Ранняя история. Земля, как и другие планеты, пережила ранние фазы эволюции — фазу аккреции («рождения»), фазу расплавления внешней сферы земного шара и фазу первичной коры («лунную фазу»).

Фаза аккреции. Конкретных данных о фазе аккреции Земли, т. е. образования ее из хаотического роя твердых, преимущественно каменных, некрупных тел и пылевых частиц, нет. Но аккреция как общепланетарный процесс, в реальности которого в настоящее время никто не сомневается, был, естественно, свойствен и Земле. Его надо представлять себе как непрерывное выпадение на растущую Землю относительно все большего количества крупных тел, укрупняющихся в своем полете при соударениях между собой, и притяжением к себе более удаленных мелких агрегатов. Вместе с крупными телами на Землю падали (вонзались в ее поверхность) и самые крупные объекты — планетезимали, зародыши «неудавшихся» планет. Их поперечники измерялись многими километрами и даже первыми десятками километров, т. е. они имели размеры астероидов или некрупных спутников больших планет.

В фазу аккреции Земля приобрела приблизительно 95% современной массы, на что потребовалось всего 17 млн. лет. С окончания фазы аккреции Землю считают вступившей в этап планетарного развития.

Во время аккреции Земля долго оставалась холодным космическим телом, и только в конце этой фазы, когда началась предельно интенсивная бомбардировка ее крупными объектами, произошло сильное разогревание, а затем полное расплавление вещества внешней зоны планеты.

Фаза расплавления внешней сферы Земли устанавливается по аналогии с ранней историей других планет, в первую очередь Луны, а также Меркурия, Марса. Лунная поверхность образована магматическими породами (анортозитами), время кристаллизации которых датируется 4,6—4,0 млрд. лет назад. Эти данные и являются доказательством расплавления внешней сферы Луны в раннюю фазу ее существования, непосредственно вслед за аккрецией. По данным дистанционных исследований, аналогичную фазу пережили Меркурий и другие планеты, у них поверхностные породы — также магматические основного состава. Фазу раннего расплавления внешней сферы Земли признают как планетологи, так и геологи.

В настоящее время большинство планетологов к этому же времени относят и общую дифференциацию вещества Земли, т. е. образование у нее ядра, мантии и коры.

Когда образовалось ядро? Планетологи придают этому вопросу большое значение, поскольку с его появлением связывают внутреннюю активность планеты, а значит, и начало действия эндогенных процессов — тектонических и вулканизма. Образование ядра обусловило возникновение у Земли диполярного магнитного поля. Установление на Земле самых древнейших палеомагнитных пород с возрастом 3,7 млрд. лет — свидетельство существования в то время ядра, а следовательно, и мантии. Считают, что Земля дифференцировалась уже в первые 100 млн. лет своего существования.

Ландшафты того далекого времени были уникальны. Вся поверхность Земли представляла собой океан раскаленного тяжелого расплава с прорывающимися из него газами. В этот своеобразный океан продолжали стремительно врываться как малые, так и крупные космические тела, удары которых о жидкую поверхность вызывали образование всплесков, фонтанов и другие формы взлета и падения тяжелой жидкости. Над раскаленным океаном простиралось сплошь укутанное густыми тучами небо, с которого на поверхность не падало ни капли воды.

«Лунная фаза». Остывание расплавленного вещества внешней сферы Земли вследствие излучения тепла в космос и ослабления метеоритной бомбардировки, не могущей компенсировать потерю тепла, привело к образованию тонкой первичной коры базальтового состава.

В раннюю историю Земли происходило и формирование гранитного слоя материковой коры. Самые древние из выявленных гранитных интрузий имеют возраст не менее 3,5 млрд. лет, т. е. они, безусловно, доархейские. Дж. Шоу считает, что гранитные породы — результат скопления близ поверхности более легких фракций расплавленной массы вещества недр. Он даже полагает, что первичная базальтовая (анортозитовая) кора образовалась уже поверх гранитного слоя. Проблема гранитов очень сложна, и единого мнения об их происхождении нет, тем более что на других планетах кислых пород, к которым относятся граниты, нет. Граниты признаются как вторичные породы, но прошедшие расплавление или глубокий метаморфизм и в конце концов превратившиеся в магматические кристаллические породы. Такого мнения придерживался В. И. Вернадский.

