Луна могла способствовать возникновению первых континентов на Земле

Фото из открытых источников

В сутках вечно не хватает часов. Но для планетолога Саймона Лока из Бристольского университета именно это обстоятельство стало отправной точкой в его исследованиях. Он изучает события, произошедшие около 4,5 миллиарда лет назад, когда Земля столкнулась с небесным телом размером с Марс. В результате этого столкновения сформировалась Луна, а сама Земля начала вращаться с такой скоростью, что продолжительность суток на ней составляла всего несколько часов.

Столь короткие сутки изменили и форму Земли. Как утверждает Лок в статье, опубликованной в журнале JGR: Solid Earth, из-за быстрого вращения планета сплюснулась, превратившись в эллипсоид с заметным утолщением на экваторе. По мере того, как Луна удалялась от Земли, вращение планеты замедлялось, а её земная кора — только что затвердевшая после состояния магматического океана — испытывала колоссальное напряжение. Возникшие в результате деформации могли спровоцировать процессы плавления и вулканизм, которые послужили основой для формирования первых континентов, подготовив тем самым почву для начала тектоники плит.

«Планета очень быстро становится динамичной, — говорит Лок. — По сути, вы запускаете весь этот процесс».

Идея Лока может показаться обманчиво простой, но, по словам Манар Аль-Асад, геофизика из Дартмутского колледжа, которая выступила рецензентом данной работы, никто прежде не рассматривал подобный сценарий. Исследование, вероятно, будет иметь большое значение для изучения ранней Земли — от происхождения её атмосферы до взаимодействия ядра и мантии. «Это открывает множество направлений для дальнейших детальных исследований», — отмечает она.

В основе этой работы лежит исследование 2012 года, которое показало, что в момент столкновения, приведшего к образованию Луны, Земля могла вращаться гораздо быстрее, чем считалось ранее. Согласно этому сценарию, в результате удара значительная часть нашей планеты испарилась, образовав массу в форме тора (бублика), которую Лок и его соавторы назвали «синестией». Впоследствии из этого расплавленного облака сформировались Луна и Земля.

Гипотеза о синестии пока труднодоказуема, однако в последние годы у неё появилось немало сторонников. Она показалась Локу достаточно правдоподобной, чтобы попытаться проследить дальнейший ход событий. Для этого он адаптировал простые динамические модели, которые традиционно используются для изучения деформаций небольших, быстро вращающихся небесных тел.

На начальном этапе Луна находилась в непосредственной близости от быстро вращающейся, выпуклой в экваториальной области Земли. Сформировавшаяся земная кора была значительно толще на экваторе, чем у полюсов. Гравитационное воздействие Луны вызывало мощные приливы на поверхности затвердевшей планеты, которая вскоре также покрылась океанами. «Планета словно сжимается и "дышит"», — описывает процесс Лок.

На протяжении миллионов лет эти приливы приводили к рассеиванию энергии, из-за чего Луна постепенно удалялась от Земли, а вращение самой планеты замедлялось. Этот процесс продолжается и по сей день: каждый год Луна отдаляется примерно на 4 сантиметра, а примерно через 200 миллионов лет продолжительность земных суток увеличится до 25 часов.

По мере замедления вращения Земли центробежная сила ослабевала, и экваториальное вздутие планеты уменьшалось. Это означало, что кора в районе экватора должна была сжиматься, тогда как в приполярных областях — растягиваться. Согласно моделям Лока, деформация должна была быть весьма значительной: сжатие в экваториальной области по своей интенсивности сопоставимо с процессами, которые сегодня приводят к формированию Гималаев.

Как отмечает Лок, тектонические процессы не ограничивались лишь изменением рельефа поверхности. Растяжение и сжатие приводили к растрескиванию плотной первичной земной коры, открывая пути для проникновения атмосферного углекислого газа и воды в более глубокие слои планеты. Это, в свою очередь, провоцировало процессы плавления и вулканизм, способствуя образованию легких, гранитоподобных пород, из которых состоит континентальная кора.

По словам Аль-Асад, эти процессы могут объяснить, почему геологи обнаруживают следы гранитоподобных пород на столь раннем этапе — в течение первых 200 миллионов лет истории Земли. Она подчеркивает, что все это могло происходить без участия тектоники плит, которая предполагает погружение (субдукцию) плотной океанической коры в недра планеты. «Это еще один способ переработки вещества, не требующий субдукции».

Аль-Асад также предполагает, что часть первичной плотной коры могла погрузиться в мантию — возможно, вплоть до границы между мантией и ядром. По ее мнению, этот материал мог внести вклад в формирование двух загадочных областей, состоящих из плотных пород и сопоставимых по размеру с целыми континентами; они до сих пор располагаются на этой границе. Впрочем, добавляет она, пока ни одна геодинамическая модель детально не исследовала такую возможность.

Йошинори Миядзаки, планетолог из Ратгерского университета, отмечает: поскольку до наших дней дошло крайне мало горных пород той эпохи, трудно установить, действительно ли Земля вращалась с той высокой скоростью, которой требуют модели «синестии» (гипотетического состояния планеты в ранний период). Тем не менее, модель Лока, по его словам, содержит меньше спорных допущений, чем другие попытки объяснить раннее появление континентальной коры. «Похоже, она хорошо вписывается в общую картину».

Ученые давно пытаются понять, почему Земля стала пригодной для жизни, тогда как Венера превратилась в «теплицу» с атмосферой, на 97% состоящей из углекислого газа. Одной из причин может быть тектоника плит: она обеспечивает постоянный возврат углерода в недра Земли, в то время как на Венере, по-видимому, существует «неподвижная оболочка» (stagnant lid), из-за чего углекислый газ накапливался в атмосфере. Если Луна с самого начала способствовала приведению земной коры в движение, то это может быть еще одной причиной, по которой наша планета пошла по иному геологическому пути, — говорит Миядзаки. — «Вполне возможно, что именно Луна во многом предопределила этот процесс».