Что скрывает атмосфера, или Как возник воздух…

У первозданной Земли тоже была атмосфера (атмосфера номер один), но она была столь ничтожной, что фактически не соответствовала смыслу этого слова. Она в основном состояла из водорода и гелия, заполнявших пространство между Солнцем и Юпитером. И вскоре после образования эту атмосферу смахнул солнечный ветер – исходящий из недр Солнца поток электронов и протонов; он сорвал с Земли эту оболочку и унес в космос. Но многие атомы водорода и гелия улетели по собственной воле. Один из законов физики газов гласит, что небольшие молекулы движутся с гораздо более высокими скоростями, чем крупные молекулы. Водород и гелий занимают первые ячейки периодической таблицы химических элементов, являясь самыми легкими и, следовательно, самыми подвижными элементами. Каждый день какая-то их часть достигает второй космической скорости (более 10 км в секунду) и высвобождается из гравитационного поля Земли. Триллионы этих микроскопических ракет прощались с огненной Землей и уносились в холодное спокойствие космоса.

На месте первой атмосферы вскоре появилась вторая, рожденная самой Землей. Как в крови растворен кислород, а в шампанском углекислый газ, так и в магме (подземной лаве) содержатся растворенные газы. И как из открытой бутылки шампанского вырывается пена углекислого газа, так из прорвавшейся сквозь трещины в земной коре лавы тоже выделяются газы, и давление магмы сразу падает. По-видимому, эта газовая смесь состояла в основном из водяных паров и углекислого газа (геологи пока не пришли к единому мнению), но там могли содержаться и другие газы. Если вам когда-нибудь доводилось подходить к вулкану, вы, возможно, знаете о некоторых из них, например о соединениях серы, придающих вулканическим газам запах тухлых яиц и пороха (это, соответственно, сероводород и диоксид серы). Вулканы выбрасывали также пары металлов, включая пары золота и ртути. Прекрасная смесь для дыхания!

Земля производила газы и позволяла им потихоньку выходить наружу. Но от этого среда не была более дружелюбной. Окажись мы в той атмосфере, воздух сжег бы нам кожу, серные газы разъели бы нос, а кислоты и аммиак разорвали легкие. При таком давлении человеческий череп был бы немедленно сплющен, а сам человек превратился в нечто сферическое.

Некоторые геологи считают, что все эти газы появились из-под земли единовременно – в процессе так называемой «большой отрыжки». Но, к моему великому сожалению, никакой «большой отрыжки», скорее всего, не существовало. И давление на Земле было нешуточным. Магма выбивалась на поверхность с огромной силой и содержала много газов: каждые сутки из-под земной коры в атмосферу вылетали миллиарды тонн газов. В результате давление воздуха было, вероятно, в сотни раз выше теперешнего. Легчайший бриз в воздухе такой плотности сбивал бы с ног и опрокидывал в расплавленную лаву.

Эта вторая атмосфера отличается от сегодняшнего воздушного океана по нескольким параметрам. Основной компонент той атмосферы, пар, постепенно начал конденсироваться, превращаясь в дождь, и скапливаться на поверхности в виде озер и морей. Образование водоемов вызвало эффект домино, поскольку второй важнейший компонент того воздуха, углекислый газ, легко растворяется в воде и реагирует с минеральными веществами, образуя твердый осадок. Это приводило к удалению CO₂ из атмосферы.

Еще одна причина смены воздуха заключается в том, что поток астероидов и/или комет продолжал бомбардировать Землю, разрушая первичную атмосферу. Конечно, не каждое столкновение приводило к катастрофе. Небольшие астероиды могли даже привносить в нашу атмосферу другие газы – из содержавшихся внутри них паров. Но каждое столкновение с большим небесным телом являлось для нашей планеты серьезным уроком по сохранению энергии. При столкновении астероида с земной атмосферой значительная часть кинетической энергии астероида превращалась в тепло, под действием которого атмосферные газы вылетали в космическое пространство. Оставшаяся часть кинетической энергии вызывала гигантскую ударную волну, выдувавшую еще больше воздуха. Некоторые геологи считают, что подобные столкновения многократно уничтожали нашу атмосферу, полностью оголяя Землю. Если это так, следует говорить не о второй атмосфере вулканического происхождения, а об атмосферах 2a, 2b, 2c и т. д. Все они состояли примерно из одного и того же набора газов, но астероиды и кометы постоянно сдували их в космос.