Текст книги "История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет"

Автор книги: Роберт Хейзен

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 26 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

Враждебный мир

Если смотреть из космоса – например, с безопасного расстояния молодой Луны, базальтовая оболочка Земли выглядела бесконечно черной с красными дуговидными трещинами и отдельными яркими пятнами, где гигантские, фонтанирующие лавой вулканы вздымались над поверхностью. Облака грязновато-белого, смешанного с золой пара окутывали некоторые из наиболее богатых летучими веществами вулканы и окружающую территорию.

Вообразите себя на только что образовавшейся, черной земной коре гадейской эпохи, более 4,4 млрд лет назад. Вы не смогли бы долго просуществовать в суровом, чужеродном мире. Метеориты неустанно обрушиваются на поверхность планеты, разбивая тонкую, хрупкую кору, разбрасывая вокруг камни и расплескивая магму. Повсюду вздымаются конусы вулканов, поднимаясь на тысячи метров ввысь и выбрасывая громадные фонтаны магмы под воздействием взрывов пара и летучих веществ, которые в один прекрасный день охладятся настолько, что превратятся в океаны и атмосферу. И ни следа жизненно необходимого кислорода. Над суровой, совсем еще юной Землей витает невыносимый запах сернистых соединений, вашу кожу ошпаривает раскаленный пар, ваши глаза выжигает ядовитый газ. В этом враждебном мире вас ждала бы короткая, но мучительная агония.

Удалявшаяся Луна все еще играла важную роль в образовании земной коры. Охватывавшие весь земной шар приливы раскаленных камней и магмы, хотя и не с той мощью, что в первые века после катастрофы с Тейей, постоянно раскалывали и коробили земную поверхность, образуя трещины, сквозь которые красная жижа вновь и вновь выплескивалась наружу, препятствуя образованию твердой поверхности. Неприятное соседство с Луной вызывало бешеное вращение Земли вокруг собственной оси: сутки по-прежнему продолжались пять часов, бушевали неистовые бури и немыслимой силы ураганы, куда более жестокие, чем все те, что нам показывают сегодня в метеосводках.

Но под этой неприглядной поверхностью уже начались неотвратимые процессы превращения Земли в живую планету. В ее перемешанных, расплавленных глубинах начали формироваться определенные структуры – вещество, из которой впоследствии образуются континенты и океанское дно, атмосфера и моря, растения и животные. Нагрев, охлаждение и кристаллизация с последующим разделением кристаллов, часть из которых оседала, а часть всплывала, накапливание перидотита, частичное плавление – все это формировало Землю в те далекие времена юности планеты, 4,5 млрд лет назад. Эти процессы продолжаются даже и по сей день.

Необъятное хранилище внутренней тепловой энергии Земли, о котором мы в основном и рассуждаем в этой главе, продолжает играть важнейшую роль в формировании нашей родной планеты. В наши дни самым очевидным проявлением мощи раскаленных недр являются действующие вулканы с их фонтанами раскаленной магмы и огненными реками лавы. Об адском пекле, скрытом глубоко в недрах планеты, напоминают гейзеры и горячие сернистые источники. Вот уже более 4,5 млрд лет земной истории поверхность планеты держит удар тепловой энергии, рвущейся из раскаленной сердцевины к растрескавшейся поверхности и далее в космическое пространство. Под напором конвективных завихрений мантии и непрерывным давлением приливных сил Луны поверхность Земли изгибается и коробится, раскалывается и скручивается. Континенты находятся в постоянном движении, расходятся, сталкиваются, трутся друг о друга в бесконечном танце тектонических плит под управлением тепловой энергии. В течение всей нашей жизни внутреннее тепло Земли изменяет твердь, по которой мы ходим, перерабатывает воду, которую мы пьем, и изменяет воздух, которым мы дышим.

Из-за внутреннего жара Земля какое-то время оставалась черной планетой, глазированной тонкой базальтовой коркой. Но детство планеты не могло длиться долго. Новый ярко-голубой слой вот-вот должен был окутать земной шар в результате вулканической активности.

