Катархей
Катархе́й (греч. κατἀρχαῖος — «ниже древнейшего», также хадей (англ. Hadean)[1 1], хэдий[2], азой, антезой, преархей, приской[1 2]) — геологический эон, интервал геологического времени, предшествовавший архею[2]. Осадочные породы из катархея неизвестны, однако часть древней катархейской коры в виде основных и ультраосновных вулканических и интрузивных пород возрастом примерно 4,4 млрд лет была найдена в Канаде на восточном берегу Гудзонова залива[3].
| Часть геологической истории Земли | |
| Катархейский эон сокр. Катархей | |
|---|---|
 Земля в катархее с Солнцем на горизонте в представлении художника | |
| Геохронологические данные | |
| Суперэон | Докембрий |
| Длительность | 600 млн лет |
| Состояние | Формальный |
| Климат[1] | |
| Уровень кислорода | 0 % |
| Средняя температура | менее 100°C (к концу эона) |
Начался с образования Земли — около 4,567 миллиарда лет (4,567⋅109 лет ±1%) назад. Верхняя граница проводится по времени 4031 млн лет назад (точно). В современной геохронологической шкале он не разделён на эры и периоды, а сам имел неформальный статус[4] до октября 2022 года, пока не был принят официально[5].
На основании данных об изотопном и элементном составе пород Земля дифференцировалась на слои (кора, мантия и ядро) спустя примерно 35 млн лет после начала аккреции. Выделение тепловой энергии после многочисленных столкновений формирующейся планеты с крупными астероидами и в процессе радиоактивного распада короткоживущих изотопов позволяло поддерживать на поверхности слой расплавленной магмы, которая при высоком давлении и температуре разделялась на силикатный и железный расплавы. В значительной мере в Катархейский эон, а также во время Архея, относительно высокая температура поверхности и атмосферы поддерживалась за счёт радиоактивного распада радионуклидов, таких как калий-40, а также из-за высокой концентрации парниковых газов в атмосфере. Особо крупные астероиды могли вызывать образование океанов магмы глубиной до 400 км, что позволяло накапливаться железным расплавам (как более тяжёлым) на дне магматического слоя и опускаться внутрь планеты, наращивая ядро[6].
Большую роль в дальнейшем образовании планеты сыграло появление Луны. Гипотеза мега-импакта предполагает, и это хорошо согласуется с возрастом Луны, что спутник нашей планеты возник в результате столкновения по касательной Земли и крупного тела размером с Марс[7]. В результате такого крупного столкновения, во-первых, изменился наклон земной оси (до 23°), во-вторых, произошло массовое плавление мантии с образованием магматического океана с глубиной до 700 км.
Рельеф
По современным представлениям на поверхности Земли в катархейское время существовали крупные магматические плато, которые образовывались в процессе деятельности мантийных плюмов. Излияния лавы постоянно наращивали верхний слой формирующейся коры, а уже сравнительно остывшие и твёрдые элементы постоянно расплавлялись и перемешивались в процессе ударов астероидов[8].
Эволюция системы Земля — Луна
Вскоре после начала катархея, 4,5 миллиарда лет назад, образовалась Луна, наиболее вероятно, что это произошло в ходе гигантского столкновения, расплавившего большие участки поверхности прото-Земли.
Сутки в то время длились 6 часов и приблизительно равнялись периоду обращения Луны, который очень быстро возрастал ввиду приливного взаимодействия в системе Земля-Луна, тем самым замедляя вращение Земли.[9].
В начале катархея Луна находилась на границе предела Роша, то есть на расстоянии около 17 тысяч километров от Земли, но это расстояние быстро увеличивалось (поначалу со скоростью около 10 км/год). К концу катархея скорость удаления Луны от Земли снизилась до 4 см/год, а расстояние между ними в это время составляло около 150 тысяч километров[10].
Атмосфера и океаны
В материале, из которого образовалась Земля[11], могло быть значительное количество воды. В процессе формирования планеты, когда она была менее массивной, молекулы воды преодолевали земную гравитацию с большей лёгкостью. Водород и гелий, как полагают, постоянно улетучиваются и по сей день из-за рассеивания атмосферы.
При ударном формировании Луны породы на одном или двух больших участках поверхности прото-Земли должны были расплавиться. Нынешний состав не соответствует полному плавлению, так как трудно полностью расплавить и смешать огромные массы горных пород[12]. Тем не менее изрядная часть материала должна была испариться при таком воздействии, и из испарившихся горных пород вокруг молодой планеты появилась бы атмосфера. В течение двух тысяч лет испарившиеся горные породы конденсировались, в результате чего оставались горячие летучие вещества, которые, вероятно, образовали тяжёлую углекислую атмосферу с водородом и водяным паром. Жидкая вода океанов существовала, несмотря на поверхностную температуру 230 °C, из-за давления тяжёлой атмосферы, состоящей из углекислого газа. Охлаждение продолжалось, в атмосфере значительно снизилось количество углекислого газа из-за субдукции и растворения в воде океанов, но концентрация резко колебалась из-за новых движений земной коры и мантии[13].
При исследовании циркона обнаружили, что жидкая вода, возможно, существовала ещё 4,4 миллиардов лет назад, вскоре после образования Земли[14][15]. Если эта гипотеза верна, то время, когда Земля завершила переход от наличия горячей расплавленной поверхности и атмосферы, полной диоксида углерода, к состоянию во многом такому же, как сегодня, можно условно датировать примерно 4 миллиардами лет назад. Действие тектоники литосферных плит и океанов поглотило большое количество углекислого газа, устранив тем самым парниковый эффект, и привело к гораздо более прохладной температуре поверхности и формированию твёрдых пород и, возможно, даже жизни[14][15].
Примечания
Источники
Литература
- О. Г. Сорохтин, С. А. Ушаков. Происхождение земли и её догеологическая история // Развитие Земли. — М.: Изд-во МГУ, 2002. — 506 с. Архивировано 21 июля 2022 года.
- Иорданский Н. Н. Развитие жизни на земле. — М.: Просвещение, 1981.
- Короновский Н. В., Хаин В. Е., Ясаманов Н. А. Историческая геология : Учебник. — М.: Академия, 2006.
- Ушаков С. А., Ясаманов Н. А. Дрейф материков и климаты Земли. — М.: Мысль, 1984.
- Ясаманов Н. А. Древние климаты Земли. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
- Ясаманов Н. А. Популярная палеогеография. — М.: Мысль, 1985.