Гадейский (доархейский) этап

Охватывает интервал от 4,45 до 4,0 млрд лет. Для характеристики этого этапа почти нет никаких фактических данных, и все построения базируются лишь на общих соображениях и на сравнительном анализе с другими планетами, особенно с Луной, где сохранились следы происходящих в это время процессов.Тогда пейзаж поверхности Земли мог напоминать современный пейзаж Луны.

Начало рассматриваемого этапа связано с распадом Протолуны в зоне Роша, выпадением значительной части её обломков на Землю (рис. 5.2), образованием на околоземной орбите молодой Луны за счёт внешнего приливного горба разрушенной планеты. Инерционная отдача при этом позволила перейти нашему вечному спутнику на более удаленную орбиту, что спасло его от окончательного разрушения. Луна начала отодвигаться от Земли, а осевое вращение последней начало тормозиться (продолжается этот процесс и сейчас).

Возраст Земли по последним данным составляет 4,45±0,02 млрд лет, а гадейский этап продолжался до 4.0 млрд лет тому назад. Считается, что аккреция длилась не более 100 млн лет, а соударение планетозималей сопровождалось значительным тепловыделением, что привело к плавлению вещества планеты, образованию гипотетического «магматического океана» и разделению на мантию и жидкое ядро. Произошло это, по мнению ряда ученых, быстро, в течение нескольких или десятков миллионов лет. Вместе с тем некоторые авторы полагают, что этот процесс завершился в конце архея. В.Е. Хаин [35] считает, что первичное ядро должно быть полностью расплавленным; твердое внутреннее ядро образовалось намного позже, но и мантия также, вероятно, подверглась частичному расплавлению под влиянием сопровождавшего аккрецию интенсивного разогрева в результате соударений планетозималей и радиоактивного распада. Это привело к образованию магматического океана, который охватывал верхнюю часть мантии до глубины 750 км. Предполагается, что в магматическом океане помимо плавления происходила химическая и кристаллизационная дифференциация и конвективное перемешивание.

О.Г. Сорохтин и С.А. Ушаков [29] пишут, что в течение всего гадейского этапа (до 4 млрд лет назад) Земля была холодной и пассивной в тектоническом отношении, однородной, соответствующему составу углистого хондрита, а процесс зонной дифференциации возник с начала палеоархея. Большую роль в этом играла гравитационная дифференциация вещества различной массы, при которой более тяжелые элементы опускаются вниз к центру Земли, а более легкие поднимаются вверх. В результате она должна расслоиться на оболочки так, чтобы более глубокие из них состояли из более тяжелых веществ. Главных оболочек у Земли две – мантия и ядро. Следовательно, основным результатом гравитационной дифференциации вещества на Земле является выделение в ней тяжелого ядра.

Эти авторы полагают, что «запуск» тектонических процессов произошел на рубеже около 4 млрд лет назад, когда под влиянием огромной приливной энергии (приливы высотой более 1,5 км), вызванной близким положением Луны (19-25 тысяч км), начались эндогенный разогрев и плавление недр. Из-за огромных приливов происходили непрерывные и сильные землетрясения, которые оказывали разрушительное действие на любой расчлененный рельеф, нивелируя его. Это привело к саморазвитию Земли, отличному от развития других планет, образованию земного ядра, мантии, земной коры, астеносферы, гидросферы и атмосферы.

В гадейский этап образовалась первичная земная кора базальтового состава. На Земле она полностью переработана последующими процессами (ее следами могут быть переотложенные зерна циркона с возрастом 4,2 млрд лет в Западной Австралии). Но первичная кора известна на Луне, где имеет анортозитовый состав, а ее формирование завершилось 4,4-4,35 млрд лет назад. Данные по изотопии Sr, Nd и Ga из древнейших палеоархейских пород в Канаде и Гренландии показывает, что мантия к началу архея была деплетирована, т.е. истощена за счет ухода ряда компонентов в новообразованную кору.

Поверхность Земли в гадейское время напоминала нынешнюю поверхность Луны с ее кратерами различных размеров или синформами, которые разделяются узкими гребневидными антиформами [21]. Для лунной стадии типично формирование кольцевых структур – первых тектонических элементов Земли различного ранга и происхождения, свидетельствующих о наличии у планеты твердой оболочки. Их происхождение могло быть как экзогенным, так и эндогенным, т.е. в результате удара космических тел или излияний щитовых вулканов. На поверхности Земли в гадейский этап формировалась кора из «насыпного» материала типа лунного реголита, который, будучи достаточно мощным (до десятков метров), служил хорошим тепловым экраном, что способствовало разогреванию протокоры за счёт распада радиоактивных элементов.

Как пишет В.Е. Павловский, состав первичной твердой оболочки отвечает составу современной верхней мантии, а поверхность Мохо, видимо, совпадала с внешней «дневной» поверхностью. Энергичная плутоническая и вулканическая деятельность осуществлялась на Земле, как и на других планетах земного типа, в том числе и на Луне. Разнообразные по составу лунные базальты изливались одновременно с формированием коры, в возникновении которой они, как и плутоны, играли ведущую роль. Неодинаковые составы плутонических пород свидетельствуют об образовании их из различных магматических очагов. Возникновение базальтов под ударами планетозималей, пробивавших тонкую твердую кору, также могло иметь место. Особенно интенсивная метеоритная бомбардировка была около 4 млрд лет тому назад. В ударных кратерах возникали лавовые озёра, но они быстро застывали, так как не было подпитывающих их глубинных магматических очагов.

Энергичный вулканизм породил первичную атмосферу, ставшую защитой от метеоритной бомбардировки. В ее вероятном составе находились углекислый газ, водород, пары воды, аммиак, метан, сероводород, сернистый газ, аргон, сильные кислоты, азот и окись углерода. Эта атмосфера с ее парниковым эффектом сыграла выдающуюся роль в мобилизации материала в источниках сноса, который затем заполнил осадочные бассейны. Осадочное, вулканогенно-осадочное и вулканогенное вещество этих бассейнов стало тем материалом, из которого потом формировалась континентальная кора. Протоатмосфера Земли была сходной с нынешней венерианской атмосферой, т.е. разогретой, и имела плотность до 10 атмосфер, что обусловило её парниковый эффект. Начало геологической истории Земли отвечает началу осадочных процессов, когда температура на её поверхности опустилась до 150-180 ⁰С и появилась вода в жидкой фазе. При больших давлениях атмосферы (свыше 10 атмосфер) эта температура появления воды могла быть гораздо выше.