Катархей
| Катархейский эон сокр. Катархей | |
|---|---|
 Земля в катархее в представлении художника | |
| Геохронологические данные 4567—4000 млн лет назад |
|
| Длительность | 600 млн лет |
| Состояние | Формальный |
| Климат[1] | |
| Уровень кислорода | 0 % |
| Средняя температура |
менее 100°C (к концу эона) |
| Подразделения | |
|
отсутствуют |
|
Катархе́й (греч. κατἀρχαῖος — «ниже древнейшего», также гадей (англ. Hadean)[1 1], хэдий[2], азой, антезой, преархей, приской[1 2]) — геологический эон, интервал геологического времени, предшествовавший архею[2]. Осадочные породы из катархея неизвестны, однако часть древней катархейской коры в виде основных и ультраосновных вулканических и интрузивных пород возрастом примерно 4,4 млрд лет была найдена в Канаде на восточном берегу Гудзонова залива[3].
Начался с образования Земли — около 4,56 миллиарда лет (4,56⋅109 лет ±1%) назад[4]. Верхняя граница проводится по времени 4,0 млрд лет назад (точно). В современной геохронологической шкале он не разделён на эры и периоды, а сам имел неформальный статус[5] до октября 2022 года, пока не был принят официально[6].
На основании данных об изотопном и элементном составе пород Земля дифференцировалась на слои (магма, мантия и ядро) спустя примерно 35 млн лет после начала аккреции. Выделение тепловой энергии после многочисленных столкновений формирующейся планеты с крупными астероидами и в процессе радиоактивного распада короткоживущих изотопов позволяло поддерживать на поверхности слой расплавленной магмы, которая при высоком давлении и температуре разделялась на силикатный и железный расплавы. В значительной мере в Катархейский эон, а также во время Архея относительно высокая температура поверхности и атмосферы поддерживалась за счёт радиоактивного распада радионуклидов (по оценкам, в результате радиоактивного распада производилось тепла в 3-6 раз больше чем в современных условиях[7]), таких как калий-40, а также из-за высокой концентрации парниковых газов в атмосфере. Особо крупные астероиды могли вызывать образование океанов магмы глубиной до 400 км, что позволяло накапливаться железным расплавам (как более тяжёлым) на дне магматического слоя и опускаться внутрь планеты, наращивая ядро[8].
Большую роль в дальнейшем образовании планеты сыграло появление Луны. Предполагается, и это хорошо согласуется с возрастом Луны, что спутник нашей планеты возник в результате столкновения по касательной Земли и крупного тела размером с Марс[9]. В результате такого крупного столкновения, во-первых, изменился наклон земной оси (до 23°), во-вторых, произошло массовое плавление мантии с образованием магматического океана с глубиной до 700 км.
Рельеф
По современным представлениям на поверхности Земли в катархейское время существовали крупные магматические плато, которые образовывались в процессе деятельности мантийных плюмов. Излияния лавы постоянно наращивали верхний слой формирующейся коры, а уже сравнительно остывшие и твёрдые элементы постоянно расплавлялись и перемешивались в процессе ударов астероидов[10].
Эволюция системы Земля — Луна
Вскоре после начала катархея, 4,5 миллиарда лет назад, образовалась Луна, наиболее вероятно, что это произошло в ходе гигантского столкновения, расплавившего большие участки поверхности прото-Земли.
Сутки в то время длились 6 часов и приблизительно равнялись периоду обращения Луны, который очень быстро возрастал ввиду приливного взаимодействия в системе Земля-Луна, тем самым замедляя вращение Земли.[11].
В начале катархея Луна находилась на границе предела Роша, то есть на расстоянии около 17 тысяч километров от Земли, но это расстояние быстро увеличивалось (поначалу со скоростью около 10 км/год). К концу катархея скорость удаления Луны от Земли снизилась до 4 см/год, а расстояние между ними в это время составляло около 150 тысяч километров[12].
Атмосфера и океаны
В материале, из которого образовалась Земля[13], могло быть значительное количество воды. В процессе формирования планеты, когда она была менее массивной, молекулы воды преодолевали земную гравитацию с большей лёгкостью. Водород и гелий, как полагают, постоянно улетучиваются и по сей день из-за рассеивания атмосферы.
