Новое о роли метеоритно-астероидной бомбардировки в истории Земли
В. И. Сиротин, Воронежский государственный университет
На основе данных сравнительной планетологии в истории Земли выделено девять этапов, подтвержденных усилением астероидно-метеоритной бомбардировки. Ключевые слова: метеориты, астероиды, планеты, импакты, рифты.
В подавляющем количестве публикаций по сравнительной планетологии кратерированные поверхности Луны, Меркурия и Марса признаются результатом метеоритной (импактной) бомбардировки [1, 4, 10, 11]. Для Луны выделяется пять периодов (систем) формирования кратерированной поверхности: 1) донектарисовая (4, 5–3, 92 млрд лет), 2) нектарисовая (3, 92–3, 85 млрд лет), 3) имбрианская (3, 85–3, 15 млрд лет), 4) эратосфенская (3, 15–1, 0 млрд лет), 5) коперниканская (1, 0 млрд лет до ныне) [10, 11]. Предполагается, что бомбардировка имела неравномерный характер, т. е. имели место эпохи активизации и затихания в доставке импактов. Для Меркурия, вероятно, будут выделены также периоды кратерирования, пока же известны более молодые сильно кратерированные и более древние менее кратерированные (гладкие равнины с погребенными кратерами-фантомами) местности [2]. Знаменитый бассейн Калорис на Меркурии диаметром 1340 км имеет возраст 3, 85 млрд лет, что хорошо согласуется с возрастом бассейнов Имбриум и Ориентел на Луне [10]. Для Луны, Земли и других внутренних планет предполагается заметное ослабление в доставке метеоритного материала в коперниканский период. Образование импактных кольцевых структур на Луне явилось спусковым механизмом для последующего заполнения их (с отставанием в несколько десятков млн лет) лавовыми покровами базальтов. На всех внутренних планетах отмечен, наряду с площадным, вулканизм центрального типа: знаменитые щитовые вулканы Марса (Олимп, Арсия, Аскрийя, Павлина, Альба), открытый в конце января 2008 года американским космическим аппаратом гигантский вулкан на Меркурии с диаметром основания примерно в 600 км, вулканы Венеры [6, 9].
Было проведено детальное изучение топографии и морфологии рифтовых зон двух регионов Венеры-Регио, Атла-Регио и Бета-Феба. Оба региона расположены в экваториальной зоне Венеры, но достаточно удалены друг от друга (первый имеет примерные координаты 0–10° с. ш. и 190– 210° з. д., второй — 10–20° с. ш. и 260–270° з. д.). Намечается тройное сочленение ветвей рифтовых зон, столь характерное для земных аналогичных зон. Была установлена глобальная система венерианских рифтов общей протяженностью 40000 км, разделенных на возрастные группы и далее внутри групп также разбракованных по возрасту. Выяснилось, что самые молодые рифты приурочены к экваториальной зоне и хорошо коррелируются с положительными аномалиями венерианской фигуры («геоида»). Топографически они представляют глубокие долины с поднятыми флангами (крыльями). Были построены многочисленные профили, в результате оценена как амплитуда рельефа, так (что особенно важно) и величина горизонтального перемещения литосферы в рифтовых зонах. Для Атлы-Регио были получены следующие характеристики рифтов: ширина — от 230 км до 470 км, а глубина от поднятых флангов — от 1, 5 км до 7, 0 км (восточное крыло выше западного). Для Бета-Феба были получены примерно те же характеристики, однако в этой зоне чаще западное крыло оказывалось выше восточного. Примечательно, что точки тройного сочленения находятся на возвышении местного рельефа. Горизонтальное перемещение в зонах рифтов составило 2, 3-7, 7 км. Данные по этим рифтам хорошо коррелируются с параметрами, характерными для Восточно-Африканских разломов. Единичные профили (для Бета-Феба) показали отсутствие каньона: система трещин располагается на возвышении, что можно интерпретировать как начальную стадию рифтообразования.
Вулканическая деятельность связана с эволюцией самих планет (внутренние факторы), но опосредованно и на нее может влиять метеоритноастероидная бомбардировка (внешние космические факторы). Таким образом, следует различать вулканизм импактный и вулканизм, вытекающий из тепловой истории планеты, механизма выделения, накопления и потери тепла. Земля теряет тепло в зонах спрединга, субдукции, коллизии, а также путем кондукции на обширных площадях древних платформ и прилегающих участков шельфа, континентального склона и в ложе Мирового океана с системой трансформных разломов. Эта организованная система отдачи тепла предохраняет Землю от перегрева и расплавления [10, 11].
