Образовавший Луну удар добавил больше вещества Земле, нежели выбил из нее, и это фактически завершило создание нашей планеты, приблизив ее к нынешнему размеру. Бомбардировка мелкими и крупными объектами продолжалась (как мы видели, сейчас на Землю ежедневно падает по сотне тонн внеземной материи), однако значительный рост массы прекратился. Как выглядела эта ранняя Земля? Мы не знаем, поскольку поверхностных горных пород того периода у нас нет. Однако некоторые намеки дают лунные породы.
Одним из первых сюрпризов для изучавших лунные породы оказался тот факт, что значительная часть внешней оболочки Луны была расплавлена еще на ранней стадии ее истории. Планетологи, развивавшие новую концепцию, назвали этот расплавленный внешний слой «магматическим океаном» (магма — это геологический термин для расплавленных пород). Прийти к выводу о существовании магматического океана на ранних стадиях жизни Луны можно только потому, что наша спутница геологически неактивна, а это означает, что на ней сохранились многие из первых образовавшихся пород. Работа с образцами, собранными во время миссий «Аполлонов», показывает, что горные районы — светлые пятна на поверхности Луны — являются остатками каменистой коры, некогда покрывавшей Луну и образовавшейся при охлаждении и кристаллизации океана магмы. После того как появилась концепция магматического океана, геологи задались вопросом: не происходило ли подобное и на Земле? В частности, сразу после удара, который привел к образованию Луны, наша планета могла быть достаточно горячей, чтобы поддерживать на поверхности океан магмы; однако надежных доказательств его существования пока не найдено.
Существовал магматический океан на нашей планете или нет, но процесс разделения (тот самый, который заставляет железо плавиться и опускаться к центру, выталкивая при этом наружу каменистый и относительно бедный железом материал) привел к образованию у нашей планеты тонкой внешней коры. Однако химический и минеральный состав этой коры сильно отличается от состава нижележащей материи. Вид Земли в разрезе (рисунок 3) показывает три химически разных слоя: ядро, мантия и кора. Формирование ядра и мантии, как описано выше, было достаточно простым и легким для понимания. А вот кора — совершенно другая история. Она составляет менее 1 % от объема Земли, а поскольку ее плотность ниже плотности других частей планеты, то на нее приходится еще меньшая доля массы. Если представить Землю как большое яблоко, то кора оказалась бы значительно тоньше кожуры. Однако несмотря на свой малый объем, именно кора чрезвычайно важна для нас, поскольку таит в себе все ресурсы, необходимые для человеческой цивилизации.
Рисунок 3. Внутреннее строение Земли. Металлическое ядро состоит в основном из железа, хотя оно содержит также и другие элементы — в частности, никель. Ядро медленно затвердевает изнутри: его внутренняя часть твердая, а внешняя жидкая. Далее идет мантия из каменистого материала, которая составляет большую часть нашей планеты. Кора образует тонкую пленку на поверхности Земли; она также состоит из различных каменистых пород, но у нее совершенно другой минеральный и химический состав.
Почему кора так отличается от подстилающей мантии? Это сложный вопрос, и ответ был найден только спустя десятилетия наблюдений и экспериментов. Простой, хотя и не вполне точный способ вообразить себе процесс образования коры — представить его как дистилляцию, когда берется большая партия исходного материала (мантия), а в конце получается небольшое количество концентрированного вещества (кора), которое включает только некоторые из исходных компонентов. Это происходит, когда минералы мантии плавятся, и менее плотная жидкая магма стремится к поверхности. Среди веществ, выделенных таким образом из мантии и перенесенных в кору, оказываются многие материалы, важные для современной жизни — например, алюминий и многие редкие металлы. Во время этого процесса извлекаются также вода и различные газы; это можно увидеть на примере вулканической пемзы: ее структура, напоминающая швейцарский сыр, представляет собой застывший отпечаток газов (в основном водяного пара и двуокиси углерода), которые были растворены в магме, но во время приближения жидкой породы к поверхности стали пузыриться. Таким образом, процессы, образовавшие кору, не только создали привычные породы на поверхности Земли, но и в значительной степени отвечают за наполнение водой ее океанов и появление газов в ее атмосфере.
В этой короткой главе мы проследили путь от межзвездного облака к нашей замечательной голубой планете с железным ядром, каменной мантией и корой[14], глубокими океанами и мощной атмосферой, — в той мере, в которой он нами изучен. В космических масштабах этот процесс длился недолго, и примерно 4,5 миллиарда лет назад Земля сформировалась полностью. С тех пор процессы развития планеты шли в различных направлениях, и с ними мы познакомимся в следующих главах. Также Земля продолжала притягивать всякий космический хлам, остававшийся на орбите вокруг Солнца после первоначального короткого промежутка формирования планеты. Как мы увидим в следующей главе, некоторые фрагменты этого хлама оказали на Землю в буквальном смысле глубокое влияние.
