Гипотеза Джинса в модификации Вулфсона заслуживает внимания. Она, по существу, связывает образование планет с образованием звезд. Последние образуются из межзвездной газово-пылевой среды группами в так называемых «звездных ассоциациях». В таких группах, как показывают наблюдения, сперва образуются сравнительно массивные звезды, а потом всякая «звездная мелочь», которая эволюционирует в карлики. Это хорошо согласуется с гипотезой Джинса — Вулфсона. Расчеты показывают, однако, что если этот механизм был бы единственной причиной образования планетных систем, то их количество в Галактике было бы весьма мало (одна планетная система, примерно, на 100 000 звезд), хотя и не так катастрофически мало, как в первоначальной гипотезе Джинса. По существу, это является единственным уязвимым пунктом современной модификации гипотезы Джинса. Если с достоверностью будет доказано, что около хотя бы некоторых ближайших к нам звезд имеются планетные системы, эта гипотеза будет окончательно похоронена. Похоже на то, что в настоящее время такое доказательство уже имеется.

1.3 Гипотеза Шмидта-Литтлтона

Выдающийся советский ученый и общественный деятель О. Ю. Шмидт в 1944 г. предложил свою теорию происхождения Солнечной системы. Согласно О. Ю. Шмидту наша планетная система образовалась из вещества, захваченного из газово-пылевой туманности, через которую некогда проходило Солнце, уже тогда имевшее почти «современный» вид. При этом никаких трудностей с вращательным моментом планет не возникает, так как первоначальный момент вещества облака может быть сколь угодно большим. Начиная с 1961 г. эту гипотезу развивал английский космогонист Литтлтон, который внес в нее существенные улучшения. Нетрудно видеть, что блок-схема «аккреционной» гипотезы Шмидта — Литтлтона совпадает с блок-схемой «гипотезы захвата» Джинса—Вулфсона. В обоих случаях «почти современное» Солнце сталкивается с более или менее «рыхлым» космическим объектом, захватывая части его вещества. Следует, впрочем, заметить, что для того, чтобы Солнце захватило достаточно много вещества, его скорость по отношению к туманности должна быть очень маленькой, порядка ста метров в секунду. Если учесть, что скорость внутренних движений элементов облака должна быть не меньше, то, по существу, речь идет о «застрявшем» в облаке Солнце, которое, скорее всего, должно иметь общее с облаком происхождение. Тем самым образование планет связывается с процессом звездообразования. В следующей главе мы рассмотрим гипотезы, в которых планеты и Солнце образовались из единой «солнечной» туманности. По существу, речь пойдет о дальнейшем развитии гипотезы Канта — Лапласа.

2. Развитие Земли

Планеты внутренней группы Солнечной системы образовались одновременно из единого протопланетного газопылевого облака. Они сложены плотным тяжелым веществом и имеют твердую поверхность. Эти особенности позволяют отнести сравниваемые планеты к одному уровню организации вещества. Однако, несмотря на сходство их образования и состава исходного материала, в настоящий момент заметно различие в достигнутом уровне развития планет. На других планетах отсутствуют не только признаки жизни, но даже такие химические соединения, которые в ходе дальнейшей эволюции могли бы привести к появлению примитивных органических форм. Земля же обладает богатым, в высшей степени развитым органическим миром.

Появление и развитие жизни на Земле — это уникальное явление во всей Солнечной системе. Но оно не случайно, а было подготовлено сочетанием ряда благоприятных условий. Прежде всего для зарождения жизни должен был сформироваться сложный комплекс активно взаимодействующих природных компонентов, которые в течение чрезвычайно длительного времени в относительно стабильных гидротермальных условиях испытали строго направленную эволюцию.

Имеется множество геохронологичсских схем, т. е. подразделений истории Земли на интервалы времени разного масштаба. Каждый из них отличается от других особым, присущим только ему состоянием планеты в целом и ее природной средой. И хотя нас интересует главным образом природная обстановка на планете, касаться приходится и недр Земли, поскольку в своем развитии внешняя область неразрывно связана с внутренней.

2.1 Фазы развития Земли

В истории Земли важно выявить и события, которые накладывали существенный отпечаток на состояние природной среды или служили причиной перехода ее к принципиально новому этапу развития. Спокойные же интервалы времени, когда не происходило качественного изменения природной среды, в дальнейшем или будут опускаться, или о них будет сказано вскользь.

Придерживаясь этой геохронологической схемы, ученые делят время существования нашей планеты на два существенно различных интервала: раннюю историю и геологическую историю. Под ранней историей подразумевается катархей. Это время называется также протоархей, т. е. самое раннее время планеты. Под геологической же историей понимается все остальное время, от архея до современной эпохи. Временная граница между двумя главными интервалами в истории Земли точно не установлена. Но предположительно она намечается на рубеже от 3,5 до 3,8-3,9 млрд. лет назад.

