Самый древний возраст анортозитов лунных континентов – 4, 50 млрд лет, т. е. он практически совпадает с возрастом Луны, однако он сильно варьирует в интервале 4, 52–3, 80 млрд лет, но все же преобладают определения возраста 4, 00– 3, 80 млрд лет. Следует иметь в виду, что анортозитовый слой Луны – это на самом деле анортозитовая брекчия [1; 4], причем угловатые обломки анортозитов сами представляют брекчию («брекчия в брекчии»). Это свидетельствует о том, что при застывании магматического океана анортозитовая кора неоднократно взламывалась, дробилась под влиянием метеоритно-астероидной бомбардировки, что приводило к мгновенному расплавлению и даже испарению как вещества ударника, так и вещества мишени [2; 4]. В результате брекчии «склеивались» вулканическим стеклом, а на поверхности Луны появлялись породы, отличные по структуре и по составу от анортозитов. Американские аэронавты зафиксировали отдельные куски анортозитов с отчетливо выраженной крупнокристаллической структурой, свидетельствующей об их образовании не на поверхности, а на определенной глубине, обеспечивающей медленное остывание магмы. Предполагается, что на поверхность Луны они были доставлены в результате выброса с определенной глубины под влиянием взаимодействия метеорита-ударника с нижерасположенной массой анортозита (мишенью). Часть анортозитов содержит небольшое количество железистых силикатов (пироксенов) и получила название ферроанортозитов. Они имеют наиболее древний возраст – 4, 52–4, 50 млрд лет, т. е. близкий к возрасту Луны. Другие анортозиты содержат небольшое количество оливина и магнезиального пироксена и называются собирательным термином «Mg-комплекс». Их кристаллизационный возраст значительно шире – 4, 52–4, 35 млрд лет [4]. Наконец, среди образцов высокогорного реголита (брекчий и ударных расплавов) были обнаружены породы, обогащенные некогерентными элементами (K, REE, P), т. е. они не соответствуют кристаллической структуре лунных минералов (анортиту, пироксену, оливину). Геохимики эту комбинацию элементов назвали «KREEP-ассоциация», а породы, содержащие ее, удивительно постоянны по составу и имеют один и тот же кристаллизационный возраст – 4, 35 млрд лет. Это дает основание считать, что они являются финальным продуктом кристаллизации глобальной магматической системы [4] и фиксируют завершение образования коры и расслоение Луны на оболочки. Этап характеризовался удалением Луны за пределы Роша [4]. Учитывая значительные энергетические возможности Земли (в сравнении с Луной), можно предполагать, что анортозитам (включая ферроанортозиты и «Mg-комплекс») соответствовало образование базальтового и эклогитового слоя, а лунной KREEP-ассоциации у рубежа 4, 35 млрд лет – разрастание «пятен сиаля» и завершение первичной магматической кристаллизационной дифференциации [2; 4], окончание формирования первичной коры.
Если исходить из предположения, разделяемого большинством планетологов, что Земля образовалась за счет аккреции планетезималей, соответствующих по составу углистым хондритам класса СI, содержащим до 15–20 % летучих компонентов, в том числе воду, то тогда вполне удовлетворительно решается вопрос об образовании гидросферы Земли: к значительным объемам воды, выделившимся на первом этапе в виде пара с последующей конденсацией, присоединяется вода, не успевшая выделиться, захороненная в недрах Земли в составе метеоритного и, возможно, кометного материала. Этот исходный материал содержал и заметное количество органических соединений: молекул со связями углерод–водород, углерод–азот, азот–водород, метан, окись углерода, аммиак, воду.
Установление древнего возраста Земли (4, 56 млрд лет), как и возраста 1-го и 2-го этапов, выдвинуло на первый план проблему ее тепловой эволюции, известную как «дилемма Кельвина»: «Каково было начальное термальное состояние Земли и каковы были превалирующие механизмы ее теплопотерь для того, чтобы получить известные характеристики ее современного теплового состояния?» [7]. Попытки решения этой дилеммы сталкиваются с возможными двумя вариантами тепловой эволюции. Первый вариант – это тепловой коллапс планеты, неизбежно виртуально наступающий в геологическом прошлом и причем недалеко отстоящий от времени завершения аккреции, т. е. после рубежа 4, 45 млрд лет, но не 36 ВЕСТНИК ВГУ, СЕРИЯ: ГЕОЛОГИЯ, 2010, № 2, ИЮЛЬ–ДЕКАБРЬ позднее 4, 35 млрд лет. Одним из путей преодоления данного противоречия считается возможность существования в глубоких горизонтах мантии изолированного от конвективного влияния слоя, обогащенного радиоактивными компонентами.
Кандидатом на этот слой предлагаются [7]: 1) континентальная кора, которая была полностью рециклирована; 2) коматиитовая или базальт-коматиитовая кора, которая была также полностью субдуцирована и захоронена в мантии; 3) базальтовая кора. Нам представляется, что первый кандидат является более предпочтительным, поскольку данные по сравнительной планетологии (по Луне, Марсу и Меркурию) вполне допускают существование в ранней истории Земли более «кислой коры», особенно если учесть раннее появление на Земле гидросферы, что обеспечивает участие воды в формировании земной коры [2; 3].