Глава 3Близкие контакты
Нам на протяжении столетий было известно, что метеориты (некоторые из них весьма велики, как упомянутый в предыдущей главе Мыс Йорк) периодически падают на Землю из космоса, однако лишь относительно недавно специалисты по-настоящему оценили идею о том, что кратер от удара — это мощная геологическая сила, влияющая на физическое, химическое и биологическое развитие нашей планеты. Ранее большинство ученых, которые вообще задумывались об этой проблеме, осознавали, что в первые бурные дни существования Земли ее должен был бомбардировать космический мусор, однако полагали, что значимость этого процесса быстро снизилась. Даже когда телескопы все отчетливее демонстрировали картины Луны и Меркурия, покрытых оспинами кратеров, их привычные убеждения не спешили меняться: считалось, что большая часть кратеров — вулканические. Перемены в этом подходе стали появляться в преддверии программы «Аполлон», поскольку Луну стали изучать более тщательно, однако многие геологи по-прежнему не понимали всей важности столкновений метеоритов с Землей. Основной причиной тут была редкость земных кратеров, образовавшихся в результате ударов, и даже по этим редким примерам шли жаркие споры.
В конце XIX века один такой спор столкнул старейшину американских геологов и неуступчивого бизнесмена — и в итоге оказалось, что неправ оказался геолог. Бизнесмена звали Дэниел Барринджер: он сначала получил юридическое образование, а потом изучал геологию и минералогию, чтобы удовлетворить сразу и страсть к природе, и любовь к американскому Западу. Очевидно, в изучении геологии он преуспел, поскольку вскоре стал богатым владельцем нескольких успешных горнодобывающих предприятий. Однако Барринджер всегда искал новые возможности и насторожился, когда услышал от одного своего друга о кратероподобной впадине в западной Аризоне. По словам друга, многие местные жители полагали, что кратер появился в результате удара гигантского железного метеорита, поскольку внутри и вокруг кратера в изобилии находили мелкие железные частицы. Барринджер знал, что железные метеориты — это фактически чистое железо и никель, то есть они гораздо богаче этими элементами, чем любая земная руда. Если бы под кратером километрового размера оказался похоронен железный метеорит, он стоил бы кучу денег.
Проблема заключалась в том, что один из самых уважаемых ученых того времени, Гров Карл Гилберт, главный геолог Геологической службы США, уже исследовал кратер и объявил, что тот образовался в результате взрыва пара, а не удара метеорита. Как и Барринджер, Гилберт слышал о найденных поблизости железных фрагментах, и первоначально считал, что такой кратер мог образоваться при ударе. Однако проведенные во время экспедиции 1891 года испытания убедили его в обратном.
И Гилберт, и Барринджер (как и другие их современники) мало знали о физике сильных ударов, и эта нехватка знаний обоих сбила с толку, хотя и по-разному. Они ошибались, считая, что ударившее тело будет лежать под кратером — на самом деле оно большей частью испарилось при столкновении. Во время экспедиции 1891 года Гилберт провел измерения, чтобы обнаружить магнитный сигнал от крупного захороненного железного метеорита. Поскольку кратер был огромен, он ожидал, что сигнал окажется достаточно сильным. Однако магнитные эффекты отсутствовали, и геолог с уверенностью исключил гипотезу удара. Такой отрицательный результат вызвал у него определенные затруднения: пришлось изобретать какие-то специальные и довольно путаные объяснения для наличия метеоритного железа вокруг кратера (он решил, что это просто совпадение — остатки более раннего падения метеорита) и полного отсутствия вулканических пород, что вроде бы исключало вулканическое происхождение. В результате он выдвинул расплывчатое предположение, что некое скрытое «глубоко находящееся» вулканическое тепло привело к колоссальному взрыву пара, который и создал кратер.
Барринджер знал о выводах Гилберта, но больше него опирался на интуицию. Ему незачем было проводить эксперименты: по его словам, уже через несколько часов после посещения кратера он по внешнему виду понял, что тот образовался в результате удара. Итак, в начале 1900-х Барринджер с партнером создали компанию по добыче миллионов тонн железа, которое, по их мнению, находилось под землей. Первые исследования и бурение кернов не обнаружили никакого метеорита, однако показали, что местные породы раздробило сильным давлением и выбросило наружу в виде насыпного вала вокруг, что подтверждало ударную теорию. Не обращая внимания на первые неудачи, Барринджер удвоил усилия по привлечению финансирования для дальнейшей работы. В 1906 году он и его партнер опубликовали по статье в журнале