Изучая первичные продукты начального этапа планетообразования (например, Психею, Весту или Цереру), а также разрушенные фрагменты (более мелкие астероиды и кометы), мы надеемся воссоздать некоторые из первых «глиняных мишеней». Но теперь представьте, что вам дали случайную коробку, где находится только доля одного процента обломков. Какую историю вы сможете угадать? Какая мишень у вас получится? Вероятно, поначалу астероидов всех размеров было в тысячи раз больше, так что почти все нынешние детали относятся к давно исчезнувшим головоломкам.
Для астероидов диаметром менее 100 км разрушение – это творение. Каждый из них возник в процессе распада более крупного родительского тела, так что их образование происходит иерархически: распад тяжеловеса приводит к каскаду фрагментов. Для тел размером более 1000 км, напротив, творение – это аккреция. Столкновения ведут к слияниям, эмбрионы превращаются в олигархи, а затем – в планеты. Этот процесс тоже является иерархическим, но развивается снизу-вверх, как дерево. Как это организовано на деле, нам непонятно, поэтому так важны грядущие экспедиции NASA к астероидам среднего размера, таким как Психея и Патрокл
[312], которые находятся примерно на грани между этими двумя группами.
Из-за того, что аккреция происходила иерархично, мы не можем определить точное время образования Земли. Можно сказать, сколько время прошло с момента t0 до отделения земного ядра от мантии
[313], но это нижний предел того, как долго шло формирование Земли, поскольку железо могло отделиться и внутри более мелких эмбрионов, из которых она возникла. А образование Луны, вероятно, произошло примерно через 50 млн лет после этого, что согласуется с тем, что это был один из последних актов аккреции олигарха.
С точки зрения геологии после столкновения с Тейей Земля стала совершенно новой, «с иголочки», планетой, результатом вторичной переработки всех своих старых составляющих, хотя в науке по-прежнему кипят споры по поводу того, насколько хорошо все было перемешано и не осталось ли «где-то внизу», в мантии, больших кусков Тейи, сохранивших свой состав. Это зависит от энергетики столкновения и конкретного сценария образования Луны: гигантское столкновение с большой энергией расплавило бы все вокруг, нажав на кнопку геологической перезагрузки, а плавное слияние могло сохранить остатки Тейи как отдельные слои в глубине Земли.
Как только земная кора затвердела после гигантского столкновения, приведшего к образованию Луны, на планете началась геология. Первое время все менялось слишком быстро, чтобы мы могли это отследить, но затем покрытая корой малоподвижная мантия сгустилась – как овсянка в печи. Крупные тела продолжали сталкиваться с Землей и иногда разрушали эту древнюю кору, так что в ее истории было множество фальстартов. В отличие от массивной Земли, которая оставалась отчасти расплавленной, Луна, согласно данным термального моделирования
[314], полностью затвердела в течение 10 млн лет. Парадоксальным образом чем больше Луна подвергалась бомбардировкам на стадии тонкой коры, тем быстрее она остывала; каждый удар частично вскрывал кору, обнажал океан магмы и перемешивал кашу, ускоряя потерю тепла. В таком случае Луна – за исключением слоя KREEP с его радиоактивным разогревом – могла затвердеть всего за миллион лет
[315].
Геологи не работают с линейной шкалой времени, за исключением тех случаев, когда им приходится это делать, – при условии, что они могут разместить события во времени. Так, с момента появления прорывных работ Юджина Шумейкера мы работали над тем, чтобы скоординировать геологическое время (число, привязанное к каким-либо событиям) по всей Солнечной системе, выискивая для этого доказательства и улики. Очевидное место, с которого стоит начать установление этих связей, находится у нас на заднем дворе, на «седьмом континенте» Луне. Поскольку Луна так быстро утратила способность к изменяющей все геологии, именно там мы можем найти лучше всего сохранившиеся свидетельства злоключений, через которые Земля проходила вскоре после своего формирования.
Нектарский и раннеимбрийский периоды на Луне, от 3,5 до 4 млрд лет назад, совпали с первым цветением жизни на Земле. Гигантские бомбардировки происходили и там, и, хотя возникшие в результате ударные бассейны исчезали и менялись из-за геологических процессов, при их образовании в космос было выброшено огромное количество материала коры. Точно так же, как на Землю падают метеориты, извергнутые с Луны, наш спутник подвергался бомбардировке земными камнями. Там они смешивались с лунным реголитом – и мелкие обломки пород, и песчинки, и огромные валуны. Они прилетали в то время, когда на Земле зарождалась и расцветала жизнь, и у большинства из них относительная скорость составляла щадящие 2–3 км/с, немного выше лунной скорости убегания. Надежды на то, что земные организмы могли прижиться на Луне, мало, но там могли сохраниться следы первоначальной жизни.
Циркон, как вы, возможно, помните, – высокотемпературный силикатный минерал, лабораторный анализ которого позволяет провести радиометрическое датирование и установить давление и температуру в момент его образования. На Земле циркон рассказывает нам о катархее, и в особенности о циклах древнего планетного вулканизма и об условиях того времени, например о концентрации в атмосфере молекулярного кислорода, которая связана с присутствием или отсутствием воды
[316]. Цирконы были обнаружены и в лунных образцах, и большинство из них, если судить по их химии, имеют лунное происхождение. Но образец 14321, доставленный «Аполлоном-14», возможно, происходит с Земли. В обломках кварца и полевого шпата из этой породы содержится и циркон, кристаллизовавшийся 4 млрд лет назад при окислительных условиях
[317], температурах и давлениях, очень отличающихся от условий образования других лунных цирконов и более типичных для богатой жидкостью низкотемпературной среды вроде той, что имелась под ранней континентальной корой Земли.
