Чтение онлайн

По мере увеличения продолжительности взаимодействия воды с омываемыми горными породами повышалось в ней содержание минералов (в среднем до нынешней минерализации 35 г/л). Воды постепенно превратились в слабощелочные (pH от 7, 5 до 8,5), жесткие растворы минеральных солей хлоридно-магниевого типа. В океанических и морских водах растворены в разных количествах почти все элементы таблицы Менделеева. Солевой состав вод океанов очень близок к характеристике крови животных и человека, что можно объяснять зарождением и начальной эволюцией живых организмов в океанических водах.

Вода первых дождей наполняла сначала отдельные, изолированные наиболее погруженные участки, формируя ранние озера и моря. По мере поступления новых объемов жидкости и повышения уровня морей, происходило постепенное соединение локальных водоемов в более обширные моря и, наконец, практически вся планета покрылась мелким океаном. Вода в первичных водоемах не кипела только потому, что находилась под давлением тяжелой атмосферы (по разным оценкам в 2–3 раза плотнее нынешней), состоящей в значительной степени из плотного углекислого газа. Изобилие в воде минералов железа придавало океану зеленый цвет. Суша отсутствовала, кроме выступающих кое-где из воды вершин действующих вулканов. Появляющиеся из воды вулканические острова раннего периода Земли достаточно быстро разрушались мощными волнами, поскольку состояли из пористого, мягкого, пемзообразного базальта. Луна в это время располагалась еще весьма близко от Земли, и её приливное влияние вызывало огромные волны, высотой в сотни метров, прокатывающиеся с определенной периодичностью через океан.

Забегая немного вперед, отметим, что накопление поверхностных водных бассейнов и затем образование глобального океана способствовало изменению состава третьей атмосферы и формированию четвертой воздушной оболочки. В новой – Эоархейской углекисло-азотной атмосфере в течение от 4.1 до 3.5 млрд. л.н. содержание углекислого газа сократилось до 1,3 %. Одновременно резко возросла доля азота (от 50 до 98 %), что благоприятствовало продвижению эволюции нашей планеты по антропному маршруту.

Когда атмосфера отдала в гидросферу практически весь объем воды, дегазированный до этого земными недрами, тогда количество воды в океане составляло, по разным оценкам, около 70 % нынешнего объема Мирового океана. С тех пор океаны, моря, озера и реки уже никогда не покидали земной лик. Конечно, гидросфера постоянно наращивает свой объем за счет падения на Землю водосодержащих астероидов и комет, а также в результате деятельности вулканов. Каждые тысячу лет уровень Мирового океана поднимается на 1 мм за счет поступления воды из дегазируемых недр. Древние океаны на протяжении около 1,7 млрд. лет после формирования (от 4,27 до 2,5 млрд. л.н.) были не глубокими – 150–700 м. К среднему протерозою (около 1,2 млрд. л.н.) их глубины возросли до 2900 м. Почти нынешний объём воды в Мировом океане достигнут в вендском периоде (около 570 млн. л.н.). Кроме того, водная оболочка планеты постоянно меняла свой облик за счет дрейфа континентов – исчезали и возникали целые океаны, не говоря о морях и реках, но даже в периоды самых лютых оледенений оставались где-то на планете значительные объемы жидкой воды. В настоящее время поверхность Земли покрыта пятью океанами: Тихим, Атлантическим, Северным Ледовитым, Индийским и Южным (Антарктическим или Австралийским). Южный океан возник на месте раскола некогда единого материка на два других: Южную Америку и Антарктиду.