При ударном формировании Луны породы на одном или двух больших участках поверхности прото-Земли должны были расплавиться. Нынешний состав не соответствует полному плавлению, так как трудно полностью расплавить и смешать огромные массы горных пород[14]. Тем не менее изрядная часть материала должна была испариться при таком воздействии, и из испарившихся горных пород вокруг молодой планеты появилась бы атмосфера. В течение двух тысяч лет испарившиеся горные породы конденсировались, в результате чего оставались горячие летучие вещества, которые, вероятно, образовали тяжёлую углекислую атмосферу с водородом и водяным паром. Жидкая вода океанов существовала, несмотря на поверхностную температуру 230 °C, из-за давления тяжёлой атмосферы, состоящей из углекислого газа. Охлаждение продолжалось, в атмосфере значительно снизилось количество углекислого газа из-за субдукции и растворения в воде океанов, но концентрация резко колебалась из-за новых движений земной коры и мантии[15].
При исследовании циркона обнаружили, что жидкая вода, возможно, существовала ещё 4,4 миллиардов лет назад, вскоре после образования Земли[16][17]. Если эта гипотеза верна, то время, когда Земля завершила переход от наличия горячей расплавленной поверхности и атмосферы, полной диоксида углерода, к состоянию во многом такому же, как сегодня, можно условно датировать примерно 4 миллиардами лет назад. Действие тектоники литосферных плит и океанов поглотило большое количество углекислого газа, устранив тем самым парниковый эффект, и привело к гораздо более прохладной температуре поверхности и формированию твёрдых пород и, возможно, даже жизни[16][17].
Хронология
4,57-4,45 млрд. лет назад - ранняя горячая планета
Происходит столкновение Земли с крупным небесным телом, что приводит к отрыву участка мантии Земли и образованию Луны. Старейшие горы Луны имеют вораст 4,49 млрд лет. С этим временем связывают образование Луны.[18]
На поверхности сформировались магматические океаны, которые остывали по мере рассеяния тепла в космос.J[19] Рассеяние тепла приводило к интенсивным и турублентным конвекционным потокам мантии.
4,40-4,00 млрд. лет назад - охлаждение Земли
Первые сформировавшиеся магматические породы были базальтовыми и коматиитеческими, как современная океаническая кора.[20] Старейшая континентальная кора образованная гранито-гнейсом возрастом 4,03 млрд. лет сохранилась в гнейсах Акаста на реке Акаста (северо-запад Канады), гнейсах Уйвак (Uivak) Лабрадора, в Цянси и Аньшань Китая, Восточно-Антарктических хребтах; в Анабарском плато, Восточных Саянах (Россия). Большая часть первой сформировавшейся коры была в последующем разрушена, в том числе вследствии бомбардировки метеоритами и обращена обратно в мантию.
Следы бомбардировки Земли метеоритами в катархее к сегодняшнему дну подверглись эрозии и исчезли. Данные о этих процессах делаются на основе изучения кратеров Луны. Наибольшему метеритному воздействию Земля подверглась 4,5 млрд. лет назад, потом число метеоритных падений постепенно уменьшается. Новый всплеск метеоритных воздействий происходит 3,9 млрд. лет назад - Поздняя тяжелая бомбардировка. Этот всплеск метеоритных падений связывается с отклонением космических объектов с орбит находящихся за орбитой Марса.[21] Период 4,4-4,0 млрд. лет назад был относительно спокойным. В этот период перерыва в метеоритных бомбардировок происходило осаждение океанов. 4,0-4,2 млрд лет назад гидросфера была представлена жидкой водой и паром с температурами до 250°C. После завершения интенсивной метеоритной бомбардировки 4,5 млрд. лет назад, происходит быстрое охлаждение в течении 1-10 млн. лет.[22] Однако, поздняя тяжелая бомбардировка 3,9 млрд. лет незад снова привела к испарению океанов.
Примечания
- ↑ Га́дес или Аи́д (др.-греч. Ἀΐδης или ᾍδης, также Ἀϊδωνεύς) — у древних греков бог подземного царства мёртвых и название самого царства мёртвых.
- ↑ Уолтер Брайан Харланд называл это время «прискойский период».
Источники
- ↑ Hadean Eon - Britannica. Дата обращения: 9 января 2022. Архивировано 9 января 2022 года.
- ↑ 2,0 2,1 Михайлова И. А., Бондаренко О. Б. Основные геологические (стратиграфические) подразделения // Палеонтология. Часть 1. — Учебное пособие. — M.: Изд-во МГУ, 1997. — С. 76. — 448 с. — ISBN 5-211-03868-1. Архивировано 8 апреля 2012 года.