Глава 4
Голубая Земля

Образование океанов

Возраст Земли: от 100 до 200 млн лет

Раннее детство Земли, первые полмиллиарда лет или около того, окутаны мраком тайны. Горные породы и минералы предоставляют нам осязаемые данные о большей части исторического прошлого планеты, но мало что из горных пород и минералов сохранилось от самого древнего из периодов – гадейской эпохи. По этой причине любое описание процесса первичного охлаждения Земли и появление на ее черной поверхности воды опираются на предположения, основанные на экспериментах, моделях и расчетах. При этом неизбежны различного рода неточности.

Впрочем, это тоже полезно. Ведь ничто не приносит такое разнообразие и оживление в работу лаборатории, как осознание того, что «мы знаем, что мы ничего не знаем», и вероятность того, что в любой день мы можем обнаружить какой-нибудь мелкий факт, который приблизит нас к истине. Еще более соблазнительной представляется возможность обнаружить в природе вещей нечто такое, о чем «мы не знали, что мы не знали», т. е. сделать такие открытия, которые расширят пределы таинственного[7]7
  Эти цитаты часто приписываются докладам Дональда Рамсфельда (2002 г.), однако впервые они появились в 1997 г., в предисловии Максин Сингер к моей книге «Почему черные дыры не черные?» (Why Aren’t Black Holes Black?). – Прим. авт.


[Закрыть]. Именно способность ставить вопросы по-новому торит дорогу к прорывным открытиям: например, вместо того, чтобы просто спросить «Каковы химические и физические свойства минералов?», можно задаться вопросом «Как эволюционировали минералы?».

Очень важно составить список того, что мы не знаем. Все данные свидетельствуют о том, что Луна образовалась в результате сильнейшего столкновения, однако мы не можем с уверенностью сказать, ни когда именно это столкновение произошло, ни какова была заключительная траектория Тейи. Учитывая колоссальную мощь этого удара, можно представить, что на магматический океан Земли обрушился проливной дождь раскаленных силикатов, но у нас столь мало данных о длительности и интенсивности остывания перегретой планеты, что это может на десятилетия остаться предметом научной полемики. Столь же неточными представляются данные о первичном расстоянии и скорости удаления Луны, хотя они являются решающими для понимания ее эволюции. Точно так же мало известно, когда впервые образовались океаны и как они выглядели. Как бы то ни было, они образовались, и наш последующий рассказ, основанный на всех новейших данных, имеет полное право на существование.

Черная Земля не могла долго оставаться черной. По всей планете вулканы ежедневно миллиардами тонн выбрасывали в густеющую атмосферу азот, углекислый газ, ядовитые сернистые соединения и водяной пар. Эти летучие вещества и соединения – те же молекулы, которые образовали различные виды льдов в первичном газово-пылевом облаке, те же атомы, которые мы вдыхаем и которые входят в состав сложнейших тканей нашего организма, – выполняли множество функций в процессе быстрой эволюции Земли. Горячая вода, смешиваясь с горными породами магмы, снижала их температуру плавления, превращая их в чрезвычайно перегретый суп, устремлявшийся к поверхности. Вблизи поверхности газы, растворенные в этом магматическом супе, превращались из жидкости в бурно расширяющийся газ, вызывая массированные извержения вулканов, нечто вроде газированной воды, вырывающейся из-под крышки бутылки после хорошего взбалтывания. В насыщенных водой флюидах (жидких и газообразных легкоподвижных компонентах магмы) растворялись также и концентрировались редкие элементы: бериллий, цирконий, серебро, хлор, бор, уран, литий, золото и многие другие – все это впоследствии превратится в разнообразные рудные тела в становящейся более сложной земной коре. В хаосе земной поверхности бурлящие потоки и сокрушительные волны выполняли главную роль в эрозии горных пород, образовании первых песчаных отмелей и накоплении прибрежных осадочных отложений. Коротко говоря, вода явилась главным архитектором твердой поверхности Земли.

Внимание к океанам и атмосфере носит несколько антропоцентричный характер, поскольку эти подвижные среды занимают незначительное место на планете в целом. В наше время океаны составляют всего 0,02 % всей массы Земли, а атмосфера занимает примерно одну миллионную часть от ее массы. Тем не менее Мировой океан и атмосфера оказали и продолжают оказывать невероятно большое влияние на превращение Земли в уникальную планету, каковой она является сегодня.

