Э. Галимов отмечает, что изотопный состав не только углеро­да, но и некоторых других элементов земной коры обнаруживает поразительное сходство с изотопным составом тех же элементов углистых хондритов при весьма отдаленном сходстве с другими каменными метеоритами. Эти данные, во-первых, подтверждают гетерогенную аккумуляцию и тот факт, что в завершающих ее этапах участвовало вещество, аналогичное составу углистых хонд­ритов. Во-вторых, образование зон и очагов плавления в мантии было таким, что оно не смогло гомогенизировать изотопный со­став ряда химических элементов.

Дополнительные свидетельства в пользу гетерогенной аккуму­ляции мантии и ее последующей гетерогенной дифференциации мы находим в данных по изотопному составу Sr и РЬ в вулканиче­ских породах, материал которых возник на разных горизонтах в самой мантии. Для исследования ранних процессов дифференциа­ции мантии мы можем использовать изотопные пары: 238U--206 Pb, 87Rb—87Sr, поскольку все четыре элемента геохимически ведут себя по-разному в обстановке парциального плавления материала мантии. В ряду элементов летучесть возрастает в такой последо­вательности: U, Sr<Rb<Pb. Отсюда в паре U—Pb мы имеем тугоплавкий родоначальный элемент и летучий дочерний. Для пары Rb—Sr имеет место обратное соотношение. В процессе ге­терогенной аккумуляции первичной мантии в ее глубоких гори­зонтах содержалось повышенное количество U и Sr, но она была обеднена РЬ и Rb. Первичная мантия, сложенная в верхних горизонтах материалом, близким к углистым хондритам С1, была относительно обогащена РЬ и Rb и обеднена U и Sr. Поэтому в породах, впоследствии возникших на разных глубинах мантии, должна наблюдаться антикорреляция между изотопными отно­шениями 204Рb : 204Rb и 87Sr : 86Sr. Возможность такой антикорре­ляции недавно отметил Р. Хатчисон. Так, высокое значение отношения 204Рb : 204Rb и низкое 87Sr : 86Sr. отмечено для вулкани­ческих пород Канарских островов, островов Вознесения и базальтов. о. Св. Елены. Обратное соотношение антикорреляции (низкое отношение 204Рb : 204Rb и высокое 87Sr : 86Sr.) характерно для вул­канических пород островов Тристан-да-Кунья и др. Эти примеры, по-видимому, указывают на неполное смешивание материала ман­тии, а лавы с островов Тристан-да-Кунья возникли из мантии, обогащенной С1 компонентом, в то время как источник других вулканических образований был обеднен этим компонентом.

Для юных лав Исландии разных этапов извержения изотопные измерения обнаружили антикорреляцию, возрастающую в ходе времени: увеличение отношения204Рb : 204Rb сопровождается уменьшением отношения 87Sr : 86Sr. Это можно рассматривать как результат того, что лавы могут возникать от прогрессивно углуб­ляющегося источника, в котором содержание С1 компонента мед­ленно уменьшается с глубиной. Таким образом, изотопные отношения РЬ и Sr в вулканических породах как продуктах вы­плавления мантийного материала определенно указывают на ге­терогенность мантии; что является отдаленным отражением ее ге­терогенной аккумуляции в начале образования нашей планеты. Для более полного обоснования этих представлений необходимы дополнительные измерения изотопного состава РЬ и Sr из много­численных вулканогенных пород, включая наиболее древних пред­ставителей из земной коры разных структурных типов.

Основываясь на данных об изотопных отношениях РЬ и Sr в вулканических породах, Р. Хатчисон предложил модель формирования первичной мантии как результат двухстадийного процесса. На первой стадии материал обычных хондритов обра­зовал Землю, что сопровождалось нагревом, парциальным плав­лением, и в конце концов верхняя часть примитивной Земли суще­ственно лишилась натрия и других более летучих элементов. Вто­рая стадия ознаменовалась периодом длительного охлаждения, когда материал типа С1 добавился к тугоплавкой примитивной верхней мантии.

В результате плавления и дегазации верхней мантии на по­верхность Земли могли поступать в основном три фракции ман­тийного материала: базальтовая магма, а также растворенные в ней вода и газы. Каждое излияние базальтов сопровождалось выносом определенного количества воды, поскольку в самой базаль­товой (габброидной) магме могло содержаться до 7 вес. % рас­творенной воды. А. П. Виноградов высказал мысль о взаимосвязи между количеством излившихся базальтов и поступившей на по­верхность Земли ювенильной воды. На поверхность первичной планеты поступали Н2О, С02, СО, СН4, S, NaS, НзВОз, НС1, HP, a также Не, Ne, Ar, Кг, Хе. Эти газы составляли первичную атмо­сферу Земли, хотя их количественные соотношения вряд ли удаст­ся выяснить достаточно точно. Однако на первом месте стояли Н2О и СО2. Если температура поверхности молодой планеты пре­вышала 370 К, то основная часть атмосферы состояла из паров воды и углекислого газа. Но такая горячая атмосфера вряд ли могла существовать долгое время в связи с явлениями конвекции и быстрым охлаждением поверхности самой Земли.

Гидросфера, включающая Мировой океан, возникла из паров мантийного материала, и первые порции конденсированной воды на Земле были кислыми. Они представляли собой раствор с при­сутствием анионов F, C1, Вг, I, которые и сейчас характерны для морской воды. Отсюда неизбежно следует, что первые ювенильные воды поверхности Земли были минерализованными, а прес­ные воды появились позже в результате испарения с поверхности первичных океанов, что было процессом естественной дистилля­ции. Выпадение атмосферных осадков на поверхность суши могло привести к образованию в пониженных участках рельефа первых пресноводных водоемов. В первичном океане сульфаты присут­ствовали в ничтожных количествах, так как было очень мало сво­бодного кислорода для окисления HgS и образования сульфатов.

Первичная атмосфера Земли была восстановительной и в ней не было свободного кислорода. Только незначительные его коли­чества формировались от воздействия солнечной радиации на мо­лекулы водяных паров и углекислоты, которые разлагались путём фотодиссоциации.

Нам сейчас трудно восстановить химический облик первичной атмосферы Земли. Возможно, значительные количества водорода и гелия диссипировали в космическое пространство, хотя коли­чественную оценку этой потери дать трудно.

Решающее значение в изменении химического состава первич­ной атмосферы имело появление фотосинтезирующих организмов, потребляющих Н2О и СОз из внешней среды, что вызвало также химические изменения в Мировом океане. Первыми фотосинтезирующими организмами были, вероятно, синезеленые водоросли или их предки, возникшие в верхних зонах океана на определен­ных глубинах. Эти глубины определялись слоем воды около 10 м, который поглощал ультрафиолетовую радиацию Солнца, предо­храняя организмы от ее губительного действия. Изучение изотоп­ной истории кислорода в биосфере показало, что свободный кис­лород как активный геохимический фактор образовался преиму­щественно за счет фотосинтетического разложения Н2О организ­мами фитопланктона. С появлением свободного кислорода первичная атмосфера нашей планеты изменилась до неузнаваемости. Количество свободного кислорода прогрессивно возрастало, актив­но окисляя многие вещества окружающей среды. Так, свободный кислород быстро окислил NНз, СН4, СО, а сернистые газы S и H2S были превращены в сульфаты океанической воды. Со времени дей­ствия процесса фотосинтеза СО2 быстро потреблялась фитопланк­тоном, а также связывалась в карбонатных осадках. Вся дальней­шая деятельность фотосинтезирующих организмов стала направ­ленной на интенсивное извлечение СОз из атмосферы.