Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Что же представляет собой само ядро? В пору ранней юности у Земли было плотное, богатое железом ядро диаметром более 3000 км, правда, еще расплавленное (в отличие от того ядра, которое мы знаем сегодня – в виде постоянно растущего шара из твердых кристаллов железа диаметром примерно 1200 км). Температура на границе между ядром и мантией могла тогда превышать 5000 °С, при давлении миллион атмосфер.

Раскаленное ядро с самого начала (и по сей день) является довольно подвижным образованием – в нем движутся завихряющиеся потоки жидкого металла. Одним из важных последствий движения этих потоков является формирование первичного магнитного поля Земли – магнитосферы, похожей на гигантский электромагнит. Магнитные поля отклоняют электрически заряженные частицы, так что магнитосфера Земли служит невидимым щитом-отражателем, защищающим Землю от интенсивного бомбардирования солнечным ветром и космическими лучами. Возможно, этот барьер был необходимым условием для зарождения и сохранения жизни.

Ядро является также важным источником тепловой энергии, помогая поддерживать конвекцию в мантии. По сей день мантийные потоки из пластичных горных пород поднимаются из глубины более 3000 км, с границы между мантией и ядром, в вулканических горячих зонах, таких как Гавайи или в Йеллоустоун. Примечательно, что выявленные места выбросов магмы на поверхность могут предопределяться глубинной топографией. Упомянутые многокилометровые горы слоя D² могут выполнять роль своеобразных теплоизоляторов, лежащих на горячем ядре. Вполне вероятно, что в самых глубоких долинах, разделяющих эти величественные скрытые горы, теплопоток выше, что приводит к образованию известных нам вулканических горячих зон.

По существу, эволюция минералов основывается на предопределенной последовательности формирования горных пород, где каждая последующая стадия логически вытекает из предыдущей. Образование первой перидотитовой земной коры, порожденной первичной магмой, было критически важной, но промежуточной фазой развития Земли. Окончательно охлажденная и затвердевшая, она оказалась слишком плотной и не могла сохраниться на поверхности магмы, а потому снова погрузилась в недра Земли. Для того чтобы опоясать планету, требовалась менее плотная порода. Такой породой оказался базальт.

Во всех планетах земного типа черный базальт преобладает среди близких к поверхности пород. Изрезанный шрамами от атак астероидов, верхний слой Меркурия состоит преимущественно из базальта. То же самое можно сказать о выжженной, гористой коре Венеры и выветрелой [6] Изменившейся в процессе выветривания. – Прим. ред. красной поверхности Марса. Темные пятна на Луне («моря») контрастируют с бледно-серыми анортозитовыми нагорьями и являются не чем иным, как остатками огромных озер черного базальта; 70 % поверхности Земли, включая дно всех океанов, подстилается базальтовой корой.

Базальты состоят из разных минералов, среди которых явно выделяются два силикатных минерала. Один из таких важнейших минералов – полевой шпат плагиоклаз, между прочим, самый главный алюмосодержащий минерал на планетах земного типа и их спутниках и самый распространенный минерал в земной коре. Преподаватель MIT, профессор Дейв Воунз однажды посоветовал, если мне покажут какой-нибудь загадочный камень с целью определить, из каких минералов он состоит, смело отвечать «из плагиоклаза» – и я окажусь прав в 90 % случаев. Второй важнейший минерал в составе базальта – это пироксен, обычный силикат, входящий также и в перидотит. Пироксен входит в число самых простых минералов, которые способны вмещать всю «большую шестерку» (а также множество более редких элементов).

Чтобы понять происхождение плагиоклаза и пироксена, двух основных минералов в составе базальта, вспомните странные свойства, которыми сопровождается остывание и плавление горных пород. Четыре с половиной миллиарда лет назад, когда остывал океан магмы на Земле, первым образовался оливин, потом анортит и, наконец, в большом количестве – пироксен. В результате получился перидотит, силикат магния, который и составил большую часть верхнего слоя мантии. Большие массы перидотита погружались в магму, где снова нагревались и частично плавились.

Наше знакомство с процессом плавления подсказывает, что переход из твердого состояния в жидкое происходит при определенных температурах. Лед плавится (тает) при 0 °С, свечной воск – около 60 °С, а тяжелый свинец – при 327 °С. Однако с горными породами дело обстоит не так просто: большинство пород не имеет постоянной температуры плавления. Если нагреть перидотит свыше 1000 °C, он начнет плавиться (плавление может начаться и раньше, если в перидотите содержится много воды и углекислого газа). Состав первых микроскопических капель существенно отличается от основной массы породы. В начале плавления капли содержат гораздо больше кальция и алюминия, немного больше железа и кремния и гораздо меньше магния, чем основная порода. Первоначальные капли также отличаются гораздо меньшей плотностью. Поэтому даже 5 % расплавленного перидотита порождают в мантии большое количество магмы, которая накапливается вдоль границ минеральных блоков, заполняет трещины и карманы и поднимается к поверхности, чтобы впоследствии превратиться в базальт. За миллиарды лет существования Земли частичное плавление перидотита породило сотни миллионов кубических километров базальтовой магмы.