возникающих трещин заполняются расплавленной базальтовой магмой, всплывающей из астеносферы. Конвекционные течения вещества в астеносфере растаскивают плиты в стороны от осей срединных хребтов.

В зонах раздвижения плит, т. е. на участках распространения коры сухого океана, а также на прилегающих участках распространения первичного базальтового слоя приблизительно через 110 млн. лет после начала активной плитной тектоники возникнут океаны (см. "Океаническая развилка, 4,27 млрд. л.н."). В зонах субдукции (сближения) плит одна из них погружается под другую, а если они сталкиваются, тогда обе сминаются, образуя горную цепь. После возникновения океанов в участках распространения гор будет формироваться материковая (континентальная) кора (см. Континентальная развилка, 4,2 млрд. л.н.). По трансформным разломам происходит сдвигание (скольжение) плиты относительно смежной. Кроме того, даже внутри плит происходят такие явления, как: долговременные базальтовые магматические извержения в некоторых районах, называемых горячими точками, а также грандиозные излияния расплавов, формирующих траппы на континентах и океанические плато в океанах. Перечисленные проявления динамики твердой корово-мантийной оболочки являются разными характеристиками глобальной тектоники литосферных плит, о которой уже было упомянуто выше. Конечно, в течение первых 200–400 млн. лет после начала тектоники плит (около 4,38 млрд. л.н.), кора была тоньше и вязкость мантийных конвекционных потоков непосредственно под корой была намного ниже той, которые сформировались в последующем. Поэтому в этот начальный период динамика литосферы характеризовалась относительно низкой активностью. Тем не менее, тектоническая активность оказалась достаточной, чтобы обеспечить некоторую дифференциацию рельефа планеты, необходимую для образования океанов разной глубины, морей, озер и речных потоков, а также, чтобы создать необходимые условия для появления зон генерации континентальной коры.

2.3.3. Гидрожен – в горячей атмосфере, Оксижен – в литосферном блоке. Карбомал, Карбожен с Нитроженом и Флюор с Ферумом мчатся вокруг Солнца