По результатам изучения зеленокаменных поясов Мира литогенез как важнейшее земное явление, наряду с магматизмом и тектонизмом, отчетливо фиксируется с рубежа 3, 8 млрд лет назад. К этому же рубежу относятся явные следы жизни. Более древняя история Земли (4, 55–3, 8 млрд лет), называемая иногда «темной», остается малоизученной. Однако данные сравнительной планетологии – науки, возникшей на стыке астрономии и геологии, позволяют в настоящее время более детально охарактеризовать самую раннюю (доархейскую) историю Земли (4, 56–3, 80 млрд лет), в течение которой произошло образование первичной атмосферы, гидросферы, сиалической земной коры и биосферы и был заложен фундамент дальнейшей эволюции Земли в течение архея, протерозоя и фанерозоя.
Доархейская история Земли Данные сравнительной планетологии, дополненные результатами земной кислородной изотопии, позволяют выделить в доархейской истории Земли четыре этапа [1–5]:
Этап 1-й: 4, 56–4, 45 млрд лет – этап ранней горячей Земли. Планеты земного типа сформировались быстро, энергично, набрав до 99 % своей массы в течение первых 100 млн лет, а по мнению некоторых зарубежных планетных геологов, еще быстрее – за 50–80 млн лет [4]. Это был этап набора массы внутренними планетами Солнечной системы. Протосолнечная газо-пылевая туманность к моменту начала аккреции была дифференцирована, каждый центр планетообразования имел свою зону питания. Значительное количество летучих было изгнано в область формирования орбит больших планет. К моменту прохождения Солнцем стадии Таури-звезды досолнечная туманность сворачивается в диск и превращается в протосолнечную. С помощью телескопа Хаббла (БТХ) с околоземной орбиты удалось открыть несколько десятков дисков в видимом диапазоне длин волн в туманности созвездия Ориона – это настоящий «звездный питомник», располагающийся от Солнца на расстоянии всего 1600 световых лет. В настоящее время открыто около 200 протопланетных дисков, названных проплидами. Образование и эволюция проплид контролируется гравитацией, магнитными полями и движением (вращением, угловым моментом в системе).
Ядро первоначального протосолнечного облака имело, видимо, небольшое количество движения (углового момента), унаследованное от турбулентного вращающегося исходного досолнечного облака. Первоначально оно могло делать один оборот за несколько миллионов лет. Борьба магнитных полей и гравитации в ядре протосолнечного облака склонялась в пользу последней – зародыш растет, преодолевая сопротивление. В результате свободного падения вещества давление и температура в растущем объекте повышаются, и он начинает излучать в инфракрасном диапазоне. Большинство свертывающегося материала имеет слишком большую угловую скорость, чтобы падать на ядро напрямую, поэтому он начинает закручиваться по орбите вокруг прото-Солнца. Одновременно через магнитные силовые линии из Северного и Южного полушария истекают потоки вещества прото-Солнца, которые сталкиваются в экваториальной области диска и заполняют его осевую часть [4]. В результате угловой момент диска перераспределяется таким образом, что его внутренняя часть присоединяется к звезде, а внешняя либо рассеивается («разрывается в клочья»), либо структурируется, самоорганизуется, образуя зародыши планетезималей размером от первых дециметров до первых метров. Именно такие «булыжники» способны выстоять в условиях жесткой фотонной бомбардировки со стороны Солнца. Эта самоорганизация должна произойти быстро – в течение 0, 01–10 млн лет. На Солнце к этому времени (4, 56 млрд лет назад) уже включен механизм горения водорода (с превращением его в гелий), Солнце становится желтым карликом (в соответствии с диаграммой Герцшпрунга – Рессела). Этот небольшой экскурс в раннюю историю Солнечной системы нами сделан с целью осмысления состава внешних геосфер Земли в этот начальный этап ее существования. В связи с этим можно говорить о трех концепциях (гипотезах) образования Земли: 1) «горячей», восходящей к идеям Пьера Лапласа; 2) холодной, восходящей к идеям Гарольда Юри, О. Ю. Шмидта и др.; 3) умеренно горячей Земли, которая в ходе набора массы до 99 % (или даже более – до 99, 9 %) испытала дифференциацию «вчерне» с образованием ядра, мантии и первичной земной коры. Последняя концепция в настоящее время является более приемлемой, а ответ на вопрос, была ли Земля изначально холодной или горячей, зависит от того, медленно (от 100 млн до 1 млрд лет) или быстро (от 100 тыс. до 10 млн лет) происходила аккреция Земли. Сравнительнопланетологический аспект анализа этой проблемы приводит планетных геологов к выводу, что аккреция Земли завершилась в основном в течение Доархейская и архейская история Земли: этапы, геодинамика и зарождение литогенеза 34 ВЕСТНИК ВГУ, СЕРИЯ: ГЕОЛОГИЯ, 2010, № 2, ИЮЛЬ–ДЕКАБРЬ 50–70 млн лет, а это означает, что Земля в ходе аккреции была почти полностью расплавленным телом. Однако кинетическая (тепловая) энергия аккреции в значительной степени компенсировалась способностью Земли проводить и излучать тепло, вследствие чего ее поверхность покрывалась «коркой» – первичной земной корой, которая постоянно взламывалась под влиянием столкновения с крупными метеоритно-астероидными телами – планетезималями, масса которых могла достигать одной десятой массы Земли (а это масса Марса). Под влиянием таких столкновений верхние слои Земли снова расплавлялись, а косое столкновение Земли с крупной планетой на заключительном этапе аккреции явилось причиной образования Луны [3–5] (по катастрофическому сценарию – около 4, 52 млрд лет назад). Луна сыграла значительную роль в истории ранней Земли – при любом варианте ее образования (катастрофическом, коаккреции, захвата, расщепления).