Катархей

Катархе́й (греч. καταρχαῖος — «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].

Катархейский эон
сокр. Катархей
Земля в катархее в представлении художника
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

Начался с образования Земли — около 4,54 миллиарда лет (4,54⋅109 лет ±1%) назад. 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[4] до октября 2022 года, пока не был принят официально[5].

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, 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[6].

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[7]. 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.

РельефПравить

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[8].

Эволюция системы Земля — ЛунаПравить

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.[9].

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[10].

Атмосфера и океаныПравить

В материале, из которого образовалась Земля[11], 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[12]. 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[13].

При исследовании циркона обнаружили, что жидкая вода, возможно, существовала ещё 4,4 миллиардов лет назад, вскоре после образования Земли[14][15]. 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[14][15].

ПримечанияПравить

  1. Га́дес или Аи́д (др.-греч. Ἀΐδης или ᾍδης, также Ἀϊδωνεύς) — у древних греков бог подземного царства мёртвых и название самого царства мёртвых.
  2. Уолтер Брайан Харланд называл это время «прискойский период».

ИсточникиПравить

  1. Hadean Eon - Britannica. Дата обращения: 9 января 2022. Архивировано 9 января 2022 года.
  2. 1 2 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.
  3. Formation age and metamorphic history of the Nuvvuagittuq Greenstone Belt // Precamb. Res
  4. International Chronostratigraphic Chart (англ.). International Commission on Stratigraphy (март 2020). Архивировано 23 февраля 2021 года.
  5. New edition of the Chart - 2022-10
  6. Биография Земли: основные этапы геологической истории. Дата обращения: 13 января 2020. Архивировано 10 сентября 2021 года.
  7. Докембрийская история зарождения и эволюции Солнечной системы и Земли. Статья I. Дата обращения: 13 января 2020. Архивировано 13 января 2020 года.
  8. Stagnant-lid tectonics in early Earth revealed by 142Nd variations in late Archean rocks
  9. Сорохтин, Ушаков, 2002, с. 92—93.
  10. Сорохтин, Ушаков, 2002, с. 78—79.
  11. Drake, Michael J.[en]. Origin of water in the terrestrial planets (англ.) // Meteoritics & Planetary Science[en]. — 2005. — Vol. 40, no. 4. — P. 515—656. — doi:10.1111/j.1945-5100.2005.tb00958.x. — Bibcode2005M&PS...40..519D.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 1 2 Chang, Kenneth. A New Picture of the Early Earth (англ.). The New York Times (2 декабря 2008). Дата обращения: 28 февраля 2014.
  15. 1 2 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.

ЛитератураПравить

  • О. Г. Сорохтин, С. А. Ушаков. Происхождение земли и её догеологическая история // Развитие Земли. — М.: Изд-во МГУ, 2002. — 506 с.
  • 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.