Другой вариант тепловой эволюции предполагает, напротив, перегрев Земли, приводящий к термическим катаклизмам, которые регулярно, например, повторялись в истории Венеры [4]. К счастью для Земли (а точнее сказать, для нас, землян) тепловая эволюция идет по третьему «земному» варианту, в котором «предусмотрено» сбрасывание излишков тепла через механизмы тектоники литосферных плит в зонах спрединга, субдукции и др.). Но работали ли эти механизмы в архее и тем более в доархее?
Но прежде чем ответить на этот вопрос, следует рассмотреть более детально существующие представления о строении и составе первичной земной коры.
Наша планета, обладая значительно большей массой и объемом, чем Марс, Меркурий и тем более Луна, разогревала свои недра и поверхность значительно энергичней, чем эти планеты. Чем меньше отношение площади планеты к массе (объему), тем интенсивнее разогревается планета, по этому отношению с Землей может соперничать только Венера. Есть веские основания считать, что на Земле к рубежу 4, 45 млрд лет уже произошла более глубокая, чем на Луне, дифференциация мантии с образованием первичной коры, с более высоким содержанием щелочей (Na2O + + K2O) и кремнезема (до 50 %) и более низким содержанием СаО и MgO, т. е. это были более кислые породы от анортозито-базальтов и андезитов, вплоть до пород, соответствующих ТТГ-ассоциации (тоналит-трондъемит-гранодиоритовой). По А. А. Маракушеву [8], первичное расслаивание планет привело к образованию богатых железом ядер планет, состав которых отвечает железным метеоритам и палласитам, и силикатным оболочкам планет, представленных ультраосновной мантией, отвечающей по составу ахондритам–уреилитам, и земной корой, которая была тоже расслоена и отвечала в нижней части диогенитам, а в верхней – эвкритам; последние по составу почти не отличаются от неморских лунных базальтов с низким содержанием KREEP-компонентов. Модель расслоения Земли на оболочки А. А. Маракушева не противоречит данным сравнительной планетологии. Однако по механизму и времени образования, а также по составу коры она нуждается в некоторой корректировке. Во-первых, расслоение планеты приурочено, скорее всего, к интервалу 4, 45–4, 35 млрд лет; во-вторых, первичная кора подвергалась бомбардировке астероидно-метеоритными и кометными телами с размерами более 1, 0 км (мелкие тела не достигали земной поверхности из-за плотной атмосферы); в-третьих, скорее всего, первичная кора не была однородной, в частности, в ней были «пятна», обогащенные щелочами, кремнеземом и некогерентными элементами (по аналогии с лунной KREEP-ассоциацией и венерианскими шошонитами). Образование первичной земной коры происходило одновременно с формированием атмосферы и гидросферы (сначала в виде пара), которые вместе образуют единый гетерофазный чехол [1] – систему наружных оболочек, связанных единством происхождения и постоянным взаимодействием. Так завершился второй этап в ранней истории Земли. По А. В. Витязеву [9], на этой стадии между орбитами Венеры и Марса еще существовал рой тел с массой 10–2 от массы Земли (это чуть меньше массы Луны), а размеры самых крупных из них могли превышать первые километры.
Самым, пожалуй, спорным и не до конца разрешенным вопросом ранней истории Земли является образование протосиалической оболочки, т. е. континентального типа земной коры. Механизм образования может быть понят частично путем выяснения природы «серых гнейсов» и так называемой ТТГ-ассоциации. Д. М. Шоу [10] предлагает модель первичного состава доархейской коры с участием гранитной компоненты. Эту модель можно назвать моделью одновременно-последовательного образования земной коры: «одновременного» в том смысле, что в коре при кристаллизации сразу появляются островки, участки сиалической коры; «последовательного» в том смысле, что вся последующая эволюция коры приводит к В. И. Сиротин ВЕСТНИК ВГУ, СЕРИЯ: ГЕОЛОГИЯ, 2010, № 2, ИЮЛЬ–ДЕКАБРЬ 37 Доархейская и архейская история Земли: этапы, геодинамика и зарождение литогенеза усилению роли и окончательному становлению коры континентального типа. Схема формирования протокоры, по мнению этого автора, выглядит следующим образом: Земля образовалась в результате гомогенной аккреции. Следовательно, небулярная конденсация предшествовала разделению Земли на оболочки (ядро, мантия, протокора, поротоатмосфера), при этом произошло освобождение большого количества тепла. Большая часть редких газов высвобождается, а U, Th и редкоземельные элементы в значительной степени перемещаются в поверхностную зону. В значительной степени расплавленная мантия постепенно кристаллизуется в направлении вверх в процессе кондуктивного, адвективного и конвективного охлаждения с концентрацией литофильных элементов в близповерхностном базальтовом слое. Модель предполагает образование «анортозитовой накипи»: быстрое охлаждение поверхности за счет излучения замедлилось, а при ее застывании кристаллизовались плохо проводящие тепло минералы, главным образом, оливин, пироксен и плагиоклаз; более тяжелые первые два минерала погружались, унося с собой и часть плагиоклаза.