- ↑ Formation age and metamorphic history of the Nuvvuagittuq Greenstone Belt // Precamb. Res
- ↑ Cohen, Kim (October 2022). "New edition of the Chart - 2022-10". International Commission on Stratigraphy".
- ↑ International Chronostratigraphic Chart (англ.). International Commission on Stratigraphy (март 2020). Архивировано 23 февраля 2021 года.
- ↑ New edition of the Chart — 2022-10. Дата обращения: 22 октября 2022. Архивировано 22 октября 2022 года.
- ↑ Pollock, H.N., 1997. Thermal characteristics of the Archaean. In: deWit, M., and Ashwal, L. (eds.), Greenstone Belts. Oxford: Oxford University Press, pp. 223–232.)
- ↑ Биография Земли: основные этапы геологической истории. Дата обращения: 13 января 2020. Архивировано 10 сентября 2021 года.
- ↑ Докембрийская история зарождения и эволюции Солнечной системы и Земли. Статья I. Дата обращения: 13 января 2020. Архивировано 13 января 2020 года.
- ↑ Stagnant-lid tectonics in early Earth revealed by 142Nd variations in late Archean rocks
- ↑ Сорохтин, Ушаков, 2002, с. 92—93.
- ↑ Сорохтин, Ушаков, 2002, с. 78—79.
- ↑ Drake, Michael J. Origin of water in the terrestrial planets (англ.) // Meteoritics & Planetary Science. — 2005. — Vol. 40, no. 4. — P. 515—656. — doi:10.1111/j.1945-5100.2005.tb00958.x. — . Архивировано 11 августа 2017 года.
- ↑ G. Jeffrey Taylor. Origin of the Earth and Moon (англ.). Planetary Science Research Discoveries (31 декабря 1998). Дата обращения: 31 января 2017. Архивировано 5 марта 2001 года.
- ↑ Sleep, N. H.; Zahnle, K.; Neuhoff, P. S. Initiation of clement surface conditions on the earliest Earth (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2001. — Vol. 98, no. 7. — P. 3666—3672. — doi:10.1073/pnas.071045698.
- ↑ 16,0 16,1 Chang, Kenneth. A New Picture of the Early Earth (англ.). The New York Times (2 декабря 2008). Дата обращения: 28 февраля 2014.
- ↑ 17,0 17,1 Abramov, Oleg; Mojzsis, Stephen J. Thermal State of the Lithosphere During Late Heavy Bombardment: Implications for Early Life (англ.) // American Geophysical Union, Fall Meeting 2008. — 2008. Архивировано 3 июля 2017 года.
- ↑ Canup, R.M., and Righter, K., 2000. Origin of the Earth and Moon. Tucson: University of Arizona Press, 555p.
- ↑ ones, J.H., and Palme, H., 2000. Geochemical constraints on the origin of the Earth and Moon. In: Canup, R.M., and Righter, K. (eds.), Origin of the Earth and Moon. Tucson: University of Arizona Press, pp. 197–216.
- ↑ Taylor, S.R., 1992. Solar system evolution: A new perspective. New York: Cambridge University Press, 307pp.
- ↑ Cohen, B.A., Swindle, T.D., and Kring, D.A., 2000. Support for the lunar cataclysm hypothesis from lunar meteorite impact melt ages. Science,290, 1754–1756.
- ↑ Pollock, H.N., 1997. Thermal characteristics of the Archaean. In: deWit, M., and Ashwal, L. (eds.), Greenstone Belts. Oxford: Oxford University Press, pp. 223–232.
Литература
- О. Г. Сорохтин, С. А. Ушаков. Происхождение земли и её догеологическая история // Развитие Земли. — М.: Изд-во МГУ, 2002. — 506 с. Архивировано 21 июля 2022 года.
- Иорданский Н. Н. Развитие жизни на земле. — М.: Просвещение, 1981.
- Короновский Н. В., Хаин В. Е., Ясаманов Н. А. Историческая геология : Учебник. — М.: Академия, 2006.
- Ушаков С. А., Ясаманов Н. А. Дрейф материков и климаты Земли. — М.: Мысль, 1984.
- Ясаманов Н. А. Древние климаты Земли. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
- Ясаманов Н. А. Популярная палеогеография. — М.: Мысль, 1985.