Пять основных игроков – азот, углерод, сера, водород и кислород – исполняют ведущие роли среди подвижных газовых составляющих Земли. Все эти ингредиенты в изобилии производятся крупными звездами, широко распространяются при взрыве сверхновых звезд, и все они сконцентрировались в самых примитивных, богатых углеродом хондритах более 4,5 млрд лет назад.

В целом средний химический состав метеоритов хондритов совпадает с таковым составом Земли. Элементы большой шестерки (кислород, кремний, алюминий, магний, кальций и железо), описанной в главе 3, встречаются в похожей пропорции, так же как и разнообразные, менее распространенные элементы. Но даже самое беглое знакомство с этими удивительными обломками древности показывает, что в наше время на планете отсутствует большая часть летучих веществ, которые были раньше. Самые примитивные хондриты содержат более 3 % углерода, но все известные источники углерода на Земле содержат не более 0,1 %. Похожим образом и содержание воды в хондритах превышает среднее содержание воды в породах современной Земли примерно в 100 раз и больше. Такие существенные различия в составе указывают на бурное и беспорядочное прошлое. Большинство неустойчивых веществ либо улетучилось с Земли в космос, либо погребено так глубоко, что до них не добраться.

Ключ к пониманию превращения Земли из враждебной негостеприимной черной планеты в прохладный, обитаемый голубой мир следует искать в истории ее непоседливых летучих соединений. Но со времен первого полумиллиарда лет планеты в первозданном виде не сохранилось ни одного из летучих соединений. Почти весь азот и углерод, сера и вода претерпели бесчисленное количество изменений, хотя те же самые атомы использовались вновь и вновь. Хондриты метеоритов дают нам основу для предположений; несколько образцов минералов и горных пород времен первого миллиарда лет земной истории вкупе с данными, полученными с Луны и других объектов Солнечной системы, позволяют уточнить наши рассуждения. Так же как при изучении эволюции мантии и коры в первые 100 млн лет и процесса формирования звезд задолго до этого, ключ к сколько-нибудь достоверному сценарию следует искать в знании неизменных характеристик исследуемых элементов, в нашем случае в физических и химических свойствах летучих – азота, углерода, серы и воды.

Из этих четырех веществ легче всего разобраться с азотом. Это химически инертный газ, который образует малое число минералов, почти не участвует в образовании горных пород и в основном сосредоточен в атмосфере. Только с появлением жизни на Земле увеличилось значение азотного цикла в формировании верхних слоев планеты. Углерод и сера также выдвинулись на заметные роли примерно 1–2 млрд лет назад, когда жизнь и насыщенная кислородом атмосфера преобразовали земные реалии. Но четвертый компонент, вода, с самого начала стал определяющим для истории Земли.

Вода: краткая биография

Многообразные геологические функции воды вытекают из химических свойств окиси водорода. Не забудем, что водород – это элемент номер один, а кислород – элемент номер восемь; ни один из них не содержит магического числа двух или десяти электронов. Каждый принимающий электроны атом кислорода нуждается в двух дополнительных электронах, чтобы достичь магического числа десять, а каждому атому водорода с единственным электроном нужен еще один электрон. В результате образуется молекула с пропорцией водорода к кислороду два к одному: H₂O. В этом соединении атомы принимают компактную V-образную форму: к центральному, более крупному атому кислорода с двух сторон присоединяются два атома водорода, нечто похожее на уши Микки-Мауса. Позаимствовав два электрона у двух атомов водорода, атом кислорода получает слабый отрицательный электрический заряд, а каждый из двух атомов водорода соответственно приобретает слабый положительный заряд. В результате возникает полярная молекула, в которой друг другу противостоят положительно и отрицательно заряженные частицы (примерно как уши и подбородок у Микки-Мауса).

Многие особенности молекулы воды объясняются такой полярностью. Полярная вода является суперрастворителем, поскольку сильное воздействие ее положительных и отрицательных зарядов способно разрушать другие молекулы. Поэтому в воде так быстро растворяется поваренная соль, сахар и многие другие вещества. Чтобы растворить горные породы, времени требуется больше, но за миллионы лет в океанах скопились почти все химические элементы. (В результате в каждом кубическом километре морской воды содержится около 44 кг золота, ценностью более 2,4 млн долларов, по текущему курсу драгоценных металлов, если бы существовали технологии, позволяющие добыть это золото из воды.) Такая несравненная способность воды растворять и перемещать различные химикаты превращает ее в идеальную среду для зарождения и развития жизни. Жизнь на Земле и, пожалуй, повсюду в космосе зависит от воды.