За все геологическое время на Земле сохранилось доныне около 150 импактов-кратеров. Распространены они чрезвычайно неравномерно, большая их часть приходится на Северную Америку, Европу и Австралию. Самый юный кратер-импакт Земли находится в штате Аризона (США). Возраст его оценивается в 50 000 лет, диаметр — около 1, 2 км, а глубина — около 200 м. Эти данные говорят о том, что астероидно-метеоритная бомбардировка, хотя и убывала со временем, продолжалась в течение всей геологической истории и имела пульсационно-прерывистый характер. Подтверждением этого явились данные, приведенные группой американских ученых на международном симпозиуме по сравнительной планетологии в г. Москве в октябре 2007 года по результатам исследования кратерированной поверхности долины Мангала на Марсе [5] на площади, ограниченной 12°–19, 6° южной широты и 148, 7°–150, 7° западной долготы. Подсчет кратеров осуществлялся с учетом геологической истории долины Мангала, в течение которой сформировались разноуровневые (и следовательно, разновозрастные) террасы под влиянием периодически возникающей водной эрозии. В свою очередь, водные потоки появлялись под влиянием резкого усиления бомбардировки поверхности, приуроченной к рубежам 3, 5; 1, 0; 0, 4–0, 5 и 0, 2 млрд лет. Возможно, в будущем будут установлены и другие рубежи (например, 2, 6 млрд лет, 1, 65 млрд лет). Таким образом, с учетом суммирования всех известных данных по астероидно-метеоритной бомбардировке, можно выделить в истории Земли:
1) этап «горячей Земли»: 4, 55–4, 45 млрд лет; в ходе набора Землей массы в результате метеоритноастероидной аккреции примерно на 99, 9 % произошла ее дифференциация на ядро, мантию и первичную земную кору. Наблюдалась интенсивная метеоритная бомбардировка поверхности Земли, в том числе вполне вероятное столкновение Земли с объектом размером с Марс, что породило образование Луны (по катастрофическому сценарию) [8, 10, 11];
2) этап охлаждающейся («теплой», «прохладной») Земли: 4, 45–4, 20 млрд лет (доархейская эра), характеризуется отсутствием интенсивной бомбардировки, интенсивным вулканизмом на Земле, Луне (завершение формирования анортозитовой коры, в том числе ферроанортозитов, Mg-комплекса, KREEP-ассоциации). Аналогичные процессы со своей спецификой происходили на Меркурии, Венере и Марсе [7, 11];
3) этап интенсивной бомбардировки планет астероидно-метеоритными телами: 4, 20–3, 85 млрд лет. Кратерированные поверхности Луны, Меркурия и Марса созданы в основном в течение этого этапа;
4) этап бомбардировки у рубежа 3, 5 млрд лет хорошо согласуется с началом архейской эры; 5) этап возможной бомбардировки у рубежа 2, 6 млрд лет (?);
6) этап бомбардировки у рубежа 1 млрд лет (верхний протерозой, рифей);
7) этап бомбардировки у рубежа 0, 5–0, 4 млрд лет (начало фанерозойской эры) подтверждается геологическими данными, например многочисленными находками метеоритов в кембрийсих известняках Швеции, анализ этих известняков привел к выводу, что количество поступающих метеоритов было в 100 раз больше, чем в настоящее время; 8) этап бомбардировки у рубежа 0, 2 млрд лет (начало мезозоя);
9) этап бомбардировки у рубежа 65 млн лет (начало кайнозоя).
Такое совпадение с периодизацией геологической истории, безусловно, не является случайным – оно свидетельствует об активном влиянии бомбардировки на все геодинамические процессы на Земле, в том числе и на эволюцию жизни.
Осмысливая динамическую природу тектоники литосферных плит, мантийных плюмов и горячих точек, разрушительную деятельность эрозионных процессов, уничтоживших информацию о ранней истории Земли, мы приходим к пониманию того, что Земля это не изолированная система, а сестра в семействе земных планет, разделившая вместе с ними многие события из их истории, наиболее существенным из которых является астероидно-метеоритная бомбардировка.
Список литературы
1. Гаррелс Р. М. Эволюция осадочных пород / Р. М. Гаррелс, Ф. Г. Макензи. — М. : Мир, 1974. — 271 с.
2. Очерки сравнительной планетологии. — М. : Наука, 1981. — 326 с.
3. Ранняя история Земли / под ред. Б. Уиндли ; пер. А. К. Запольновой, Е. И. Кравцовой, А. П. Платуновой и А. В. Сочавы ; под ред. К. О. Кратца. — М. : Мир, 1980. — 624 с.
4. Хаин В.Е. Основные проблемы современной геологии (геология на пороге XXI века). — М. : Наука, 1994. — 190 с.
5. Basilevsky A. T., Neukum G., Werner S., van Gasselt S., Dumke A., Kneissl T., Rommel D., Wendt L., Wolf U., Zuschneid W., Head J.W. Geologic history of Mangala valles, Mars, from geologic analysis and crater counts. Abstract Vernadsky-Brown «Microsymposium 46» (2–3 Oktober 2007, Moscow, Russia).
6. Guseva E.N. Detailed stady tonography and morphology and estimates of total horizontal extension of rift zones of Alta and Beta-Phoebe regions, Venus. Abstract Vernadsky-Brown «Microsymposium 46» (2–3 October 2007, Russia).
7. John W Valley, William H. Peck, Elizabeth M. King, Simon A. Wilde. A cool early Earth. Geology, 2002. — V. 30. — no. 4. — P. 351–354.
8. Hartman William K. A Brif History of the Moon // The planetary report, 1997. — V. 17. — № 5. — P. 5–11.
9. Hurwitz D. M. and Head J. W. Surface features in Snegurochka Planitia (V 1) and Their implications for mantee evolution on Venus. Abstract Vernadsky-Brown «Microsymposium 46» (2–3 October 2007, Moscow, Russia).
10. New the solar System. — Cambridge : Cambridge university press, 1999. — 421 p.
11. Sirotin V. I. To the problem of prearchean history of the Earth (on the basis of comarative planetology data). Abstract Vernadsky-Brown «Microsymposium 46» (2–3 October 2007, Moskow, Russia).