Роберт Гейзен - Історія Землі

Безперервне занурення кристалів олівіну поступово змінювало магму, яка холола в глибинах Землі та Місяця. Гарячі розплави змінили структуру, поступово втрачаючи магній, а концентрація кальцію та алюмінію відповідно збільшувалася. На Місяці, де океан магми потроху охолоджувався, почав утворюватися другий мінерал – анортит, або польовий шпат, що складається із силікату алюмінію та кальцію. Він кристалізувався одночасно з олівіном, утворюючи бліді блоки. На відміну від олівіну, анортит має меншу щільність, ніж рідина навколо, тож він тримається на поверхні. На Місяці величезна кількість анортиту утворила колосальну кору з пливких хребтів, що здіймалися на шість кілометрів над розплавленою поверхнею. Ця білясто-сіра маса становить 65 % срібнолицього Місяця і має назву Місячного нагір’я. Повстале прямісінько з океану магми, воно є найстарішим відомим геологічним утворенням. Аналіз зразків, отриманих за програмою «Аполлон», вказує на значний вік анортитів від молодих порід віком у 3,9 млрд років і аж до найдавніших у 4,5 млрд років, що виникли майже одразу після Потужного удару.

Дещо інший сценарій розгортався на Землі, де вологість була вища, океани магми глибші і, відповідно, чималі внутрішні температура і тиск. Невелика кількість анортитів, ймовірно, кристалізувалася на початку історії Землі десь майже на її поверхні, де тиск не такий високий, проте цей мінерал був малозначний. Натомість з надлишком утворився багатий на магній піроксен, найтиповіший силікат, який, змішавшись із олівіном, сформував товсту кристалічну шугу. Саме так найпершими мінералами Землі стали здебільшого олівін та піроксен у формі твердої зеленкувато-чорної гірської породи, яку називають перидотит. Його різновиди почали формуватися на глибині 80 км під поверхнею Землі, мабуть десь 4,5 млрд років тому, й продовжували рости багато сотень мільйонів років.

Не зважаючи на первинний надлишок перидотиту, у наш час він теж є доволі рідкісною породою на поверхні. Цей дефіцит пояснює однин з переконливих сценаріїв, коли сила-силенна перидотиту кристалізувалася й остигла, утворивши першу короткочасну тверду поверхню Землі, проте кристалічний перидотит, як і його попередник дуніт, має значно більшу щільність, ніж гарячий океан магми, в якому він формувався. Тож верхній шар перидотиту тріскав, гнувся і занурювався в мантію, витісняючи на поверхню магму, яка холола і знову формувала перидотит. Упродовж сотень мільйонів років дещо затвердла і сама мантія, поступово перетворившись на таку собі конвеєрну стрічку для транспортування перидотиту з восьмидесятикілометрових глибин. Співвідношення між щільним перидотитом та магмою збільшувалося, аж доки верхній шар магми не перетворився на тверду олівін-піроксинову породу.

Під земною корою на глибині приблизно від 80 до 300 км охолодження та кристалізація мантії відбувалися у схожий спосіб, хоча й дещо повільніше. Деталі того процесу лишаються неясними, – щоб розв’язати це питання, необхідно мати ультрасучасне обладнання, яке витримує високі тиск і температуру, проте відокремлення кристалів із розплавів у процесі занурення та виринання, очевидно, відіграло таку ж важливу роль, як і у верхніх шарах магми.

Більшість з того, що нам відомо про ці приховані глибинні процеси, ми отримали завдяки сейсмології, науці, що вивчає поширення звукових хвиль в надрах планети. Земля безперервно бамкає і теленькає: нищівні припливи, гуркітливий транспорт та великі й малі землетруси – всі вони об’єднують сили, щоб сколихнути Землю й поширити сейсмічні хвилі. Подібно відлунню звукових хвиль у каньйонах зі стрімчастими стінами, сейсмічні хвилі відлунюють, коли раптово наштовхуються на поверхню шару з новими властивостями. Дослідження сейсмічних хвиль показало, що надра Землі складаються з багатьох шарів.

На загальному структурному рівні Земля складається з трьох шарів – тонка кора з низькою щільністю на поверхні, товстий шар мантії з високою щільністю нижче і ще товстіше і надщільне металеве ядро в центрі. Кожна з цих трьох структур має свою систему шарів. Мантія, наприклад, складається з трьох рівнів – верхньої мантії, перехідної зони і нижньої мантії. Верхня мантія, в якій багато перидотиту, простягається вглиб майже на 400 км, де тиск змушує атоми олівіну утворювати щільнішу модифікацію – кристали силікату, який називають вадслеїт, мінерал, який домінує в перехідній зоні мантії. Нижня мантія, шар якої сягає 240 км, має ще щільніші формації силікатів магнію. Тиск у нижній мантії настільки великий (у сотні тисяч разів більше поверхневого), що в кремнієво-кисневих зв’язках атоми розташовуються значно щільніше, утворюючи перовськіт.