За последние два десятка лет геохимия помогла получить ответы на самые разные принципиальные вопросы. Заметим, что сегодня эта наука исследует распределение не только элементов, но также отдельных изотопов.
Когда на Земле появилась жизнь?
Древнейшие палеонтологические остатки имеют возраст 2,8 млрд. лет. Еще более древними (3,2 млрд. лет) считают некоторые образования, по форме напоминающие микроорганизмы. Но и в еще более древних породах находят углеродистые соединения — какого они происхождения? Может быть, это остатки микропланктона? Соотношение изотопов углерода 12С/13С позволяет отличить углеродистые соединения органического происхождения от минеральных. Сегодня возраст следов, которые ученые расценивают как биологические, достигает 3,8 млрд. лет. В таком случае жизнь примерно на 0,8 млрд. лет моложе самой нашей планеты.
Когда на Земле появилась вода?
В Западной Австралии (Джек Хиллс) найдены окатанные цирконы, которые считаются старейшими в мире. «Окатанные» — значит на них воздействовали текучие воды и лед. Возраст цирконов — 4,4 млрд. лет — установлен уран-свинцовым методом радиоизотопного датирования (циркон содержит уран в следовых количествах). Получается уже тогда на Земле была вода? По соотношению изотопов кислорода 18О/16О в составе силиката циркония ZrSiO4 (основного компонента циркона) можно судить о том, в каких условиях формировались кристаллы. Установив это соотношение, ученые сделали вывод, что действительно на поверхности Земли уже тогда, больше 4 млрд. лет назад, была вода. Этот вывод был подтвержден и другими методами.
Изотопные соотношения кислорода в цирконах, которые показывают, что вода на Земле была с самого ее образования
Но возраст самой Земли оценивается в 4,5 млрд. лет, когда она возникла путем аккреции (слипания) частиц протопланетного диска. Результаты исследования австралийских цирконов подтверждают, что гидросфера и атмосфера Земли возникли в фазу аккреции, почти одновременно с самой Землей. Кстати, ученик В. И. Вернадского геохимик К. П. Флоренский обосновал это еще в 1965 году.
Как образовались рудные месторождения?
Много лет ученые спорят о том, какова роль мантии Земли в формировании рудных месторождений. Существовало предположение, что потоки флюидов (в геологии флюид — это жидкие и газообразные легкоподвижные компоненты магмы или растворы, циркулирующие в земных глубинах) прорываются из мантии на поверхность и именно из них образуются полезные ископаемые. В 2012 году были опубликованы собранные в Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского данные статистического анализа многих тысяч определений, по которым можно судить о том, сколько воды во флюидных включениях магматических пород. Эти цифры, полученные в различных лабораториях мира, говорят о том, что мантия — сухая: содержание воды в мантийных породах менее одного процента. Иными словами, вода, равно как и соединения хлора, — это вещества, содержащиеся преимущественно в земной коре, но не в мантии. А значит и те флюиды, из которых потом образуются рудные месторождения, — не мантийного, а более поверхностного происхождения.
Причина потепления
Исследование льдов Антарктиды позволило восстановить температуру и содержание СО2 в атмосфере Земли за последние 800 тысяч лет. Корреляция этих двух параметров очень хорошая — чем теплее, тем больше в атмосфере СО2. Никаких техногенных выбросов тогда, естественно, не было. Тем не менее на Земле случались периоды и более теплые, и более холодные, чем сейчас, и содержание СО2 в атмосфере поднималось выше современного и опускалось ниже. Все эти колебания, очевидно, не связаны с человеческой деятельностью. Но что из этих двух параметров причина, а что следствие?
Колебания температуры (верхняя кривая) и содержания углекислого газа (нижняя кривая) в миллионных долях (ppm) за 800 тыс. лет. Данные, полученные из ледового керна с купола «С» и «Тейлора». Горизонтальные пунктирные линии — среднее значение температуры или содержание СО. Вертикальные пунктирные линии — начало и максимум потепления
Если рассмотреть начала подъема кривых, то можно заметить, что содержание углекислоты в атмосфере следует за подъемом средней температуры. Это говорит о том, что сначала происходит потепление и только потом растет концентрация углекислого газа. Дело в том, что в Мировом океане углекислоты растворено в 60 раз больше, чем во всей атмосфере, и повышение температуры океана уменьшает его буферную емкость. Поэтому, возможно, причина нынешнего потепления не парниковый эффект, а возросшая активность Солнца — споры ученых на эту тему продолжаются.