Начало формирования первых водных бассейнов на Земле около 4, 27 млрд. л.н. стало Океанической развилкой эволюции природы, которая ориентировала развитие планеты по уникальному, земному пути. В Солнечной системе в настоящее время, кроме Земли нет ни одной планеты или спутника с поверхностными бассейнами жидкой воды. Даже на планетах земного типа небольшое количество воды теперь находится либо в газообразном состоянии (на Венере) или в замороженном виде в полярных шапках и вечной мерзлоте (на Марсе), либо в форме водяного льда в глубоких кратерах, куда не проникают солнечные лучи (на Меркурии). Вода в предполагаемых водных бассейнах на некоторых спутниках газовых гигантов (на Европе, Ганимеде и Каллисто вокруг Юпитера и на Энцеладе у Сатурна) может находиться под толстым слоем льда, покрывающем небесное тело. Эволюция водных оболочек планет только на Земле пошла по пути формирования гидросферы. На Марсе образовалась криосфера, на спутниках Юпитера и Сатурна – ледяная кора. Даже если существуют на спутниках водные бассейны, перекрытые ледяным панцирем, то они имеют мало общего с земным Мировым океаном и его эволюцией. Сведения по выявленным к настоящему времени более чем шести тысячам экзопланет указывают на то, что их эволюция, скорее всего, пошла иными направлениями, нежели земной океанический путь. Океаническая развилка направила развитие нашей планеты по настолько уникальному эволюционному вектору, который, скорее всего, редко повторяется в Галактике. Океаническая развилка ориентировала эволюцию Земли не только на появление водной оболочки, но также на её долговременное существование (более 4 млрд. лет), постоянное преобразование и взаимодействие с другими земными оболочками. Кроме того, с Океанической развилкой оказалась связана важная особенность Земли – океаническая кора. Эти направления эволюции планеты, порожденные Океанической развилкой, привели к реализации в природе двух таких обязательных условий для появления живых форм материи, как постоянное длительное существование значительных объемов жидкой воды и такую же продолжительную циркуляцию вещества между верхними и нижними оболочками планеты. Непрекращающаяся вертикальная циркуляция химических веществ в процессе постоянного образования новой океанической коры обеспечивает вынос в океан из глубинных недр энергии и веществ, необходимых для зарождения живых организмов и поддержания их эволюции при самых экстремальных вариациях климатических условий.

Океаны стали важнейшим фактором формирования климата и погоды. Водяная оболочка влияет на обмен теплом и влагой между атмосферой и сушей. Вода имеет большую удельную теплоемкость, поэтому нагревается и остывает медленнее, чем острова и материки. Океанические течения обеспечивают перемещение теплых вод в холодные регионы планеты, и возвращают холодные воды в горячие тропики. В зимние периоды Мировой океан своим теплом обогревает континенты, а летом несет на сушу прохладу. Изменения глобальных течений, например, из-за дрейфа континентов, приводят к нарушению установившихся распределений давления и температуры воздуха. В совокупности с другими климатическими факторами, такие нарушения глобального теплообмена приводят к частичным и даже глобальным оледенениям или, наоборот, к резким повышениям температурного режима поверхности, к таянию ледников. Растут или снижаются уровни океана, происходят стихийные бедствия.

Как только на первичной базальтовой коре и/или на новообразованной коре «сухого океана» начали возникать первые водные бассейны, практически одновременно на дне этих водоемов происходило накопление слоя осадков иногда очень малой толщины вдали от берега. Однако в некоторых местах – довольно большой мощности, как правило, у берегов или за счет подводных извержений. Первостепенную роль в накоплении осадочных отложений играли мощные дождевые потоки, характерные для этих времен, которые смывали рыхлый вулканический материал в протоокеаны и протоморя. Кроме того, в водоемах происходило выпадение в осадок легких минеральных частиц, которые переносились ветрами с прилегающих территорий, не занятых водой. В осадки водоемов превращались: падающая космическая пыль, вулканический пепел и бомбы. Химические реакции в самой воде или при взаимодействии ее с атмосферными газами приводили к осаждению тех или иных химических соединений. Таким образом, в участках осадконакопления началось формирование океанической коры с её двухслойным строением: нижним – базальтовым и верхним – осадочным. В областях с океанической корой происходили некоторые специфические преобразования твердой мантии, и тем самым формировалась специфическая океаническая литосфера.

Океаническая кора имеет толщину и химический состав довольно постоянными под всеми океанами. Суммарная толщина океанической коры варьирует от 5 до 15 км. Осадочный слой покрывает дно морей и океанов – прошлых и нынешних. Его толщина, как правило, колеблется от нескольких метров до 2 км вблизи континентов. По окраинам океанов установлены аномально большие толщины осадочного слоя. Например, по периферии Атлантического океана линзы осадочных пород имеют толщины свыше 15 км.

Базальтовый слой занимает большую часть океанической коры, которая представлена базальтом – темной эффузивной (излившейся) горной породой, богатой магнием. Общая мощность этого слоя, в основном составляет 5–7 км. Формируется этот слой в зонах растяжения, т. е. в зонах спрединга [35] – в узких, протяженных областях срединно-океанических хребтов за счет извержения базальтов, выплавившихся из ультраосновной магмы мантии. Вся базальтовая толща океанической коры имеет основной состав, за исключением самой нижней части, которая представлена серпентизированными перидотитами (ультраосновной породой, состоящей в основном из оливина – Mg2SiO4 Fe2SiO4 и др.). Эти породы ультраосновного состава (содержат SiO2 менее 40 %) указывают на их происхождение из мантии. Для образования присутствующего в них минерала серпентина нужно высокое давление и наличие воды. Океаническая вода проникает в зонах растяжения коры по трещинам вниз до верхней мантии, где происходит образования серпентина. Таким образом, осуществляется приращение нижнего слоя океанической коры снизу за счет мантии.