В течение всей фазы формирования коры, поверхность которой имела температуру выше 100°С, продолжалось выпадение преимущественно крупных тел. На всей поверхности нашей планеты создавался типичный для всех других планет земной группы рельеф ударных кратеров. Из-за широкого распространения метеоритных кратеров фаза существования ранней коры называется также «лунной фазой».

В лунную фазу существования Земля постепенно охлаждалась от температуры плавления базальтов (1000°— 800°) до 100° С. С преодолением температурного рубежа + 100°С связано все последующее преобразование природной среды и эволюция земной коры.

2.2 Геологическая история

Геологическое время — это принципиально новый период развития Земли как планеты в целом, так и особенно ее коры и природной среды.

Как только температура опустилась ниже 100°С, состояние воды изменилось. Водяные пары атмосферы, а в них была сосредоточена практически вся гидросфера Земли, почти целиком превратились в жидкость, наиболее активное состояние воды по сравнению с ее газовой и твердой фазами. Сухая до того времени Земля стала необычайно обводненной. Сформировались поверхностный и грунтовый стоки, возникли водоемы, в том числе и океаны. Начал функционировать круговорот воды в природе.

Конечно, судить о масштабах скопления на поверхности Земли первичных вод трудно, хотя и существуют некоторые признаки, по которым можно ориентировочно оценить глубину бассейна седиментации и химический состав вод. Важен сам факт обнаружения осадочных пород такого древнего возраста. Это означает, что временной рубеж между ранней и геологической историей проходит где-то около 4 млрд. лет назад. Следовательно, на всю раннюю историю Земли остается всего 0,6 млрд. лет.

И все же представить объем воды на Земле в начале ее геологической истории хотя бы приблизительно мы можем. Не в меньшей степени, чем объем воды в первичных океанах, интерес представляет и ее химический состав. Г. Д. Холланд, изучавший состав вод древних океанов, пришел к выводу о сходстве их химического состава водам современного океана. После охлаждения земной поверхности до температуры ниже 100°С на ней образовалась огромная масса жидкой воды, которая представляла собой не простое скопление неподвижных вод, а находящихся в активном глобальном круговороте. Несмотря на эволюцию этого круговорота в ходе времени, основные особенности его сохранились неизменными. В структурном отношении круговорот, как и в настоящее время, распадался на звенья: атмосферное (испарение, перенос влаги, осадки), литосферное (поверхностный и подземный стоки), океаническое. Значение круговорота воды в природе велико. В процессе его функционирования происходит поглощение солнечной энергии и распределение ее по земному шару. Вода благодаря своей необычайной подвижности и химической активности вступает во взаимодействие с природными компонентами, способствуя их взаимосвязям, чем и обеспечивает формирование того глобального природного комплекса, который в настоящее время называется географической оболочкой.

2.3 Эволюция атмосферы

Еще в догеологическое время, в фазу расплавления внешней сферы земного шара (а возможно, и более глубоких его горизонтов), огромные массы выделявшихся газов образовали первичную атмосферу Земли. Основными компонентами выделявшихся из недр Земли газов, как и у других планет — Марса и Венеры, — были углекислый газ и водяной пар; другие компоненты присутствовали только в виде следов. Так что состав первичной атмосферы Земли, образовавшейся за счет выделения газов и воды при расплавлении планетного вещества, был аналогичен составу летучих компонентов при современных вулканических извержениях. По данным А.С. Монина, газы, выделяющиеся из современных вулканов, содержат преимущественно водяной пар. В составе газов базальтовых лав гавайских вулканов с температурами до 1200° С водяной пар составляет 70—80% по объему. В фумарольных газах Курильских островов с температурами около 100° С содержится 79,7% водяного пара. Вторым по значению компонентом, составляющим атмосферу, является углекислый газ. В газах из лав его находится от 6 до 15%. При температурах 800—1000°С из лав отгоняются кроме водяного пара преимущественно «кислые дымы» — НСl и HF, при температуре 500° С — сера и ее соединения — H₂ S, SO₂ и др., а при более низких температурах — борная кислота и соли аммония. Представляется, что парциальное давление водяного пара ранней атмосферы Земли в несколько раз превышало парциальное давление углекислого газа. Другими словами, атмосфера состояла главным образом из водяного пара с существенной примесью углекислого газа.

Таким образом, в фазу расплавления внешней сферы земного шара практически вся гидросфера находилась в составе атмосферы. Такую своеобразную атмосферу, состоящую в основном из пара воды, Дж. Уолкер назвал «примитивной паровой атмосферой».