Полярность молекул воды обусловливает их прочную связь друг с другом: положительно заряженная сторона молекулы притягивает отрицательно заряженные края других молекул. Вот почему лед является таким твердым (в чем можно убедиться, если вам приходилось когда-либо падать, катаясь на коньках). Чрезвычайно крепкая межмолекулярная связь воды сказывается и в высоком поверхностном натяжении – удивительное свойство, которое позволяет мелким насекомым буквально ходить по воде. В свою очередь, поверхностное натяжение ведет к капиллярности, которая позволяет воде подниматься по узким каналам ствола растения и питать влагой деревья высотой десятки метров. Появление круглых капель дождя под влиянием сильного взаимного притяжения молекул воды – еще одно проявление поверхностного натяжения и важное условие необычайно быстрого круговорота воды на планете. Неполярные, летучие молекулы вроде метана или углекислого газа не способны образовывать круглые капли. Они просто парят в атмосфере в виде сверхтонкого, всепроникающего тумана, так что на планетах, где в атмосфере преобладают такие газы, слово «дождь» не известно.

Крепкая взаимосвязь молекул предопределяет и многие другие, весьма любопытные свойства воды: вода в жидком состоянии на 10 % плотнее льда. Почти все известные химические соединения, находящиеся в твердом состоянии, тонут в жидкости из того же вещества – это объяснимо с точки зрения интуитивной логики, поскольку в твердом веществе молекулы упаковываются в повторяющиеся правильные группы, тогда как в том же веществе, находящемся в жидком состоянии они располагаются хаотично. Представьте себе коробки с обувью в кладовой обувного магазина. Ровные стопки и ряды коробок (именно так располагаются молекулы в кристаллических структурах) занимают гораздо меньший объем в пространстве, чем их беспорядочное нагромождение (так хаотично болтаются молекулы в жидкости). Но молекулы воды отличаются большей вязкостью, т. е. оказываются гораздо более плотно связанными в жидком виде, чем в упорядоченных кристаллах льда.

Важным следствием этого свойства оказывается плавучесть льда: в виде кубиков в стакане, льдин на реке или гигантских айсбергов в океане. Если бы не эта особенность, многие водоемы каждую зиму промерзали бы до дна, вместо того чтобы образовывать толстый защитный слой льда на поверхности воды. При таком абсолютном оледенении водные формы жизни в холодных регионах вряд ли смогли существовать, да и сам круговорот воды остановился бы. Любопытно отметить, что это свойство является одним из условий (может, не самым важным) для катания на коньках и на лыжах. Сильное давление лезвия конька на твердый лед сопровождается образованием на его поверхности тончайшего слоя жидкой воды, благодаря которому коньки скользят по льду. При слишком низкой температуре (обычно ниже –73 °С) жидкая водяная смазка не образуется, что сильно затрудняет скольжение конька или лыжи.

Еще одним отличительным свойством «чистой» воды является ее недостаточная чистота. Независимо от самой тщательной фильтрации или дистилляции, вода никогда не состоит только из молекул H₂O. Некоторая часть молекул, состоящих из трех атомов, неуклонно распадается на положительно заряженные ионы водорода (гидроны, или ионы H⁺, которые на самом деле представляют собой независимые, положительно заряженные протоны без каких-либо электронов вообще), а также отрицательно заряженные гидроксильные ионы (ионы OH^–). Гидроны быстро присоединяются к молекулам воды, образуя ионы гидроксония H₃O⁺. То, что мы называем чистой водой при комнатной температуре, содержит примерно одинаковое количество ионов гидроксония и отрицательно заряженных гидроксильных ионов, в химических терминах это и есть pH = 7 (можно сказать, что «сила водорода» составляет 10–7 моль/л).

Две важные, но малоизученные характеристики первичных океанов Земли – pH и содержание солей представляют особый интерес для исследователей. Вода легко растворяет любые примеси, как положительно заряженные ионы натрия (Na⁺) или кальция (Са₂⁺), так и отрицательно заряженные ионы хлора (Cl^–) или карбоната (СО₃^2–). В общем случае совокупный электрический заряд любого объема водного раствора должен быть равен нулю: общее число положительных зарядов должно быть уравновешено адекватным числом отрицательно заряженных частиц. В чистой воде комнатной температуры 10–7 молей H₃O⁺ нейтрализуются 10^–7 молей OH^–. Однако в кислотах требуется избыток H₃O⁺, чтобы нейтрализовать отрицательные ионы (например, хлора в соляной кислоте HCl). В щелочной среде дополнительное количество OH^– требуется для нейтрализации положительно заряженных ионов (например, натрия в гидроокиси натрия NaOH).

