Первый камень: где геологи нашли древнейшие породы на Земле

Возраст геологических образцов, собранных в Канаде, составил рекордные 4,16 млрд лет. Еще никогда в руки ученых не попадали столь древние породы. Они позволят изучить раннюю юность Земли, от которой не осталось почти никаких свидетельств. Интересно, что именно в этом геологическом объекте обнаружены окаменелости, претендующие на звание древнейших следов жизни.

Рождение из пыли

Солнечная система образовалась из облака газа и пыли. Первым вспыхнуло Солнце, на которое приходится 99,9% массы Солнечной системы. Немного позже из остатков облака образовались планеты. Детали рождения Земли все еще остаются загадкой, но понятно, что первую скрипку здесь играла гравитация. Небольшие тела, возникшие из космической пыли, притягивались друг к другу, сталкивались и слипались.
Возраст древнейших минералов, найденных в метеоритах — около 4 млрд 567 млн лет. От этой точки официально отсчитывается история Земли. Здесь начинается ее древнейшая фаза — катархейский эон, или попросту катархей. Слово «эон» означает самый крупный отрезок в геологической истории. Слова «эра», «период» и «эпоха» зарезервированы геологами для менее масштабных промежутков времени.
Катархей закончился 4,03 млрд лет назад. Он охватывает первые полмиллиарда лет истории земного шара, за которые произошло очень многое. Прежде всего, Земля сформировалась как планета, набрав нынешнюю массу. Мы не знаем, сколько времени на это ушло. Оценки колеблются от считанных миллионов до десятков миллионов лет. Впрочем, то и другое очень мало по сравнению с продолжительностью катархея, не говоря о нынешнем возрасте Земли. Можно сказать, что она возникла удивительно быстро.
Протопланетная пыль изначально была холодной. Но многочисленные столкновения разогревали нашу формировавшуюся планету. Значительная часть современного подземного тепла — остатки того первозданного жара.
По мере того, как планета набирала массу, она расслаивалась. Самые тяжелые элементы под действием гравитации стремились к центру, выдавливая более легкие на поверхность. Так Земля разделилась на ядро и мантию. Коры как отдельной оболочки еще не существовало, хотя поверхность планеты была твердой, и, возможно, даже покрытой водой. Земной шар окутывала плотная атмосфера, состоящая из водяного пара.

Великие катастрофы

Согласно популярной теории, когда формирование Земли едва завершилось, в нее врезалась планета Тейя размером с Марс. Поверхность Земли превратилась в океан жидкой магмы, атмосфера, вода и часть земных пород улетучились в космос. Из выброшенного на орбиту раскаленного облака, состоящего из вещества Земли и Тейи, образовалась Луна. Трудно точно датировать это событие, но возраст отдельных кристаллов, выделенных из лунных пород, достигает 4,51 млрд лет.
Из горячих недр планеты обильно выделялся водяной пар, это и сегодня главный из вулканических газов. Считается, что уже через 100 млн лет после столкновения с Тейей на планете вновь была атмосфера из водяного пара. На раскаленную поверхность выпадали обильные ливни. Охлаждая ее, они ускоряли образование первой в истории планеты коры. Это была не сплошная оболочка, а небольшие островки базальта, скользившие и таявшие, как льдинки, в мощных «реках» раскаленного мантийного вещества. Но постепенно поверхность остывала, и наконец ее полностью сковала тонкая первозданная кора. Над ней плескался океан горячей воды примерно километровой глубины.
Едва «пришедшую в себя» планету подстерегало новое бедствие. Около 4 млрд лет назад, когда катархей только-только закончился, в Солнечной системе что-то произошло — скорее всего, изменились орбиты планет-гигантов. В результате Земля, Луна, Меркурий, Венера и Марс подверглись жесточайшей бомбардировке астероидами. Об этом красноречиво свидетельствует возраст большинства лунных и марсианских кратеров. По расчетам специалистов, земная поверхность вновь нагрелась так сильно, что атмосфера и вода улетучились в космос. Уцелела ли при этом тонкая первичная кора, остается неясным. Но есть косвенные свидетельства, что более поздняя кора сформировалась из переработанной катархейской, а не напрямую из мантии.

Работа планеты над собой

В следующем эоне — архейском (4,03 — 2,5 млрд лет назад) — возникла земная кора современного типа. На планете появилась неизвестная доселе порода — гранит. Из нее сложились первые «материки» (кратоны), по размеру напоминающие крупные современные острова. Включился «конвейер», создающий новые тектонические плиты посреди океанов, медленно — на миллиметры и сантиметры в год, толкающий их через земной шар и в конце пути топящий в мантии. Благодаря этому вечному обновлению земная кора в океане не старше юрского периода (жалкие 200 — 150 млн лет назад). Континенты, увлекаемые этим движением, тоже скользят по поверхности Земли. Но, в отличие от океанических плит, материки не тонут, а буквально плавают в мантии. Поэтому здесь встречаются геологические реликты старше 3 млрд лет. Но и континентальная кора сминается тектоническими подвижками, разрушается эрозией, заливается лавой, оказывается погребена под более молодыми слоями, где до неузнаваемости преображается под действием высокого давления и температуры. Земля — гигантский завод по переработке самой себя.
Древнейшими сохранившимися породами считаются образцы возрастом 4,03 млрд лет, отмечающие начало архейского эона. От далекого катархея сохранились лишь отдельные кристаллы одного из самых устойчивых минералов — циркона. Старейшим из них 4,4 млрд лет. По микроскопическим включениям разных веществ в эти минералы, по их изотопному составу ученые пытаются судить о катархейской коре, атмосфере и гидросфере. Породы, в которых древний циркон когда-то залегал, давно разрушены или преобразованы. По крайней мере, так считалось еще недавно.

Двери в прошлое

На северо-востоке Канады есть интересная геологическая структура — зеленокаменный пояс Нуввуагиттук. Геологи сходятся в том, что он очень древний, но далеко не все согласны, что этот пояс застал катархей. Правда, в местных породах обнаружены кристаллы циркона возрастом более 4,03 млрд лет. Однако скептики полагали, что древнейший циркон просто попал в более молодые породы, как и в других местах Земли.
Интересно, что именно здесь были обнаружены окаменелости, претендующие на звание древнейших на планете следов жизни. Их возраст — от 3,75 до 4,28 млрд лет, но считалось, что верхняя граница отражает скорее погрешность датировки, чем реальный возраст находок.
Авторы нового исследования взялись самым тщательным образом определить возраст пород, собранных в Нуввуагиттуке еще в 2017 году. Эксперты применили два независимых метода датировки, основанных на различных изотопах. Изучались образцы разного минерального состава, взятые в разных местах. Но возраст по всем данным получился один и тот же: 4,16 млрд лет. Другими словами, ученые впервые держат в руках породы (а не отдельные кристаллы циркона) катархейского возраста — точнее, они впервые знают об этом.
Значение этого результата трудно переоценить. Если уж из небольших и редких образцов одного-единственного минерала циркона ученые умудрились вытащить информацию о воздухе и океанах далекой катархейской поры, сколько же им дадут породы, состоящие из множества минералов? Похоже, скоро мы узнаем много нового о самом древнем и загадочном отрезке истории планеты. Конечно, если другие научные группы подтвердят открытие коллег.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора