Текст книги "Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба"

О том, что Кун-Бьютт, он же Аризонский метеоритный кратер, появился в результате падения метеорита, уже было известно к тому времени, когда началась подготовка к экспедициям «Аполлона», а Шумейкер стал одним из руководителей геологического направления тренировки астронавтов. Тем не менее его коллеги все еще ожесточенно спорили о происхождении лунных кратеров: возникли они в результате столкновений или из-за извержений вулканов. Самый уважаемый американский геолог ХIХ в. Гров Карл Джильберт пришел к выводу, что кратеры на Луне имеют ударное происхождение, но сам Аризонский кратер возник в результате извержения вулкана с выбросом пара, подобно расположенным неподалеку кратерам Сьерра-Пинакате на границе штата Аризона с Мексикой[131]131
  У меня хранятся несколько старых карт различных регионов Луны, оставшихся от естественно-научного семинара программы «Аполлон», проходившего в новом кампусе Калифорнийского университета в Санта-Крус в 1967 г. На картах имеются карандашные пометки, которые были сделаны в тот же период, – например, что цепочка кратеров, отходящая от 93-километрового кратера Коперник, представляет собой «зарождающиеся вулканы». Сегодня мы знаем, что они являются вторичными импактными кратерами, возникшими при падении фрагментов, изверженных из первичного кратера.


[Закрыть]. Путаница в голове у Джильберта, как и ошибка Гука, в значительной степени сказались на истории этого вопроса, поскольку и тот и другой были величайшими геологами своего времени.

Готовясь к полетам, астронавты программы «Аполлон» проходили подготовку в кратерах пустынного Юго-Запада США; там же досконально проверялись космические скафандры и прочее оборудование. Отрабатывались выходы: на Луне у экипажа имелись считаные часы на то, чтобы выполнить целый ряд трудоемких задач, и поэтому вся деятельность астронавтов должна была быть тщательно отрепетирована. Целью Шумейкера было удостовериться, что астронавты, по основной своей специальности пилоты[132]132
  Первым и пока единственным геологом, шагнувшим на поверхность Луны, стал доктор Харрисон Шмитт с «Аполлона-17».


[Закрыть], в достаточной мере знакомы с геологией, чтобы произвести точные, значимые с научной точки зрения наблюдения и принять правильные решения о том, какие образцы доставить на Землю.

Первые высадки на поверхность Луны включали в себя лишь выходы продолжительностью в несколько часов. Программы последующих экспедиций, все в большей степени сосредоточенных на научных задачах, включали «ночной» отдых и захватывающие поездки на лунных вездеходах. К запуску «Аполлона-14» астронавты освоили приемы поисковой геологии. Они размещали сейсмологические станции и закладывали пиротехнические заряды, которые подрывались с орбиты после того, как спускаемый модуль покинул Луну. Они устанавливали ретрорефлекторы, чтобы ученые с Земли могли замерить время, которое уйдет у лазерного луча на путь туда и обратно, и определить расстояние между Землей и Луной с точностью до миллиметров. Они загоняли в грунт метровые штыри, чтобы определить его несущую способность, и высверливали керны с помощью электробура. Они подбирались на лунных вездеходах к самому краю кратеров, ездили вдоль лунных каньонов и фиксировали все, что видели. Признаки ударного образования кратеров были повсюду, подобно тому, как в русле реки везде есть признаки водной эрозии. Образцы, заслуживавшие доставки на Землю, пришлось тщательно выбирать.

Геология лунных кратеров представляет собой палимпсест: самые старые и крупные из них перекрываются породой, извергнутой из чуть более новых, и так далее, как груда одеял на постели, которую никогда не убирают. Последние крупные кратеры, образовавшиеся поверх всего этого, наиболее заметны. Невооруженным глазом в темную ночь вы видите только Тихо – кратер диаметром 90 км, который выделяется, потому что яркие лучи от него расходятся по всей Луне. Эти лучи – выбросы породы от удара астероида вполовину меньше того, который убил динозавров. «Аполлон-16» совершил посадку внутрь одного из таких лучей, и астронавты собрали там образцы импактитов, которые датируются как образовавшиеся 108 млн лет назад – вероятно, это и есть возраст Тихо.

Мелкие кратеры формируются чаще всего, и установленная на искусственный спутник Луны камера высокого разрешения (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera, LROC) смогла зафиксировать появление одного такого кратера диаметром с плавательный бассейн, сделав снимки его района до и после столкновения. Кратер возник из-за удара космического тела размером с мяч для йоги, обладавшего энергией, эквивалентной одной тонне тротила. Было найдено и несколько более мелких новообразованных кратеров. Кратеры такого размера выглядят из космоса как углубления в центре паутины едва заметных лучей и неровностей поверхности. Выброшенные камни и пыль падают вокруг этих кратеров, как град осколков при взрыве бомбы, разлетаясь на расстояние в сотни диаметров кратера и в свою очередь поднимая мельчайший реголит. Сейсмические толчки расходятся от эпицентра и тоже будоражат поверхностную пыль, вызывая кратковременные оптические изменения, подобно книге, брошенной на пыльное покрывало. Где-нибудь на Луне такое происходит примерно каждый год.

На астероидах тоже есть кратеры, и самые большие из них могут быть размером почти с сам астероид. Необычный пример являет собой примитивный астероид Матильда диаметром в 60 км, у которого отсутствуют по крайней мере пять гигантских кусков (только на той половине, которую сфотографировал наш космический аппарат), причем каждый из них больше 20 км в поперечнике. Выглядит это так, будто астероид был атакован гигантской ложкой для мороженого. Мы пока пролетали только у одного из тысяч примитивных астероидов такого размера, поэтому на самом деле нельзя сказать, является ли он необычным. Возникновение кратеров Матильды в результате наносимых под случайным углом ударов астероидов диаметром в несколько километров (это похоже на ребенка, колотящего палкой по пиньяте) должно было привести к ее довольно быстрому вращению – по крайней мере, это следует из любых осмысленных расчетов. Но вместо этого Матильда практически замерла, совершая один оборот за 18 земных суток! Это один из самых медленно вращающихся объектов в Солнечной системе. Либо моменты импульса, набранные после каждого удара, каким-то образом погасили друг друга – вероятность этого составляет менее 1 %, – либо в процессе образования астероидных кратеров есть еще что-то такое, чего мы не понимаем.

Почему образование полудюжины гигантских кратеров не разрушило Матильду? То же самое в 1970-е гг. спрашивали о спутнике Марса Фобосе – 20-километровом теле с 10-километровым кратером. Согласно всем данным науки того времени, такой удар должен был расколоть Фобос (к которому мы еще вернемся) на части. Матильда тоже должна была развалиться. И тем не менее – вот они.

Учитывая непрерывно идущий процесс образования кратеров, можно подумать, что астероиды должны быть очень прочными, чтобы пережить такие масштабные столкновения, но в действительности дело обстоит как раз наоборот. Представьте, что вы стреляете из пистолета в кучу песка и пыли; получается кратер, и вы можете раскопать песок и найти пулю. Теперь вообразим, что вы смешали этот песок и пыль с водой и получили глину, которая засохла до состояния твердого кирпича. Выстрелите в этот кирпич такой же пулей – и никакого кратера не получится. У вас останется несколько осколков, а пуля разрушится. Это рассуждение, подтвержденное компьютерным моделированием и последующими наблюдениями с автоматических космических аппаратов, привело нас к убеждению, что «выживает слабейший»: для того чтобы не быть подверженным катастрофическому разрушению, астероиды должны быть мягкими и податливыми, состоять из неплотного, зернистого материала, такого как пыль и гравий[133]133
  Идею о выживании слабейших в 1970-е и 1980-е гг. отстаивал Дональд Дэвис, астрогеофизик из обсерватории в Тусоне. Помимо прочего, он был соавтором идеи об образовании Луны в результате гигантского столкновения. (Не следует путать его с Доном Дэвисом, художником, чьи работы использованы в этой книге.) Реагируя на открытие мегакратеров на астероиде Матильда, Дэвис ссылался на деревянные ребра прочности в стенах глинобитных фортов Юго-Восточной Аризоны, как на пример того, как пористый астероид может противостоять фатальным на первый взгляд столкновениям. См.: E. Asphaug, «Survival of the Weakest,» Nature 402 (November 11, 1999): 127–28.


[Закрыть].

Южный полярный регион астероида Веста. Это очень потрепанный астероид, вся топография которого на самом деле представляет собой совокупность ударных кратеров и их краев, а также показанных тут впадин 10-километровой ширины, опоясывающих астероид вдоль экватора.

NASA/JPL/DLR

Мегакратеры образуются и на полноразмерных планетах, но, вместо того чтобы принимать форму чашеобразного углубления, они повреждают, истончают и подогревают кору, вызывая сейсмические и долгосрочные геологические колебания, из-за которых в итоге превращаются в обширные плоские пространства. Самые крупные кратеры на планете могут полностью исчезнуть. Мощнейшие столкновения посылают ударные волны глубоко в ядро, запуская глобальные процессы, которые могут идти много дней, лет и даже миллионов лет. Образование огромных кратеров может пробудить внутри планеты тепловые двигатели, ведь если планета уже и так горячая, это словно снять крышку с чайника: внутреннее пространство начинает охлаждаться неравномерно, поскольку тепло быстрее выходит с того бока, где кора тоньше всего. Такое положение может привести к запуску общепланетарной конвекции (теплое поднимается, холодное опускается) как способа восстановить тепловое равновесие. По мере того как планета затвердевает после образования мегакратера, такое неравновесное состояние может оказаться зафиксированным на долгое время.

Марс, маленькая планета с большой геологией. Эта рельефная карта составлена по данным лазерного альтиметра MOLA орбитального зонда «Марс Глобал Сервейор». Северные низменности, также известные как Великая Северная равнина, образуют гигантский бассейн диаметром 2300 км. Заметные справа вершины на экваторе и к северу от него – это вулканы нагорья Фарсида, самые высокие горы вулканического происхождения в Солнечной системе. Тянущийся с востока на запад шрам правее (восточнее) от них – это Долины Маринера, крупнейший каньон в Солнечной системе. 800-километровое углубление слева на юге – Равнина Эллада.

NASA/GSFC

Хотя измерять самые крупные кратеры очень трудно, кажется, первое место среди них принадлежит Северному Полярному бассейну на Марсе. По данным компьютерного моделирования[134]134
  Margarita Marinova, Oded Aharonson, and Erik Asphaug, «Geophysical Consequences of Planetary-Scale Impacts into a Mars-Like Planet,» Icarus 211, no. 2 (2011): 960–85.


[Закрыть], кратер такого размера и формы мог образоваться при типичном по скорости и углу атаки столкновении с блуждающей планетой диаметром примерно 2000 км – в три раза меньше Марса, причем большая часть ударяющего тела продолжила свой полет после возникновения кратера. Но, несомненно, все не так просто. Согласно моделям, имитирующим термическую реакцию Марса[135]135
  Gregor Golabek et al., «Coupling SPH and Thermochemical Models of Planets: Methodology and Example of a Mars-Sized Body,» Icarus 301 (2018): 235–46.


[Закрыть], его теплая мантия не осталась бы в покое. Она бы отреагировала новым бурным циклом конвекции, который привел бы к возобновлению процесса формирования коры и созданию на ране в теле планеты толстого струпа. Если это так, то занимающая большую часть бассейна Великая Северная равнина – это молодая поверхность планеты, а находящееся в ее центре Северное плато – вторичная кора, как бы континент, образовавшийся внутри углубления от удара. Это полностью противоположное понимание геологических данных! В планетологии важно сохранять непредвзятое отношение к объектам изучения.

* * *

Как правило, чем гуще поверхность планеты покрыта кратерами, тем она старше. Столкновения происходят повсюду, так что ландшафт с редкими кратерами, вероятно, возник недавно или полностью обновил свою поверхность из-за какого-то события – например, истечения лавы или другой местной катастрофы, – или из-за длительного воздействия ветра и воды, или из-за тектоники плит. С помощью кратеров мы можем определять возраст поверхности. Подобно деревянному столу, который покрывается щербинами и следами от сигарет, понемногу становясь антиквариатом, покрытая кратерами поверхность позволяет предположить, сколько прошло времени, и даже сделать количественную оценку. Что касается качественных характеристик, при бомбардировке преимущественно небольшими телами поверхность становится более неровной, утрамбованной и фактурной. Если крупных ударов было больше, начинают выделяться отдельные приметы – как круглый след от горячей сковородки, которую когда-то поставил на стол ваш давно повзрослевший сын, заставляет осознать, как летят годы.

Мы легко можем установить, что лунные нагорья гораздо старше лунных морей с их редкими кратерами – это относительный возраст. Намного трудней определить возраст абсолютный – сколько миллиардов лет назад сформировались моря? Если в околоземном пространстве происходит разрушение астероида, на планету обрушивается целый град осколков, и поверхность Земли может какое-то время «быстро стареть». В подобных ситуациях поверхности кажутся старше, чем они есть. Еще одна сложность состоит в том, что мы не можем точно сказать, кратер какого размера останется от того или иного астероида, особенно в случае принимающего тела небольшого размера. Ученые попытались разобраться с возрастом поверхности маленького астероида Бенну, 500-метровой цели аппарата NASA «Озирис-Рекс», но, чтобы сделать это, мы должны предположить – поскольку нам это неизвестно, – какого размера кратер оставляет то или иное ударяющее тело и какого размера ударяющие тела способны стереть с поверхности более старые кратеры.

Если мы знаем частоту столкновений и «правило масштабирования», которое дает размер кратера, образовавшегося в результате столкновения с определенными характеристиками, тогда кратеры, которые видны на планетном теле, могут служить часами при условии предварительной калибровки по частоте столкновений. И здесь как нельзя лучше подходит Луна – тело, которое с точки зрения геологии мертво по крайней мере последние 4 млрд лет, за исключением гигантских истечений вулканической лавы, которые на глубину нескольких километров затопили бассейны видимой стороны от 3 до 3,5 млрд лет назад. Возраст лунных морей используется для калибровки статистики кратерообразования, после чего ее можно применять ко всей внутренней Солнечной системе.

Кратеры лунных нагорий начали появляться в течение нескольких миллионов лет после формирования спутника; Земля тогда еще была неоформившимся, безумным местом. Каждый новый кратер на нагорьях разрушал предыдущие; поверхность нагорий насыщена кратерами, поэтому после определенного момента хронологию восстановить трудно. Другая крайность – это поверхности таких планет, как Венера и Земля, достаточно больших, чтобы иметь длительную глобальную геофизическую активность. Венера очень молода в том смысле, что кратеров на ней мало; возраст ее поверхности – полмиллиарда лет. Земля еще моложе: средний возраст ее поверхности около 100 млн лет, но некоторые континенты хранят память о прошлом вопреки активной тектонике плит.

Мы не знаем, какие процессы вызывали или вызывают постоянное обновление поверхности Венеры. Если бы это была тектоника плит или эрозия, тогда многие из ее самых крупных и древних кратеров должны были быть разрушены непрерывной геологической активностью иногда почти до неузнаваемости, как древнейшие кратеры на Земле или Марсе. Вместо этого самые крупные и древние кратеры на Венере хорошо заметны и полностью сохранились. Где же уничтоженные выветриванием, частично подвергшиеся субдукции или еще каким-то образом разрушенные кратеры Венеры?

Получается загадка: высчитываемый по кратерам поверхностный возраст Венеры очень мал, но незаметно никакого процесса, который обновлял бы ее поверхность. Это не может быть погода: воды там нет, а ветров у вялой поверхности, где атмосферное давление столь огромно, очень мало. Не может быть причиной и землеподобная тектоника плит, потому что тогда бы сохранялись древние, густо покрытые кратерами континенты. Локальная тектоническая или вулканическая активность оставили бы после себя частично разрушенные или захороненные крупные кратеры и ударные впадины. Вулканическая деятельность предпочтительно стирала бы кратеры в низинах и оставляла бы дуги кратерных краев вокруг затопленных лавой бассейнов, как на Луне. Ничего из этого мы не видим.

Радиолокационный снимок ударного кратера Балч (диаметр 40 км), полученный американской межпланетной станцией «Магеллан». Более светлые части снимка соответствуют участкам с неровностями порядка 10 см (рабочая длина волны радара). Балч – один из немногих крупных кратеров Венеры, которые мы застали в процессе разрушения.

NASA/JPL

Попытки разрешить все эти противоречия на основе наших ограниченных знаний привели к идее «венерианского катаклизма», обновившего сразу всю поверхность планеты полмиллиарда лет назад. Возможно, кора стала слишком толстой, перестала пропускать тепло и обвалилась вся целиком, перевернувшись вверх дном повсюду одновременно. Возможно, точку поставило столкновение с какой-то внутренней планетой размером с Луну, которое привело к расплавлению всей поверхности; пожалуй, эта версия не так уж надуманна. Возможно, обновление поверхности Венеры связано с не менее странными событиями на Меркурии, который каким-то образом утратил свою мантию. Как бы там ни было, Венера, кажется, начала планетную жизнь с чистого листа, стерев всю свою прошлую историю.

Поверхность Венеры негостеприимна: там так жарко, что плавится свинец, давление, как на морской глубине около 900 м, может раздавить иную подводную лодку, а облака состоят из серной кислоты. Ниже тоже нет ничего хорошего; поверхностная температура уже выше, чем может вынести какой-либо живой организм, а в глубине становится еще жарче. Если когда-то, до того, как случилась некая катастрофа, там и была жизнь, она погибла. Но над облаками, где-то в 50 км выше поверхности, давление и температура не особенно отличаются от атмосферных условий на поверхности Земли. Могло ли что-то живое уцелеть там? Чем бы оно питалось?

Ученые смогли всерьез задаться этими вопросами, когда «Магеллан», важнейшая американская межпланетная экспедиция середины 1980-х гг., обеспечила нам подробные геологические изображения всей Венеры, полученные с помощью радара[136]136
  Радиолокатор с синтезированным раскрывом антенны создает волновое поле и использует направление движения космического аппарата, чтобы сконструировать «диафрагму», с помощью которой можно сфокусировать отраженные изображения. Да, это сложно, но это работает.


[Закрыть], 10-сантиметровые волны которого могли проникать под облака. Десятилетием раньше советские спускаемые аппараты серии «Венера» впервые показали нам поверхность планеты и взяли пробы атмосферы. Остается надежда на еще одну важнейшую межпланетную экспедицию – «Венера-Д» (индекс «Д» означает «долгоживущая»). Ее целью является посадка модуля, который проведет на поверхности планеты двадцать четыре часа, а также вывод на орбиту радара. В качестве возможного вклада NASA рассматриваются аэростатные зонды или другая полезная нагрузка. Кому обязательно нужно быть долгоживущим, так это специалисту по Венере: старт экспедиции всегда ожидается через десяток лет, а Венера и ее секреты терпеливо ждут своего часа.

* * *

С момента своего зарождения Солнце совершило 20 оборотов вокруг центра Млечного Пути – прошло 20 космических лет. Примерно равный космическому году отрезок времени – 250 млн лет – требуется горячей отвердевшей мантии Земли, чтобы полностью перевернуться на конвейерной ленте тектоники плит, которая обеспечивает планетарный теплообмен и скорее всего крайне важна для появления по-настоящему землеподобных условий на нашей планете. Впервые она была описана немецким геофизиком Альфредом Вегенером[137]137
  Первоначально его идеи высмеивали.


[Закрыть] как процесс распада суперконтинента под названием Пангея: идея совместить, как кусочки мозаики, очертания и географию континентов, расположенных по разные стороны Атлантики, в итоге оказалась верной, хотя изначально ее высмеивали как идиотскую. Сейчас тектоника плит понимается как повторяющийся глобальный цикл[138]138
  Цикл образования океанического бассейна, его закрытия и восстановления единства континента называется циклом Вилсона в честь канадского геофизика Джона Вилсона. Временной масштаб тут составляет от 200 до 300 млн лет, и это в несколько раз больше среднего возраста океанической коры.


[Закрыть] заталкивания, перемалывания, погружения и извержения.

Вот кратко ее механизм. Пластины холодной и жесткой литосферы, которые также называют плитами, опускаются по своим краям, более холодным и тяжелым. Они погружаются в мантию – более горячую, более примитивную по составу и более податливую – и затягивают за собой океанические желоба. За этими желобами, в подвижных клиньях, где смешиваются материалы погружающейся части плиты (субдуцирующего слэба) и исходной мантии, формируются вулканические дуги, такие как Японский архипелаг или Анды. Там, где сходятся и сталкиваются более мощные или сложно построенные плиты, возникают горные хребты вроде Сьерра-Невады и Гималаев.

Поскольку общая площадь поверхности Земли не меняется, на замену уходящей вниз образуется новая кора; благодаря конвекции мантии, в Атлантическом и Индийском океанах, а также в восточной части Тихого океана возникают зоны спрединга (раздвигания), похожие на швы на бейсбольном мяче. В Африке, над мантийным поднятием прямо сейчас раскрывается новое внутриконтинентальное море. Сегодня краевые части плит, слэбы, опускаются под действием конвекции до середины мантии, где претерпевают изменения и растворяются; раньше, когда мантия была горячее, фрагменты слэбов могли погружаться вплоть до ядра, образуя там «кладбище плит»[139]139
  Все это смесь теории и догадок, но она подкрепляется данными сейсмологии. Визуализация данных о скорости распространения сейсмических волн показывает: теплые (с низкой скоростью) материалы поднимаются под рифтами, подталкивая их вверх, а плотные (с высокой скоростью) мантийные струи погружаются с краями плит. Сейсмология использует данные, полученные во время землетрясений, чтобы создать отображение того, как быстро упругая энергия распространяется внутри различных слоев и регионов Земли. Через холодные твердые плиты и в твердом внутреннем ядре волны движутся быстрее, чем через частично расплавленную мантию или через жидкое внешнее ядро. В результате обработки огромного количества данных от множества станций получается трехмерная модель скорости распространения сейсмических волн. Так что вы можете «видеть» (хоть и очень нечетко) зоны с низкой скоростью, наполненные горячей кашицей из кристаллов, и быстрые зоны, соответствующие холодными, опускающимися вниз плитами. «Кладбище плит», оставшееся от древней тектоники, как предполагается, находится в низкоскоростной зоне сейсмических отражений на границе ядра и мантии.


[Закрыть]. Гигантские магматические капли из этих глубин, возможно, всплывают, поднимаясь сквозь всю мантию, чтобы извергнуться в так называемых горячих точках вроде Гавайских островов.

Зоны спрединга открываются, плиты сталкиваются, и в следующем космическом году континенты Земли будут такими же неузнаваемыми, как Пангея. Но физической основой этого процесса является простой факт: Земля горячая, космос холодный, поэтому тепло уходит наружу. То, как оно уходит, и определяет геологию планеты. У крупных планет гораздо больше тепла, которое им предстоит потерять, чем у маленьких, так что, возможно, размеры Земли оптимальны для существования сложной жизни, тогда как тела размером с Марс слишком неактивны, а суперземли, напротив, слишком активны. Но не исключено, что здесь я становлюсь пленником своего человеческого подхода.

Наши представления о земной тектонике плит имеют один пробел: вопрос ее запуска. По мере затвердевания земная кора становилась жесткой и формировала первые литосферные плиты, похожие на кору лунных нагорий. Но с чего одна плита вдруг поднырнет под другую и начнет тонуть? Не должна ли кора просто становиться все толще и толще, пока тепло прорывается наружу через вулканы? Особый ответ на этот вопрос вполне приемлем, потому что Земля – единственная известная нам планета с таким постоянным циклом тектоники плит. Возможно, для существующих где-то в космосе землеподобных планет размером с Землю нормально то, что мы видим на Венере.

Тектоника плит более примитивного типа. Блоки ледяной коры Европы, сфотографированные межпланетным зондом «Галилео» в 1997 г., демонстрируют признаки появления возвышенностей и низменностей в ходе «дрейфа» блоков по более теплому или жидкому нижнему слою какое-то время назад (это видно по кратерам на некоторых низменностях). Разница высот составляет сотни метров. Размер изображения 35 на 50 км.

NASA/JPL

Выдвигалось предположение, что начало тектонике плит положили крупные столкновения, которые пробили кору и запустили в мантии глобальную конвекцию. Всем нравится ссылаться на гигантское столкновение. Но и на Венере, как мы полагаем, случались такие же мощные глобальные столкновения. То же самое верно и для Марса, и для Меркурия (пропорционально их размерам). Возможно, тут был нужен правильный удар в правильный момент. Или, быть может, все это Луна и ее беспрестанное приливное воздействие.

Не исключено, что во всем виновата вода. До запуска тектоники плит поверхность Земли могла затвердеть в виде нагорий 10-километровой толщины, рассеченных глубокими желобами – трогами, сформировавшимися, когда литосферные блоки раскалывались и дрейфовали по бушующему океану магмы, напоминая хаотичные регионы Европы. Эти троги, вероятно, заполнялись водой первых океанов[140]140
  Вариант творческого подхода к геологии катархея можно найти в статье M. Santosh, T. Arai, and S. Maruyama, «Hadean Earth and Primordial Continents: The Cradle of Prebiotic Life,» Geoscience Frontiers 8, no. 2 (2017): 309–27.


[Закрыть], но их топография должна была быть очень нестабильной. В какой-то момент по какой-либо причине одна из таких литосферных плит могла пододвинуться под другую, создав зону субдукции. Субдукция становится как бы трубопроводом, доставляющим насыщенные водой осадочные породы в нижний слой коры и верхний слой мантии; такое вливание воды должно вызывать частичное расплавление образовавшегося клиновидного участка плиты с выплавкой легкой гранитной магмы, которая медленно, но верно поднимается, формируя массивные плутоны; наконец, аккреция (слияние) плутонов ведет к формированию первичной континентальной коры. Так мог бы начаться тектонический цикл.

Эффектные горы вроде тех, которые окружают Йосемитскую долину, могут возникать, когда плутоны поднимаются быстрее, чем их разрушает выветривание. Но куда более важные события разворачиваются ниже, в корневых частях горных хребтов, где эти плутоны складываются в континентальные щиты – мощные плиты вроде африканской, канадской и антарктической. Когда океаническая плита сталкивается с континентальным щитом, она уходит под него и образуется еще больше гранитной магмы, добавляющей к континентам новые плутоны. Когда щиты сталкиваются с другими щитами, происходит нагромождение, или скучивание, их материала, в результате чего возникают плато вроде Гималаев. Результатом становится топографическая дихотомия Земли: древние континенты и молодые океанические бассейны.

На Венере также есть возвышенности и низменности, но они не так явно выражены, как на Земле, и, кажется, не являются результатом тектоники плит или образования океанов. Высокогорья Земля Иштар и Земля Афродиты иногда называют континентами, но вы не сможете с легкостью обвести их линией по контуру, как делаете это с земными континентами: нет никакой очевидной границы, которая бы определяла их пределы. На Земле такая граница – это уровень моря: континенты находятся явно выше этого уровня, абиссальные области – определенно ниже, а участки, попадающие в зону влияния подъемов и опусканий уровня моря в пределах первых сотен метров, относятся к континентальным окраинам. На Венере и Марсе нет континентальных окраин, только принятое за уровень отсчета давление сухого воздуха (к примеру, один бар или один миллибар давления); нет также значительной геологической дихотомии. Ниже мы исследуем эту взаимосвязь более подробно: наличие океанов делает возможным появление гранитов, а из гранитов складываются континентальные щиты.

Самые древние кратеры на Земле расположены на древних щитах. Самый большой из таких кратеров – Вредефорт в Южной Африке, структура диаметром 300 км. Возраст Вредефорта превышает 2 млрд лет, и он почти стерт выветриванием и эрозией. Самый молодой крупный кратер на Земле – это Чикшулуб, образовавшийся при столкновении Земли с 10-километровым астероидом или кометой. Возможно, это событие привело к вымиранию динозавров почти 66 млн лет назад[141]141
  Чикшулуб образовался одновременно с Деканскими траппами, расположенными там, где сейчас находится Центральная Индия. Это большая магматическая провинция, которая также должна была очень значительно, но более постепенно изменять атмосферу из-за высвобождения больших объемов газов из мантии. Хотя судя по всему определенные экосистемы уже приходили в упадок, мел-палеогеновое вымирание было вызвано столкновением с астероидом.


[Закрыть]. Выброс веществ при ударе повысил кислотность океанов[142]142
  Столкновение оказало особенно значительное влияние на биологию, потому что астероид попал в осадочные отложения, из которых в атмосферу высвободились значительные количества сульфатов в виде аэрозолей и взвеси мелких частиц. Реагируя с водой сульфат-ионы образуют серную кислоту, которая понизила pH океанов до того уровня, при котором растворился известковый планктон в верхней сотне метров океана.


[Закрыть], уничтожил известковый (то есть обладающий скелетными образованиями с высоким содержанием кальция) планктон и напрямую или опосредованно стал причиной вымирания трех четвертей видов растений и животных, завершив мезозойскую эру.

До открытия этого 180-километрового кратера, погребенного под километрами осадочных отложений, все, что у нас было, – оставшиеся в летописи осадочных пород следы глобального биологического опустошения, тонкие слои импактных выбросов в разных местах и метровые слои этих выбросов, к примеру, на Гаити[143]143
  Мощные толщи известняка отложились поверх кратера Чикшулуб после столкновения. Сегодня здесь можно обнаружить несколько самых замечательных из всех когда-либо исследованных пещер. Знаменитые мексиканские сеноты – окруженные высокими стенками известняковые озера, которые украшают календари майя в тусонских закусочных, – появились в результате карстовых провалов в третичных известняковых образованиях вокруг Чикшулуба. По мере эрозии верхних слоев километровый слой отложений растягивался, и это приводило к возникновению трещин и лабиринтов пещер. Подозреваю, что подповерхностный океан подверженного приливным силам и испещренного кратерами Ганимеда имеет сеть пещер, протянувшуюся на тысячи километров.


[Закрыть]. На поиски кратера ушло более десяти лет, и существовал большой шанс, что он так и не будет найден: он мог располагаться в океане и давно исчезнуть в зоне субдукции, оставив после себя, как улыбку Чеширского Кота, только следы выбросов[144]144
  В конце концов его обнаружили в данных сейсмологической разведки мексиканской государственной нефтегазовой компании Petróleos Mexicanos (PEMEX). Эта детективная история сама по себе примечательна начиная с первоначальной находки, сделанной в конце 1970-х гг. геологом-нефтяником Гленом Пенфилдом, и заканчивая «открытием открытия» аспиранта-планетолога (в те времена) Алана Хилдебранда.


[Закрыть]. Как выяснилось, астероид ударил в континентальную окраину на восточной оконечности того, что теперь стало полуостровом Юкатан, на границе с мелководным морем. Это объясняет, почему столкновение оказалось таким смертоносным: среди пород в месте удара были богатые сульфатами донные отложения, что привело к глобальному выбросу сульфатных аэрозолей, которые значительно закислили биосферу.

Геологическая история Луны определяется в основном крупными столкновениями и – на видимой стороне – затоплением магмой лунных морей. Геологические периоды Луны связаны с четырьмя архетипическими кратерами. Нектарский период назван в честь Моря Нектара (Mare Nectaris) – одного из старейших опознаваемых морей видимой стороны Луны. Имбрийский связан с Морем Дождей (Mare Imbrium), чьи границы четко очерчены, а выбросы распространяются по значительной части поверхности Луны. Эратосфенский и коперниковский периоды названы в честь кратеров Эратосфен и Коперник, образцы импактных расплавов из которых были взяты астронавтами программы «Аполлон» и получили абсолютные датировки. Каждый период – это выражение общего геологического времени, когда формировались кратеры определенного типа.

«Мишень» Моря Восточного. Эта эффектная фотография сделана в 1967 г. космическим аппаратом «Лунар орбитер – 4» с высоты 2700 км. Диаметр внешнего кольца гор составляет 930 км. Правее находится Океан Бурь, а далеко справа за границей снимка – Земля.

NASA

Одна из самых ярких лунных достопримечательностей – Море Восточное, расположенное в напоминающем мишень кратере диаметром 930 км в восточной части лимба. Это не просто кратер, но многокольцевая ударная впадина, являющаяся самой молодой из крупных структур Луны. При наблюдении с Земли объект наполовину скрыт, и первоначально его считали чем-то вроде застывшего во времени цунами, гигантских волн, прокатившихся по сильно поврежденной коре, наполовину твердой, а наполовину расплавленной. Более свежая идея, которая, кажется, работает лучше, состоит в следующем: то, что мы видим, – это ряд концентрических уступов, которые сформировались в коре, когда податливые глубокие слои мантии выплеснулись, чтобы заполнить глубокую воронку. И само столкновение, и последовавшая за ним отдача должны были вызвать глобальные сейсмические колебания, повлиявшие на топографию всей Луны. Ударное образование Моря Восточного должно было привести к выбросу огромной массы материала, часть которого добралась бы и до Земли.

Земля кажется куда более простой. Если смотреть на запад с тихоокеанского побережья США, видно только безграничное бурное море. Но благодаря столетию развития современной геологии это можно воспринимать и так: огромная каменная плита толщиной в десятки километров и протяженностью в тысячи, покрытая несколькими километрами воды, движется на вас со скоростью роста ногтей – несколько метров за человеческую жизнь, – катясь на спине мантии, в которой происходит конвекция. У берега эта плита подныривает и опускается под вас; когда она оказывается за вашей спиной, содержащаяся в ней вода провоцирует вулканическую активность, в результате чего вверх начинают подниматься гранитные плутоны. Это неостановимое движение сопровождается трением, что становится причиной землетрясений. Люди, посторонитесь!