Концентрация кислотных и щелочных компонентов определяется по шкале pH. Низкие значения pH указывают на кислотные примеси, где ионов H₃O⁺ больше, чем ионов OH^–. Жидкость с небольшой кислотностью со значением pH = 6 (типично для необработанной питьевой воды во многих регионах) содержит в десять раз больше ионов гидрония, чем нейтральный раствор со значением pH = 7. Вот примеры жидкостей с большей кислотностью: кофе (pH = 5, H₃O+ в 100 раз больше), уксус (pH = 3, H₃O⁺ в 10 тыс. раз больше), лимонный сок (pH = 2, H₃O⁺ в 100 тыс. раз больше). А вот, напротив, примеры жидкостей, в которых ионы OH – преобладают над ионами H₃O+ и значение pH которых больше 7 – это типичные щелочи, такие как пищевая сода (pH = 8,5), гидроксид магния (лекарство от изжоги, pH = 10) и домашние моющие средства (pH = 12). Ниже мы увидим, что показатели pH и солености первичного океана Земли являются остродискуссионными вопросами.

Вода, вода, кругом вода

Одно из самых распространенных в космосе веществ – это вода. Куда бы мы ни обратили свой взгляд, повсюду встречается вода. Ее наличие на планетах, спутниках и кометах объясняет, почему же воды так много на Земле, а также указывает на возможность присутствия жизни в космосе, поскольку вода и жизнь тесно связаны между собой. Наблюдения в телескопы могут быть обманчивыми, поскольку обилие воды в нашей атмосфере искажает представление о наличии воды на отдаленных объектах. Тем не менее в глубоком космосе на некоторых космических объектах обнаруживается ледяной покров – его определяют по выраженному поглощению замерзшей водой инфракрасных лучей.

Этот спектроскопический след показывает, что значительные объемы замерзшей воды встречаются на некоторых кометах и астероидах. Астрономические исследования зафиксировали множество ледяных миров в пределах Солнечной системы – от Плутона с его небесным спутником Хароном до Сатурна с его сверкающими ледяными кольцами. Все газовые гиганты, изначально состоящие из водорода и гелия, в своих плотных атмосферах содержат значительные запасы водяного пара. На громадных спутниках Юпитера Европе и Каллисто, предположительно, под многокилометровым покровом льда находятся еще более глубокие океаны воды.

Ближние к нам планеты земного типа, на первый взгляд, кажутся безводными. Однако благодаря наблюдениям с помощью запущенного НАСА на Меркурий космического аппарата Messenger обнаружились солидные отложения льда в холодных полярных кратерах, дна которых не достигают лучи Солнца. Следующая планета, Венера, возможно, вначале имела запасы воды, сопоставимые с земными, но в настоящее время воды на ее поверхности, скорее всего, почти нет. Ее раскаленная углекислая атмосфера свидетельствует о безудержном парниковом эффекте и о давно исчезнувшей поверхностной воде, когда-то существовавшей на планете.

Совершенно иная картина открывается на Марсе, где белые шапки полярного льда то увеличиваются, то уменьшаются в соответствии с 687-суточным марсианским годом. По мнению астрономов, на Красной планете вполне может быть вода, а значит, и жизнь. В 1870-е гг., во время сильного сближения Марса и Земли, итальянский астроном Джованни Скиапарелли зафиксировал темные линейные объекты, которые он интерпретировал как естественные долины, возможно, произведенные работой воды, по-итальянски – canali. В переводе это слово было ошибочно передано как «каналы», что означает высокотехнологичные инженерные сооружения, и это породило устойчивое мнение о наличии на Марсе разумной жизни. Наиболее горячим приверженцем этой идеи был гарвардский астроном Персиваль Лоуэлл, буквально одержимый открытиями Скиапарелли. Он потратил все семейное состояние на постройку обсерватории во Флагстаффе, штат Аризона, и там занимался исключительно наблюдениями за Марсом. Пользуясь новейшим 60-сантиметровым телескопом и ясным аризонским небом, он полагал, что сумеет разрешить загадку сети каналов, протянувшихся от полярных ледников к засушливой зоне экватора. В своих чрезвычайно популярных книгах: Mars (1895), «Марс и его каналы» (Mars and Its Canals, 1905) и «Марс как прибежище жизни» (Mars as the Abode of Life, 1908) Лоуэлл описывает последнее отчаянное техническое достижение расы, исчезнувшей вследствие недостатка воды.