Имеются все основания полагать, что в фазу расплавления внешней сферы земного шара выделившийся водяной пар, охлаждаясь на большой высоте, образовывал густой облачный покров и интенсивные дождевые осадки. Однако падающие из облаков капли воды на некоторой высоте над поверхностью планеты, где температура воздуха была выше 100°С, превращались в пар, который снова поднимался вверх. Над раскаленной поверхностью Земли функционировал своеобразный круговорот воды: пар — дождевые осадки — пар и т. д.

Этот круговорот воды в природе, локализованный в пер­вичной атмосфере Земли вблизи температурного уровня 100° С, практически не оказывал влияния на общий ход эволюции планеты и на развитие ее поверхности. Но он был зародышем того могучего круговорота воды на Земле, который сформировался позже и имел огромное влияние на развитие планеты в целом, а особенно ее природной среды.

После охлаждения земной поверхности до температуры ниже 100° С произошел переход атмосферного водяного пара в жидкую воду. На сухой и очень горячей тогда земной поверхности образовался сток, заложилась речная сеть и возникли водоемы. Земная поверхность стала сильно обводненной и начала подвергаться интенсивному воздействию водных потоков. С этого рубежа и начинается геологическая история.

Изменения температурных условий на Земле, а вслед за этим и всей природной обстановки не могли не отразиться и на атмосфере. Изъятие из атмосферы огромного количества воды и образование поверхностного стока и водоемов оказали огромное влияние на состав и эволюцию воздушной среды. Из водной атмосферы она превратилась в основном в углекислую, в которой водяной пар из господствующего компонента превратился во второстепенный, хотя и важный.

Образование на земной поверхности крупных водоемов оказало воздействие на дальнейшую эволюцию атмосферы. В ней началось быстрое уменьшение содержания углекислого газа. СО₂ легко растворяется в воде, и преобладающая его часть была поглощена ею. Об этом мы можем с достаточным основанием судить по современным условиям. В настоящее время между атмосферным углекислым газом и растворенным в океанах в условиях равновесного состояния их между собой в океанических водах находится в 60 раз больше углекислого газа, чем его имеется в атмосфере. Если же учесть способность углекислого газа легко переходить из водной среды в формирующиеся толщи осадков, то его содержание в водах океана будет все время уменьшаться, а соответственно будет падать величина парциаль­ного давления растворенного газа. Результатом возрастающего неравновесия между парциальным давлением углекислого газа в водной среде и в атмосфере должен явиться переход СО₂ из воздушной среды в водную. Это уменьшение содержания углекислого газа в атмосфере должно было продолжаться до тех пор, пока вновь не восстанавливалось равновесие газа в обеих средах. Из только что сказанного следует, что к началу геологической истории состав атмосферы и ее другие параметры сильно изменились. Воздушная среда не только утратила почти всю воду, находившуюся в ней в виде пара, но в ней осталось мало и СО₂ . Во много раз уменьшилось и ее давление.

К этому времени и природные условия на Земле резко изменились. Природная среда на нашей планете стала непохожей на ту, что была на других планетах и что была у нее в ранние фазы истории.

Дальнейшая эволюция атмосферы связана главным образом с появлением и развитием органического мира, прежде всего растительности.

2.4 Эволюция биосферы

До начала геологической истории, т. е. до того времени, когда температура земной поверхности и приземного слоя воздуха оставалась выше 100° С, жизнь на Земле зародиться и существовать не могла. Но когда температура стала ниже 100° С, произошло сильное обводнение поверхности и тем самым создалась обстановка, благоприятная для зарождения жизни.

Воду в космосе всегда считали и продолжают считать необходимым условием зарождения жизни. С наличием воды на Марсе, установленным на основе наземного телескопического спектрального анализа, связывалась вера в существование жизни на этой планете.

Процесс зарождения живого вещества из неживой материи чрезвычайно сложен, и мы не ставим перед собой задачу рассмотреть его. О нем говорится в основополагающем труде А.И. Опарина о зарождении жизни. Для нас важен сам факт зарождения жизни, время, когда это произошло, условия и роль биосферы в формировании глобального природного комплекса — географической оболочки.

Органический мир получает солнечную энергию не только в процессе фотосинтеза. Как показал А. Л. Чижевский, любые бактерии, даже любая клетка живого организма поглощают солнечную радиацию и трансформи­уют ее в другие виды биохимической энергии, на основе которой они и развиваются. Этот процесс до сих пор изучается, хотя достоверность факта непосредственного поглощения клетками живого организма солнечной энергии не вызывает сомнения.