Ранняя история и геологическая история — существенно различные этапы жизни нашей планеты. Если в раннюю историю Земля развивалась так же, как и остальные планеты — Луна, Меркурий, Марс и Венера, — т. с. в очень медленном темпе, то путь развития Земли в геологическое время характеризуется необыкновенно быстрой эволюцией ее внешней области и земной коры. Все же другие планеты продолжают пребывать и в настоящую эпоху как бы в догеологическом прошлом.

Ранняя история. Земля, как и другие планеты, пережила ранние фазы эволюции — фазу аккреции («рождения»), фазу расплавления внешней сферы земного шара и фазу первичной коры («лунную фазу»).

Фаза аккреции. Конкретных данных о фазе аккреции Земли, т. е. образования ее из хаотического роя твердых, преимущественно каменных, некрупных тел и пылевых частиц, нет. Но аккреция как общепланетарный процесс, в реальности которого в настоящее время никто не сомневается, был, естественно, свойствен и Земле. Его надо представлять себе как непрерывное выпадение на растущую Землю относительно все большего количества крупных тел, укрупняющихся в своем полете при соударениях между собой, и притяжением к себе более удаленных мелких агрегатов. Вместе с крупными телами на Землю падали (вонзались в ее поверхность) и самые крупные объекты — планетезимали, зародыши «неудавшихся» планет. Их поперечники измерялись многими километрами и даже первыми десятками километров, т. е. они имели размеры астероидов или некрупных спутников больших планет.

В фазу аккреции Земля приобрела приблизительно 95% современной массы, на что потребовалось всего 17 млн. лет. С окончания фазы аккреции Землю считают вступившей в этап планетарного развития.

Во время аккреции Земля долго оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества внешней зоны планеты.

Фаза расплавления внешней сферы Земли устанавливается по аналогии с ранней историей других планет, в первую очередь Луны, а также Меркурия, Марса. Лунная поверхность образована магматическими породами (анортозитами), время кристаллизации которых датируется 4,6—4,0 млрд. лет назад. Эти данные и являются доказательством расплавления внешней сферы Луны в раннюю фазу ее существования, непосредственно вслед за аккрецией. По данным дистанционных исследований, аналогичную фазу пережили Меркурий и другие планеты, у них поверхностные породы — также магматические основного состава. Фазу раннего расплавления внешней сферы Земли признают как планетологи, так и геологи.

В настоящее время большинство планетологов к этому же времени относят и общую дифференциацию вещества Земли, т. е. образование у нее ядра, мантии и коры.

Когда образовалось ядро? Планетологи придают этому вопросу большое значение, поскольку с его появлением связывают внутреннюю активность планеты, а значит, и начало действия эндогенных процессов — тектонических и вулканизма. Образование ядра обусловило возникновение у Земли диполярного магнитного поля. Установление на Земле самых древнейших палеомагнитных пород с возрастом 3,7 млрд. лет — свидетельство существования в то время ядра, а следовательно, и мантии. Считают, что Земля дифференцировалась уже в первые 100 млн. лет своего существования.

Ландшафты того далекого времени были уникальны. Вся поверхность Земли представляла собой океан раскаленного тяжелого расплава с прорывающимися из него газами. В этот своеобразный океан продолжали стремительно врываться как малые, так и крупные космические тела, удары которых о жидкую поверхность вызывали образование всплесков, фонтанов и другие формы взлета и падения тяжелой жидкости. Над раскаленным океаном простиралось сплошь укутанное густыми тучами небо, с которого на поверхность не падало ни капли воды.

«Лунная фаза». Остывание расплавленного вещества внешней сферы Земли вследствие излучения тепла в космос и ослабления метеоритной бомбардировки, не могущей компенсировать потерю тепла, привело к образованию тонкой первичной коры базальтового состава.

В раннюю историю Земли происходило и формирование гранитного слоя материковой коры. Самые древние из выявленных гранитных интрузий имеют возраст не менее 3,5 млрд. лет, т. е. они, безусловно, доархейские. Дж. Шоу считает, что гранитные породы — результат скопления близ поверхности более легких фракций расплавленной массы вещества недр. Он даже полагает, что первичная базальтовая (анортозитовая) кора образовалась уже поверх гранитного слоя. Проблема гранитов очень сложна, и единого мнения об их происхождении нет, тем более что на других планетах кислых пород, к которым относятся граниты, нет. Граниты признаются как вторичные породы, но прошедшие расплавление или глубокий метаморфизм и в конце концов превратившиеся в магматические кристаллические породы. Такого мнения придерживался В. И. Вернадский.