Красочные фантазии Лоуэлла породили целую волну научно-фантастических романов и рассказов (включая классическую «Войну миров» Г. Уэллса в 1898 г.), но так и не сумели убедить научное сообщество, что на Марсе имеется вода, тем более жизнь. Несмотря на более чем вековую историю исследований с использованием все более и более мощных телескопов, а также с запуском на Марс сложнейшей техники: зондов (начиная с Mariner-4 в 1965 г.), искусственных спутников (первым из них стал Mariner-9 в 1971 г.) и посадочных модулей (начиная с Viking в 1976 г.), убедительных доказательств наличия на Марсе источников воды и водоемов так и не было получено. В конце 1970-х гг. путем спектрального анализа с помощью Viking было документально зафиксировано наличие водяного льда в северной полярной зоне, но только в 2000-е гг., благодаря применению сложнейших приборов на последнем поколении искусственных спутников, а также манипуляторов на зонде Phoenix и марсоходах Spirit и Opportunity было подтверждено наличие огромных запасов воды и условий ее залегания на Марсе.

В настоящее время большая часть водных запасов Марса состоит из зон вечной мерзлоты и, возможно, грунтовых вод в более теплых регионах – потенциальные водоемы, которые пока остаются изолированными от поверхностного сухого слоя. Признаки наличия таких глубинных резервуаров были обнаружены в 2002 г. с помощью высокоточного нейтронного спектрометра[8]8
  Детектор нейтронов был изготовлен в России в Лаборатории космической гамма-спектроскопии ИКИ РАН. – Прим. ред.


[Закрыть], установленного на зонде Odyssey, запущенном к Марсу. Космические лучи, обстреливая поверхность Марса, способны выбивать нейтроны из водородосодержащих (а значит, и водоносных) отложений. Спектрометр разработан для обнаружения таких нейтронов на обширных территориях марсианской поверхности, от экваториальных зон до высоких широт. Однако эти интригующие результаты вызвали не меньше вопросов, чем дали ответов, поскольку таким образом невозможно было определить характер агрегатного состояния воды – жидкость это, лед или часть минерального соединения.

В 2007 г. запущенная НАСА многофункциональная автоматическая космическая станция Mars Reconnaissance Orbiter, используя радар, способный «видеть» сквозь грунт, представила изображение в достаточно высоком разрешении скрытой в глубинах Марса воды. Эти новаторские исследования обнаружили скопления льда размером с ледники в умеренных широтах южного полушария. Позднее европейская космическая станция Mars Express Orbiter, используя аналогичный радар, обнаружила глубинный лед на большей части территории планеты. В зонах, близких к южному полюсу, зафиксированы ледники толщиной более полукилометра. Поистине, Марс может располагать объемом воды в виде льда, которая могла бы покрыть всю планету океаном глубиной несколько сотен метров. Возможно, когда-то на Марсе существовали родственники земных океанов.

Наличие воды также может быть установлено по присутствию особых горных пород и минералов. Посадочный модуль Phoenix (НАСА), а также марсоходы Spirit и Opportunity обнаружили многочисленные дополнительные доказательства в виде минералов, образованных при взаимодействии горных пород с водой. В приповерхностных отложениях Марса часто встречаются водосодержащие глинистые минералы, и, возможно, именно они являются тем богатым источником водорода, который был обнаружен ранее с помощью нейтронного спектрометра. Эвапориты, минералы, которые обычно встречаются на месте высохших озер и морей, так же часто встречаются на Марсе, как и опал – слабо кристаллизованная разновидность кварца, которая обычно образуется при просачивании горячей воды сквозь осадочные породы.

