Роберт Гейзен - Історія Землі

Беручи до уваги колосальну втрату тепла, яке розсіялося в космосі, неминучим стало формування твердої земної кори. Очевидно, десь біля одного з полюсів Землі, який не так сильно страждав від припливних хвиль, розплавлена поверхня остигла настільки, щоб утворилися перші кристали. Проте процес охолодження та кристалізації був не таким вже й простим. Більшість звичайних речовин мають чітко визначену температуру, точку замерзання. Рідка вода кристалізується при температурі 0 °C, сріблястий метал ртуть – при 38,8 °C, а етанол (звичайний питний спирт) – при 117 °C. Проте з магмою все по-іншому. Вона цікава тим, що не має єдиної точки замерзання (хоча говорити про точку замерзання в контексті магми з температурою понад 1371 °C – це абсолютний оксиморон).

Розпочнемо одразу ж із пост-Тейїстичної геєни, що панувала 4,5 млрд років тому, в час, коли Земля та Місяць ділили атмосферу сяючого силікатного пару, а температура стояла понад 5000 °С. Той пекельний природний газ швидко охолоджувався та врешті-решт конденсувався в крапельки і поливався магматичним дощем на щойно створені світи-близнюки, температура яких невпинно знижувалася до 3000°, 2000°, а згодом і 1000°. Саме тоді почали формуватися перші кристали.

Такі історії про виникнення перших гірських порід на Землі є науковою прерогативою петрологів-експерименталістів, чоловіків та жінок, які винаходять все нові й нові лабораторні методи, щоб нагрівати та стискати гірські породи, наслідуючи умови земних надр. Спроби дізнатися таємниці походження гірського каміння мають два види технічних складнощів. Насамперед вам необхідно контролювати надміру високі температури в тисячі градусів, набагато вищі, ніж у будь-якій духовці чи пічці у вас вдома. Для цього науковці застосовують платиновий дріт, ретельно намотаний на кілька котушок, через нього вони пропускають сильний електричний струм, щоб досягти екстремальних температур. Далі – важче: такі температури мають зберігатися, коли тиск у зразках перевищує десятки і сотні тисяч атмосфер. Для виконання такого завдання дослідники використовують гігантські гідравлічні преси або преси інших конструкцій.

Ось вже понад століття в Геофізичній лабораторії Інституту Карнеґі, моєму рідному науковому домі, тривають героїчні пошуки глибинних істин Землі. Мені випала щаслива нагода певний час працювати пліч-о-пліч із Гаттеном С. Йодером-молодшим, одним із піонерів експериментальної петрології та найкращим у світі експертом із походження базальтів. Це було незадовго до його передчасної смерті на лікарняному ліжку. Йодер – імпозантний, енергійний, уважний і сповнений ентузіазму – буквально велет у своїй галузі. Під час Другої світової війни він був офіцером військово-морських сил США, саме тоді він близько познайомився із гігантськими металевими механізмами. У 1950-х роках він приєднався до Геофізичної лабораторії, де використовував стволи корабельних гармат і броню, які лишились після війни і ще навіть зберегли свій сталево-сірий колір, для створення лабораторії високого тиску, яка стала підґрунтям його півстолітньої кар’єри і розширила розуміння землі під нашими ногами.

Центральним елементом конструкції Йодера була «бомба» – масивний сталевий циліндр із зовнішнім діаметром 30 см, внутрішнім – 2,54 см і довжиною 50,8 см. Один кінець «бомби» приєднувався до ряду насосів, компресорів та посилювачів тиску, що створювали вражаючі 12 000 атмосфер – такий приголомшливий тиск існує на глибині 40 км під поверхнею Землі – еквівалент вибуху динамітної шашки. На другому кінці був тридцятисантиметровий контейнер для зразків гірських порід та гігантська шестигранна гайка діаметром 15 см. Ми герметично закривали цей контейнер, затягуючи гайку метровим ключем вагою в дев’ять кілограмів.

Принадою конструкції Гатта Йодера було те, що ми могли насипати порошкоподібні зразки гірських порід і мінералів у невеликі золоті трубки, помістити їх у циліндричний нагрівач і залишити весь пристрій всередині барокамери-бомби. Після цього ми могли створити тиск, увімкнути електричний нагрівач, а далі пристрій виконував всю роботу за нас. Для кожної експериментальної роботи треба було шість маленьких золотих трубок; процес тривав від декількох хвилин до декількох днів. Чудовий винахід Гатта Йодера був ідеальним для вивчення еволюції гірських порід у корі та верхній мантії Землі.

Гатт Йодер разом з колегами виявив, що розплав, який містив елементи з великої шістки, зазвичай починав тверднути, утворюючи кристали силікату магнію – олівіну – при охолодженні до 1482 °С. Протягом того далекого періоду охолодження на Землі, і на Місяці у магмі почали формуватися дивовижної краси крихітні зелені кристали, наче мікроскопічне насіння, що збільшувалося до розмірів дробинок, горошин, виноградин. Однак олівін зазвичай щільніший за рідину, в якій він формується, тож ті перші кристали тонули, і чим більшими вони зростали, тим швидше йшли на дно, нагромаджуючись у велетенську щільну масу майже чистих кристалів, утворюючи вражаючу зеленаву породу – дуніт. Сьогодні на Землі мало де можна знайти цю гірську породу, вона опиняється на поверхні лише в ті рідкісні моменти, коли горотвірні процеси здимання та ерозії відкривають щільні скупчення олівіну, утворені глибоко під Землею.