Часть проникшей к мантии океанической воды, которая не участвовала в образовании серпентинов, после взаимодействия с раскаленным веществом мантии выходит обратно на дно океанов в виде многочисленных активных горячих термальных источников двух типов – «белых курильщиков» и «черных курильщиков». В этих источниках выходит океаническая вода, профильтрованная через породы подстилающей коры. За каждые 8 миллионов лет вся вода океанов проходила такую циркуляцию. На протяжении более 4,2 млрд. лет существования океанов действует этот процесс колоссальной интенсивности. Природа, на протяжении всего длительного периода прокачивала воду через меняющуюся кору и мантию, вынося в океан несчетное количество вариантов сочетаний химических элементов. С определенной периодичностью происходит изменение температуры и состава компонентов этих гидротермальных источников. В результате продолжительного действия такой мощной экспериментальной естественной химической лаборатории, не мудрено, сформировать комплекс химических соединений, способных самокопироваться, т. е. первое протоживое вещество.

Подводные геотермальные источники приурочены к осевым частям срединно-океанических хребтов в исчезнувших древних океанах, а также в нынешних: Тихом, Атлантическом, Индийском и других океанах. Подводные термальные излияния представляют собой трубообразные минеральные сооружения высотой в несколько десятков метров на глубинах до 2,5 км, из которых в океаны выбрасывается высокоминерализованная горячая вода (с температурой до 400°C) и пар под огромным давлением в сотни атмосфер в форме черного или белого дыма в воде. Тысячи труб «черных курильщиков» образуются вследствие выпадения из охлаждающегося раствора сульфидов металлов (соединений серы с железом, медью, никелем, цинком) и окислов железа и марганца, окрашенных в черный цвет. В настоящее время вокруг них существует среда обитания необычных биотических сообществ – хемосинтезирующих бактерий, получающих энергию не на счет продуктов фотосинтеза, а благодаря хемосинтезу. Хемосинтезирующие бактерии используют выносимые из недр сульфиды. В таких районах образуются огромные массы рудного вещества – скопления полиметаллических сульфидных руд богатых разными металлами (включая медь, золото, свинец). По мнению многих ученых, гидротермальные подводные источники «черные курильщики» и/или «белые курильщики» являются местами синтеза первых живых организмов.

Там, где одна литосферная плита сталкивается со смежной, формируются зоны субдукции, т. е. участки поддвигания древней коры под соседний блок. В зонах субдукции старая кора постепенно погружается (поглощается) в мантию, где расплавляется и смешивается с веществом мантии. Затем вещество из этой подземной лаборатории вновь извергается на поверхность планеты в зонах раздвижения плит (зонах спрединга). В этом круговороте вещества проявляется созданный природой естественный конвейер, который прокручивает через недра огромный объем горных пород. Этот механизм постоянной переработки земного материала обеспечил образование океанической и континентальной коры (см. Континентальная развилка), а также реализацию бесчисленного количества химических экспериментов, в результате которых в один, прекрасный для человечества, момент появились условия для генерации сложных соединений, способных создавать свои копии. Наиболее благоприятным местом для появления новых выдающихся природных изобретений должны быть, как отмечено выше, зоны спрединга, зоны срединно-океанических хребтов.

Постоянное обновление океанической коры привело к тому, что в настоящее время кора всех нынешних океанов является относительно молодой. Самые старые её участки образовались уже в позднеюрское время (около 150 млн. л.н.). Правда, в восточной части Средиземного моря (в бассейне Геродота) выявили остаток коры древнего океана Панталасса, омывавшего берега суперконтинента Пангеи. Возраст этой океанической коры составляет около 340 млн. лет (каменноугольный период). Кроме того, в горных хребтах могли сохраниться обломки древнейшей океанической коры. Например, в Гренландии обнаружен кусок коры возрастом не менее 3,8 млрд. лет. Образцы старой океанической коры встречаются весьма редко потому, что океаническая, более тяжелая кора при столкновении обычно погружается под континентальную кору. В редких случаях кусок океанической коры, срезаясь, выдавливается на часть континентальной коры и тем самым спасается от погружения в раскаленную мантию. Такой остаток океанической коры называют офиолитом, химический состав которого уже отличается от бывшей коры. В целом океаническая литосфера, с учетом твердой мантии (волновода), наращивает толщину по мере увеличения возраста, т. е. от зон срединно-океанических хребтов и рифтов (50 км и менее) к зонам субдукции (до 400 км). Движение тектонических плит с первичным базальтовым и океаническим типами литосферы привело к усложнению подводного рельефа планеты. Появились глубоководные впадины, хребты.