Карельские камни помнят юность Земли

Американские геохимики выяснили, что предполагаемое столкновение Земли с небесной странницей Тейей, что произошло 4,5 миллиарда лет тому назад, не особенно сильно изменило структуру недр нашей планеты. Во всяком случае, в раскаленный шар Земля не превращалась. А рассказали им об этом камни, найденные недалеко от города Костомукша в Карелии.

Насчет происхождения Земли и формирования ее структуры имеются разные гипотезы, однако все они сходятся в одном — в начале было… протопланетное облако из газа и космической пыли. Некоторые ученые, например Лаплас, полагали, что оно было холодным, а другие (Мультон, Джинс, Шмидт) — что раскаленным, ибо его выдернула из молодого Солнца сила тяготения проходившей тогда неподалеку массивной звезды.

Впрочем, сейчас большинство ученых отказались от последней гипотезы, потому что ряд астрофизиков (например, Г. Рессел) доказали, что подобное маловероятно. В итоге гипотеза холодного протопланетного облака получила большую популярность.

Итак, 4,54 миллиарда лет назад из протопланетного облака потихоньку начала формироваться наша планета. Происходило это следующим образом — судя по всему, еще в самом облаке "тяжелые" и "легкие" элементы и их соединения не могли не быть полностью перемешаны. Соответственно, под действием силы тяжести первые (в основном железо и родственные ему металлы) начали опускаться к центру будущей планеты, выдавливая при этом на поверхность "легкие" элементы. То есть началась гравитационная дифференциация недр Земли (которая, кстати, продолжается и по сей день).

Итак, опускающееся железо стало накапливаться в центре, формируя ядро. Однако при самом процессе опускания потенциальная энергия столба этого "тонущего" слоя элементов начала уменьшаться, преобразовываясь в кинетическую, то есть выделяясь в виде тепла. Это тепло (считается, что его выделилось примерно 4·10³⁰ кал, что эквивалентно триллиону суммарных ядерных боезапасов всех стран мира) разогрело планету аж до 1200^оC (а местами — до 1600^оC).

Однако, как вы понимаете, вокруг молодой планеты находился хороший холодильник, а именно — космос. Поэтому поверхность, сложенная "легкими" элементами, начала достаточно быстро остывать и переходить из расплавленного в твердое состояние. Так образовалась земная кора. А пространство, где гравитационная дифференциация, то есть погружение "тяжелых" элементов и выдавливание "легких", продолжилось (по расчетам геофизиков, это безобразие будет продолжаться еще 1,5 миллиарда лет), и соответственно, высокая температура сохранилась, стала мантией.

Итак, где-то примерно 4,5 миллиарда лет тому назад структура твердой части нашей планеты полностью сформировалась (гидросфера и атмосфера приобрели законченный вид несколько позже). Правда, согласно последним исследованием, именно в то время случилась катастрофа, в результате которой Земля обзавелась спутником и временно вернулась в неструктурированное состояние. Речь идет о возможности столкновения с неким небесным телом (ученые условно называют его планетой Тейей).

Некоторые геофизики предполагают, что это столкновение было настолько сильным, что Земля опять расплавилась. Ну, в том смысле, что ее только что появившаяся структура полностью исчезла, и какое-то время наша планета представляла собой шар из однородного расплавленного вещества. А после в течение нескольких десятков миллионов лет все вернулось вновь "на круги своя" — кроме Луны, конечно, она так и осталась бегать вокруг Земли.

Однако некоторые ученые сомневались в том, что последствия столкновения были столь катастрофичны. С их точки зрения, даже внезапно налетевшая Тейя не могла нарушить уже сложившуюся структуру Земли. И вот недавно данная версия получила вполне весомые доказательства. А предоставили их ученым камни, найденные недалеко от города Костомукша в Карелии.

Группа геохимиков из Университета Мериленда, исследовав химический состав древних вулканических пород, взятых в Африке и России (те самые костомукшские камни) выяснили количество содержащегося в них изотопа вольфрама-182. Следует заметить, что эти камни, как африканские, так и российские, принадлежат к коматиитам — породам магматической природы, которых вытолкнули на поверхность Земли извержения, происходившие еще в архейской эре. Однако в то время, когда Тейя столкнулась с Землей, именно эти коматииты, по расчетам исследователей, должны были еще находиться в мантии.

Так вот, выяснилось, что в африканских и карельских камнях содержание вольфрама-182 не одинаково Следует заметить, что этот изотоп может получаться только в результате распада изотопа гафния-182. А последний имеет период полураспада девять миллионов лет, и его запасов на "новорожденной" Земле хватило только на первые 60 миллионов лет ее жизни. Однако интересующий ученых вольфрам мог присутствовать в достаточном количестве в коматиитах, начиная с первых 10 миллионов лет после начала полураспада гафния.

Итак, выяснилось, что в камнях из Костомукши вольфрама больше, а в африканских — меньше (причем разница весьма значительна). Однако этого не могло быть, если при столкновении с Тейей наша планета стала бы расплавленным шаром — тогда бы вольфрам-182 равномерно распределился по объему бывшей мантии. И, соответственно, во всех архейских породах его было бы одинаковое количество.

И что же из этого следует? В первую очередь, то, что после столкновения с Тейей Земля не расплавилась полностью. По меньшей мере, на ней остались нетронутые ударом "карманы", где разделение на мантию, ядро и земную поверхность сохранилось. Не исключено также, что структурированной осталась вообще вся планета. Однако это нуждается в дополнительных доказательствах — следует посмотреть содержание изотопа вольфрама-182 в коматиитах из других мест.

Однако, в любом случае, коматииты из Костомукши спокойно оставались в мантии еще 2,8 миллиарда лет и лишь потом оказались на земной поверхности. Более того, проведенный геохимиками анализ показал, что для того, чтобы соотношения 182-го изотопа вольфрама с основным изотопом, то есть вольфрамом-184, были такими, какими их увидели сейчас, структура Земли, то есть металлическое ядро, мантия и кора должны были сформироваться в первые 60 миллионов лет жизни Солнечной системы. Причем, скорее всего, это произошло в первые 10-20 миллионов лет жизни нашей планеты.

Как видите, правы были те, кто утверждал, что даже столкновение с Тейей не могло полностью превратить нашу планету в раскаленную гомогенную сферу. Она оказалась куда более устойчивой к таким ударам извне. Но, кроме того, камни из Костомукши рассказали о том, что сам процесс гравитационной дифференциации шел куда быстрее, чем это предполагалось раньше. Так что тем, кто любит отдыхать в лесах Карелии, следует относиться с уважением к булыжникам, валяющимся у них под ногами — ведь многие из них помнят еще те времена, когда наш мир был совсем юным…

Антон Евсеев