Катархей: Как на Земле появились атмосфера и моря
Катархей: Как на Земле появились атмосфера и моря
В катархейском эоне (4.6-4 миллиарда лет назад) на Земле появилась жизнь. Ключевым же условием, делающим существование оной возможным, является наличие на планете жидкой воды. В свою очередь, океаны, не считая океанов подлёдных, нуждаются в атмосфере, давление которой удерживает воду от закипания. Таким образом, вода и атмосфера, как минимум, в конце катархея на Земле уже были.
Итак, откуда на Земле взялась вода? На первый взгляд, всё просто. Вода — космически распространённое соединение. В составе газопылевой туманности, из которой формировались Солнце и планетная система, воды было больше, чем пыли. И на момент, когда окружающий Протосолнце остаточный диск сплющился, стал разреженным, и спиральные волны плотности, которые легко наблюдать при образовании уходящей в сток водой воронки, замкнулись и превратились в десять протопланетных колец, воды в них, естественно, было очень много. Она присутствовала в четырёх формах: пар, снег (водяная пыль), лёд (в составе «дальних» ледяных планетезималей) и в связанном виде — в хондритах. Катышки космической пыли в процессе роста захватывают молекулы всех газов (кроме водорода). Так что, содержание воды в первичном твёрдом веществе Солнечной системы может доходить до 22% массы.
Казалось бы, засуха в такой ситуации не грозит. Но третье кольцо, из которого формировалась Земля, находилось слишком близко к Солнцу, чтобы снег и лёд могли в нём существовать. Не удержался и пар, — рассеянные молекулы газов просто сдуло потоками солнечного ветра, как только термоядерный механизм выделения энергии заработал в родившейся звезде в полную силу.
Остались хондриты, воды в которых с лихвой хватило бы на планету-океан. Но этап, на котором в кольце, собирая пыль, росли планетезимали, сменился этапом формирования планетоидов. Уже достаточно массивные тела, ускоряясь взаимным притяжением, сталкивались с возрастающей силой, нагревались, плавились… и теряли газы. Немедленно вытесняемые из кольца (ибо гравитация планетоидов ещё не могла удержать их) давлением излучения.
На катастрофическом же этапе вещество планеты прошло окончательную просушку. Сталкивающиеся планетоиды уже не просто плавились, а частично испарялись. В процессе многократно пройденного цикла плавления, испарения, остывания и нового осаждения, верхние слои Протоземли прошли полную дегазацию, освободившись от веществ мало-мальски летучих.
Откуда же взялась вода? Предположение, что её занесли на Землю кометы, не выдержало проверки математикой: комет слишком мало, даже их общая масса превосходит массу Земли только в пять раз. Кроме того, для превращения в ледяные тела путём кропотливого намораживания рассеянных газов, разлетевшимся из зоны формирования планет скальным осколкам требовалось время. В катархейский эон они представляли собой не «космические айсберги», а покрытые инеем скалы.
Очевидно, вода, как и атмосферные газы, вышли из недр Земли. Раз уж этот процесс продолжается до сих пор, не приходится сомневаться, что механизм выделения газов куда активнее работал в прошлом. В недра же лёгкие вещества попали, всё-таки, в составе хондритов. Поскольку выделение ударного тепла происходит на поверхности формирующегося тела, именно от поверхности к центру, а не наоборот, и распространяются плавление и дифференциация недр. В какой-то момент Протоземля представляла собой покрытый тонкой корой, то и дело ломающийся под ударами поглощаемых тел, океан жидкого камня, окружающий всё ещё холодное, сложенное насыщенными газами и водой хондритами ядро. В таком виде оно, естественно, долго не продержалось, но как установлено теперь, на протяжении катархея современного — металлического — ядра у планеты ещё не было. Даже в тот момент, когда фаза роста уже завершилась, и Протоземля наконец, стала Землёй, металлы ещё тонули, а лёгкие вещества древнего ядра, уступая им место, всплывали в веществе мантии.
Исключая (да и то, не полностью) частный случай Меркурия, формировавшегося в кольце столь жарком, что даже кремниевый пар частично был изгнан из него, планеты не успевают полностью растерять изначально входившие в состав хондритов воду и газы. Полностью освобождаются от них лишь внешние слои, активно прогревающиеся и перемешивающиеся грандиозными импактами на катастрофической фазе. В глубинах же кое-что остаётся. Причём, запасы эти во не в полной мере ясных масштабах пополняются за счёт радиогенного механизма. Продуктом распада нестабильных изотопов, помимо тепла, является ещё и водород, соединяющийся в мантии с кислородом.
Под действием архимедовой силы вода, как и прочие газы входящие в состав вулканических выбросов, всплывает, скапливаясь под твёрдой и непроницаемой корой. Оттуда она выходит наружу при извержениях. Как только атмосфера перестала срываться импактными взрывами, то есть, в начале катархея, Земля окуталась быстро уплотняющейся газовой оболочкой. Сначала, очень горячей, но уже в середине эона пар начал проливаться дождями.
Молодая Земля оставалась очень сухой планетой. Воды, наполнявшей не океаны, а кратеры, при этом, воды кипящей, было в то время в 700 раз меньше, чем в наши дни. Но для возникновения жизни такого количества оказалось достаточно.
