История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие - Дональд Протеро Страница 31

Кто на первом месте?

Геохронологи считают, что цирконы особенно полезны для датирования очень древних пород. Именно цирконы использовались для определения возраста некоторых метеоритов (глава 10) и лунных образцов (глава 11), они применяются и для оценки пород-долгожительниц Земли. Многие из старейших горных пород на нашей планете были датированы с применением не только уран-свинцового, но и свинец-свинцового и рубидиево-стронциевого методов, в которых участвуют цирконы.

В течение многих лет самыми известными «старейшинами» на Земле были гнейсы Амитсок (рис. 12.2) из супракрустального пояса Исуа на юго-западном побережье Гренландии, возраст которых оценивали в 3,8 млрд лет. Они представляют собой некоторые ранее всего образовавшиеся породы земной коры, включая небольшие блоки протоконтинентальной коры (ныне метаморфизованные), пластины-слайсы протоокеанической коры (известные как зеленокаменные породы) и даже некоторые фрагменты древнейшей мантии (перидотиты). Однако полученные возрастные датировки не были окончательными, поскольку эти породы были сильно метаморфизованы и изменены, так что всегда оставалась вероятность, что их истинный возраст несколько больше. Они рассказали нам, что самая ранняя земная кора состояла из мелких блоков континентальной коры (протоконтинентов), которые плавали в очень тонкой, горячей океанической коре, состоявшей из лав, извергавшихся непосредственно из мантии. Эти необычные лавы, известные как коматииты, полностью состояли из мантийных минералов – таких как зеленоватый силикатный минерал оливин. Коматииты даже богаче магнием и железом, чем базальтовые лавы, из которых сегодня состоит вся океаническая кора. Они свидетельствуют, что Земля на заре своей эволюции была очень горячей, а кора – тонкой, весьма подвижной и легкоплавкой. В ту пору еще не произошла дифференциация на современные типы пород зрелой океанической и континентальной коры. Фактически блоки коры были такими малыми и тонкими, что настоящей тектоники плит, вероятно, тогда не существовало. Коматиитовые лавы могли образоваться только в этих условиях; сейчас же, когда океаническая кора стала зрелой, а температура и химический состав верхней мантии изменились, они уже нигде на Земле не извергаются. Ныне выплескивается только лава, которая остывает с образованием базальтов, формируя дно океана.

Рис. 12.2 Супракрустальный комплекс Исуа в южной Гренландии; возраст пород 3,8 млрд лет. Источник: Getty Images

В 1999 г. звание старейшей горной породы на Земле забрала себе другая долгожительница – гнейс Акаста (рис. 12.3). Рекорд отодвинулся с 3,8 млрд лет до 4,031 ± 0,003 млрд. Гнейс Акаста – это еще один кусок протоконтинентальной коры, только на сей раз входящий в состав террейна Слейв, который получил свое название от Большого Невольничьего озера[51] на северо-западных территориях Канады. Эта порода удерживала рекорд долголетия в течение нескольких лет, попав во все учебники.

Рис. 12.3 Фрагмент гнейса Акаста, самой древней горной породы на нашей планете, возраст которой составляет 4,01 млрд лет. Источник: Wikimedia Сommons

Однако здесь, как и в спорте, рекорды предназначены для того, чтобы их превосходить. В 2008 г. возраст зеленокаменного пояса Нуввуагиттук на восточном берегу Гудзонова залива на северо-западе провинции Квебек был датирован 4,28 или 4,321 млрд лет. Эти величины были получены не прямым уран-свинцовым методом, а самарий-неодимовым методом датирования лав зеленокаменного пояса. Однако полученный результат вызывает споры. Многие ученые считают, что 4,28 млрд лет и старше – возраст не самих горных пород, а родительского материала, который был переплавлен при их образовании. Уран-свинцовый метод для самых старых цирконов из оцениваемых пород определяет их возраст как около 3,78 млрд лет. Даже если так, это свидетельствует об образовании наиболее древней земной коры примерно 4,28–4,32 млрд лет назад. Учитывая описанную историю исследований, можно ожидать, что вскоре какой-нибудь геолог найдет породу еще древнее.

Обратите внимание, что возраст земных пород-долгожительниц не превышает 4,32 млрд лет, а самых древних материалов Солнечной системы (метеоритов и лунных пород) составляет не менее 4,55 млрд лет. В чем причина такой разницы? Ответ – в тектонике плит и сильном уменьшении земного покрытия под воздействием воды и ветра. Поверхность нашей планеты постоянно перекраивается из-за движения плит, плавящихся и погружающихся в мантию, а затем рождающихся заново. Мертвая же поверхность Луны, напротив, обходится без тектоники плит, поэтому некоторые ее породы показывают возраст формирования 4,5 млрд лет назад. Метеориты, образовавшиеся вместе с первоначальной Солнечной системой, как и углистые хондриты, о которых говорилось в главе 10, не менялись после того, как остыли, вот почему они рекордсмены по возрасту.

Прохладная Земля

Итак, выше указан возраст самых старых горных пород на Земле; но не они древнейшие земные материалы, которые нам известны. Все дело в горстке зерен циркона (рис. 12.4) из гораздо более молодого песчаника, найденного в холмах Джек-Хиллз в Западной Австралии. Уран-свинцовый метод можно применить к каждому отдельному зерну, поэтому был неизбежен разброс в оценках. Однако самые старые зерна насчитывают, по результатам исследований, 4,404 млрд лет, и это как минимум на 100 млн лет дольше, чем возраст материалов из Квебека, которым 4,3 млрд лет. Таким образом, нынешнему обладателю звания самого древнего вещества Земли (то есть не метеоритам и не лунным породам) примерно 4,4 млрд лет. Датирование этих зерен еще больше приближает нас к возрасту лунных камней и метеоритов, но между ними пока еще существует разрыв примерно в 200 млн лет. Это столько же, сколько отделяет нас от начала эпохи динозавров (поздний триас), что отнюдь не малый временной промежуток.

Рис. 12.4 Микрофотография зерна циркона из холмов Джек-Хиллз в Австралии, возраст которого составляет, по оценкам, 4,4 млрд лет. Изображение свидетельствует, что в первоначальные времена Земля была покрыта водой. Фото предоставлено Дж. Вэлли (J. Valley)

Эти крошечные крупинки циркона, помимо своего рекордного возраста, таили в себе и другие сюрпризы. Когда ученые проанализировали мельчайшие пузырьки газа, заключенные внутри зерен, то обнаружили доказательства существования более 4 млрд лет назад атмосферы. В пузырьках содержались изотопы кислорода, а это свидетельствовало о том, что уже 4,4 млрд лет назад на поверхности Земли существовала жидкая вода!

До этого открытия геологи предполагали, что Земле потребовалось много времени, чтобы остыть из расплавленного состояния, в котором она пребывала 4,55 млрд лет назад. Большинство ученых считали, что ушло около 700 млн лет, пока ее температура упала ниже точки кипения воды (100 ℃): об этом говорил возраст древнейших осадочных пород, образовавшихся под действием проточной воды (имеются в виду породы упомянутой ранее формации Исуа из Гренландии, которой 3,8 млрд лет). Однако цирконы Джек-Хиллз ставят эти заключения под сомнение. Если они действительно указывают на существование жидкой воды на Земле 4,4 млрд лет назад, то отсюда следует, что нашей планете понадобилось всего 200 млн лет, чтобы остыть, перейдя из расплавленного состояния к температуре ниже кипения воды. Это также указывает, что в указанном временно́м интервале происходило не так