Используя новые подходы к исследованию Красной планеты, ученые находят все больше и больше доказательств, что в былые времена на поверхности Марса была вода. Фотографии высокого разрешения показывают древние русла рек и промоины с разбросанными валунами, каплевидные острова, оползни и сеть проток. Эти формы рельефа врезаются в осадочные отложения, которые ранее, видимо, были отложены мелководными озерами или морями. Ведь террасы, похожие на морские, которые охватывают северное полушарие Марса, указывают на то, что когда-то этот регион мог быть больше чем на треть покрыт океаном. Если все обстояло так, то менее разогретый Марс, возможно, за миллионы лет до Земли был голубой планетой, пригодной для жизни.

И наконец, Луна – ключ к пониманию того, как сформировалась вода на ее большом брате – Земле. С общепринятой точки зрения, Луна сухая, как кость (на самом деле она даже суше кости, которая сохраняет в себе довольно много воды даже жарясь в пустыне на солнце). Многие данные подтверждают степень сухости Луны: земные телескопы не фиксируют характерного инфракрасного поглощения; в составе образцов лунного грунта, собранных «Аполлонами» со всех шести мест посадки, не обнаруживается следов воды (с учетом возможностей аналитического оборудования 1970-х гг.); находка железа, пролежавшего на поверхности Луны более четырех миллиардов лет, без признаков ржавчины, исключает малейшую возможность наличия агрессивной воды.

Хотя общепринятая точка зрения – вещь своеобразная. Наступает момент, и находится человек, подвергающий сомнению то, что всеми принималось за истину, и порой это приводит к интересным открытиям. В 1994 г. единственный полет Clementine предоставил радиолокационные измерения, показавшие наличие замерзшей воды, но это мало кого убедило. Четыре года спустя на Lunar Prospector была использована нейтронная спектроскопия, что позволило выявить значительную концентрацию атомов водорода, а следовательно, и вероятное наличие водяного льда или водосодержащих минералов поблизости от полюсов Луны. Но многие эксперты все же указали на солнечный ветер – как на более вероятный источник атомов водорода. В октябре 2009 г. специалисты НАСА спланировали падение последней ступени ракетоносителя Atlas в один из лунных кратеров (кратер Кабеус, вблизи южного полюса Луны) и тщательно исследовали шлейф обломков на содержание воды. Как и предполагалось, вынесенная пыль включала небольшое, но различимое количество животворящей влаги – вполне достаточное для возобновления интереса к вопросу о существовании воды на Луне. В том же октябре журнал Science опубликовал три статьи подряд, утверждающих, что теперь существует бесспорное доказательство наличия воды на Луне.

Здесь на сцену вышел Эрик Хаури с коллегами из Института Карнеги. Используя ионный микрозонд – высокочувствительный прибор, не существовавший во времена первого поколения ученых, исследовавших образцы лунного грунта, – команда Хаури вернулась к исследованию цветных стеклянных шариков, вроде тех лунных образцов, с которыми я впервые работал в далеком 1976 г. Лет за десять до Хаури эти шарики изучали на наличие признаков воды другие ученые, но приборы, бывшие в их распоряжении, не могли соперничать в точности с ионным микрозондом, с помощью которого можно вести измерения в масштабе одной тысячной миллиметра. Хаури и его коллеги пришлифовали «бисерины» таким образом, что в ионном зонде стало возможно увидеть их концентрические структуры. Наружный слой образца содержал очень мало воды – одну миллионную объема, но сердцевина крупнейших образцов содержала в сто раз больше воды. За миллиарды лет большая часть воды, содержавшейся вначале в стеклянных бусинах, испарилась в космос, причем с поверхности в большей степени, чем из сердцевины. Как бы то ни было, учитывая факт значительного содержания оставшейся внутри воды, Хаури с коллегами считают, что исходное содержание воды в лунной магме было не менее 750 миллионных объема – огромное количество воды, сопоставимое со многими вулканическими породами на Земле и более чем достаточное для вулканической активности, в ходе которой взрывные извержения вулканов выбрасывали магму на поверхность миллиарды лет назад.

Если вулканы Луны в прошлом извергались под воздействием воды, то где-то внутри мерзлых лунных недр должны храниться огромные массы Н2О. Поскольку Луна образовалась из отколовшегося при столкновении с Тейей куска земной мантии, можно предположить, что наша планета также располагает громадными скрытыми запасами воды глубоко внутри.