14. "Древнейшие породы"

Теперь надо разобраться, что же мы имеем в виду, говоря о "древнейших породах". Конечно, "древнейшая" порода - не что иное, как образец породы, который, судя по имеющемуся в нем количеству продуктов радиоактивного распада, образовался раньше других исследованных образцов. Его возраст указывает на минимальный возможный возраст Земли. Прямо определить возраст нашей планеты мы не можем, а как оценить его по косвенным данным, будет рассказано дальше.

Оказывается, возраст древнейших ископаемых остатков (гл. XII), возраст древнейших пород и возраст Земли, оцененные различными методами, близки друг к другу. Но прежде всего надо точно определить, какой смысл мы вкладываем в эти термины.

Поскольку мы интересуемся проблемой происхождения жизни, нам не так важен возраст самой Земли, как возраст древнейших пород, которые могли служить субстратом жизни, т. е. возраст поверхностных пород (пород земной коры). Коль скоро мы занялись этим вопросом, нам придется слегка коснуться общей схемы строения Земли.

Судя по геофизическим данным, в центре нашей планеты находится ядро, которое окружено сначала мантией и затем корой. Считается, что плотное расплавленное ядро Земли состоит в основном из никеля и железа. Твердая мантия состоит из плотных ультраосновных пород, т. е. пород с малым содержанием кремнезема (SiО₂). Породы мантии, как думают геологи, внешне напоминают зеленоватый минерал серпентин, часто употребляемый для отделки мраморных архитектурных деталей; в основном они состоят из минерала оливина. Общий состав коры сходен с составом гранита. Кора весьма тонка по сравнению с другими слоями: толщина материковых участков коры - около 30 км, а под глубинами океанов толщина коры всего несколько километров (фиг. 11).

Фиг. 11. Схематический разрез Земли, показывающий материковую кору, мантию и ядро. Толщина коры и высота горных поясов преувеличены

В ранний период истории Земли ее состав, видимо, был более или менее однородным - таким же, каким, надо думать, было межзвездное вещество, из которого она тем или иным путем образовалась. Но более тяжелые элементы сильнее стремились к центру тяготения, т. е. к центру планеты, и собирались во внутренней части земного шара. Постепенно медленная центростремительная диффузия тяжелых элементов привела к выделению ядра и мантии. Поверхность Земли в это время, видимо, подвергалась эрозии и связанным с ней процессам. Предполагают, что со временем они каким-то не совсем еще понятным образом привели к образованию поверхностной коры. Таким образом, сразу после образования Земли началось расслоение ее на ядро, мантию и кору. Значит, Земля в целом должна быть старше, чем мантия и кора.

Начнем с коры. Древнейшие известные сейчас породы коры - это граниты Кольского полуострова (фиг. 10)^*, возраст которых определен в 3,3-3,4 млрд. лет. Геологи, однако, полагают, что эти граниты нельзя считать первичными породами. Скорее они представляют собой очень древние, подвергшиеся сильному метаморфизму осадочные породы. Этот значительный метаморфизм, или, как говорят геологи, процесс мигматизации, произошел примерно 3,3 млрд. лет назад, во время горообразования.

^* (Для некоторых пород африканского континента получены более внушительные цифры, но пока их достоверность не доказана. Из осторожности я принял здесь возраст в 3,3 млрд. лет как максимальный. Возможно, эта цифра окажется заниженной. (В районе Готхоба, Юго-Западная Гренландия, недавно найдены гнейсы возрастом 3,98 млрд. лет. Датировка проведена рубидий-стронциевым методом. - Прим. перев.))

В гл. XII, разд. 18, мы узнаем об осадочной системе Свазиленд (Южная Африка), о которой можно лишь сказать, что ее породы "имеют возраст более 3,2 млрд. лет", так как в них найдены интрузии именно этого возраста. Методы определения абсолютного возраста пока не позволяют решить, являются ли эти южноафриканские интрузии ровесниками Кольских гранитов (3,3-3,4 млрд. лет). Если датировка подтвердится, придется отнести отложения системы Свазиленд к самым древним из известных пород земной коры. Но осторожнее было бы говорить о "самых древних из известных до сих пор осадочных пород".

Не исключено, что тектонические движения местами достигали такого размаха, что выносили вещество мантии на поверхность. Возможно, именно такой случай представляют собой скалы Сан-Паулу - группа утесов в Южной Атлантике посредине глубокой океанской впадины. Эти скалы сложены плотными ультраосновными породами типа тех, из которых, как думают, состоит мантия. Более того, их возраст оценивается в 4,5 млрд. лет [12, 16]^*.

^* (Но это не результат прямой датировки. Цифра получена на основании измерения отношения двух стабильных изотопов стронция ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (первый из них имеет радиогенное происхождение - из ⁸⁷Rb, второй - нерадиогенный). Ход рассуждений похож на применяемый при датировании свинец-свинцовым методом (см. следующий раздел). Был сделан вывод, что эти ультраосновные породы не подвергались химическим изменениям в течение последних 4,5 млрд. лет. Для прямой датировки содержание радиоактивного материала в этих породах слишком незначительно [5].)

Таким образом, мы можем предварительно принять, что веществу мантии около 4,5 млрд. лет. Возраст коры (во всяком случае, ее древнейшей части) должен лежать между 4,5 и 3,3 млрд. лет. Даже если мы найдем в породах, метаморфизованных около 3,3 млрд. лет назад, остатки более древних пород коры, все же этот возраст надо считать минимальным приемлемым возрастом "древнейших пород коры". Перефразируя известные слова Джеймса Геттона (1726-1797), можно сказать, что наконец "мы нашли следы начала".

Если даже эти древнейшие породы позже подвергались метаморфизму, то не исключено, что мы сможем найти их следы, изучая минералы, из которых состоят граниты Кольского полуострова. Может быть, некоторые минералы без изменения перенесли интенсивный метаморфизм, сопровождавший горообразование 3,3 млрд. лет назад или какой-то из более поздних периодов горообразования. Как мы узнаем из гл. X, в более поздние периоды горообразования такие случаи были обычны.

Итак, возраст Кольских гранитов - 3,3 млрд. лет - минимальный возможный возраст земной коры. Мы знаем, что кора существовала и раньше, но пока не знаем, каков действительный срок ее существования.

Но вернемся к мантии. Получить непосредственные данные о составе и свойствах ее вещества пока не удалось. Даже самые глубокие буровые скважины не доходят до мантии. Ученые США и СССР планировали бурение нескольких сверхглубоких скважин через всю толщу коры. Регистрируемый сейсмографами слой скачка плотности между корой и мантией назван разделом Мохоровичича, по имени югославского геофизика, первым указавшего на существование этого слоя. Американцы сократили термин до "Мохо", и проект сверхглубокой скважины был поэтому назван "Мохол"^*.

^* (Название проекта "Mohole" составлено из сокращения "Moho" и слова "hole" - буровая скважина. - Прим. перев.)

Цифра 4,5 млрд. лет - нижний предел возможного возраста Земли. Интересно, что этот нижний предел весьма близок к общепринятой сейчас оценке возраста Земли - 4,5 млрд. лет (фиг. 10). Теперь нам надо узнать, какими методами получены цифры, говорящие о "возрасте Земли". Все новейшие оценки основаны на новом, свинец-свинцовом методе, представляющем собой развитие уран-свинцового и торий-свинцового методов.