В течение всей фазы формирования коры, поверхность которой имела температуру выше 100°С, продолжалось выпадение преимущественно крупных тел. На всей поверхности нашей планеты создавался типичный для всех других планет земной группы рельеф ударных кратеров. Из-за широкого распространения метеоритных кратеров фаза существования ранней коры называется также «лунной фазой».

В лунную фазу существования Земля постепенно охлаждалась от температуры плавления базальтов (1000°— 800°) до 100° С. С преодолением температурного рубежа + 100°С связано все последующее преобразование природной среды и эволюция земной коры.

2.2 Геологическая история

Геологическое время — это принципиально новый период развития Земли как планеты в целом, так и особенно ее коры и природной среды.

Как только температура опустилась ниже 100°С, состояние воды изменилось. Водяные пары атмосферы, а в них была сосредоточена практически вся гидросфера Земли, почти целиком превратились в жидкость, наиболее активное состояние воды по сравнению с ее газовой и твердой фазами. Сухая до того времени Земля стала необычайно обводненной. Сформировались поверхностный и грунтовый стоки, возникли водоемы, в том числе и океаны. Начал функционировать круговорот воды в природе.

Конечно, судить о масштабах скопления на поверхности Земли первичных вод трудно, хотя и существуют некоторые признаки, по которым можно ориентировочно оценить глубину бассейна седиментации и химический состав вод. Важен сам факт обнаружения осадочных пород такого древнего возраста. Это означает, что временной рубеж между ранней и геологической историей проходит где-то около 4 млрд. лет назад. Следовательно, на всю раннюю историю Земли остается всего 0,6 млрд. лет.

И все же представить объем воды на Земле в начале ее геологической истории хотя бы приблизительно мы можем. Не в меньшей степени, чем объем воды в первичных океанах, интерес представляет и ее химический состав. Г. Д. Холланд, изучавший состав вод древних океанов, пришел к выводу о сходстве их химического состава водам современного океана. После охлаждения земной поверхности до температуры ниже 100°С на ней образовалась огромная масса жидкой воды, которая представляла собой не простое скопление неподвижных вод, а находящихся в активном глобальном круговороте. Несмотря на эволюцию этого круговорота в ходе времени, основные особенности его сохранились неизменными. В структурном отношении круговорот, как и в настоящее время, распадался на звенья: атмосферное (испарение, перенос влаги, осадки), литосферное (поверхностный и подземный стоки), океаническое. Значение круговорота воды в природе велико. В процессе его функционирования происходит поглощение солнечной энергии и распределение ее по земному шару. Вода благодаря своей необычайной подвижности и химической активности вступает во взаимодействие с природными компонентами, способствуя их взаимосвязям, чем и обеспечивает формирование того глобального природного комплекса, который в настоящее время называется географической оболочкой.

2.3 Эволюция атмосферы

Еще в догеологическое время, в фазу расплавления внешней сферы земного шара (а возможно, и более глубоких его горизонтов), огромные массы выделявшихся газов образовали первичную атмосферу Земли. Основными компонентами выделявшихся из недр Земли газов, как и у других планет — Марса и Венеры, — были углекислый газ и водяной пар; другие компоненты присутствовали только в виде следов. Так что состав первичной атмосферы Земли, образовавшейся за счет выделения газов и воды при расплавлении планетного вещества, был аналогичен составу летучих компонентов при современных вулканических извержениях. По данным А.С. Монина, газы, выделяющиеся из современных вулканов, содержат преимущественно водяной пар. В составе газов базальтовых лав гавайских вулканов с температурами до 1200° С водяной пар составляет 70—80% по объему. В фумарольных газах Курильских островов с температурами около 100° С содержится 79,7% водяного пара. Вторым по значению компонентом, составляющим атмосферу, является углекислый газ. В газах из лав его находится от 6 до 15%. При температурах 800—1000°С из лав отгоняются кроме водяного пара преимущественно «кислые дымы» — НСl и HF, при температуре 500° С — сера и ее соединения — H₂S, SO₂ и др., а при более низких температурах — борная кислота и соли аммония. Представляется, что парциальное давление водяного пара ранней атмосферы Земли в несколько раз превышало парциальное давление углекислого газа. Другими словами, атмосфера состояла главным образом из водяного пара с существенной примесью углекислого газа.

Таким образом, в фазу расплавления внешней сферы земного шара практически вся гидросфера находилась в составе атмосферы. Такую своеобразную атмосферу, состоящую в основном из пара воды, Дж. Уолкер назвал «примитивной паровой атмосферой».