Краткая история планеты Земля. Горы, животные, огонь и лед

Кроме тела, образовавшего бассейн Имбриум, известен по крайней мере еще один объект диаметром порядка 100 километров, который упал на Луну в первые 600-700 миллионов лет ее существования. Таким образом, существует высокая вероятность того, что в этот же период еще более крупные тела и в еще большем количестве сталкивались с Землей, а это открывает интересную возможность того, что возникновение живых организмов из простых органических молекул происходило на Земле неоднократно, прерываясь стерилизующим воздействием мощных взрывов от падения гигантских тел. Химики и биологи находят достаточно трудной задачу реконструкции шаг за шагом процесса возникновения жизни даже в спокойной обстановке. Принимая во внимание периодически происходившие на ранней Земле бурные события, неудивительно, что процесс возникновения жизни должен был быть медленным и спорадическим.

Частые и крупные столкновения Земли с небесными телами могут также дать ответ и на другую загадку. В предыдущей главе было отмечено, что если Солнце развивается по тому лее пути, что и большинство звезд его размера, то в самом начале истории Земли оно было еще слишком слабым, чтобы поддерживать воду на поверхности Земли в жидком состоянии. Расчеты показывают, что если бы вся вода, имеющаяся на поверхности Земли, хотя бы один раз полностью замерзла, то ее трудно было бы снова растопить, даже если бы Солнце нагрелось. И все же описанные выше периодические столкновения Земли с крупными телами вызывали бы ее периодическое размораживание, препятствуя постоянному глубокому промерзанию земных вод прежде, чем излучение солнечной энергии в космос возросло до его нынешнего уровня.

ДРЕВНЕЙШИЕ ИСКОПАЕМЫЕ ОСТАТКИ

Самые древние ископаемые остатки живых существ имеют возраст 3,5 миллиарда лет. Они найдены в осадочных породах северо-западной Австралии и представляют собой микроскопические одноклеточные организмы, похожие на бактерий, которые очень напоминают современную группу, известную под названием цианофитов, или сине-зеленых водорослей. Эти остатки имели форму ниточек, образованных цепочкой соприкасающихся друг с другом клеток, как показано на рис. 3.2. Породы, в которых они встречаются, представляют собой тонкослоистые осадки, сложенные главным образом кремнем или кварцитом (тонкозернистый агрегат зерен кварца), который, по-видимому, был отложен в мелководной среде, возможно в лагуне. Несмотря на свою простоту, эти ископаемые обнаруживают значительное разнообразие своей морфологии, что позволяет предположить, что образовались они задолго до отложения этого конкретного осадка.

Рис. 3.2. Зарисовка одного из древнейших окаменевших остатков когда-либо найденных организмов: нитеподобная бактерия из осадочных пород северо-западной Австралии, возраст — 3,5 миллиарда лет. Набросок сделан по фотографиям, полученным с помощью микроскопа. Перерисовано с рисунка 1.5.5 (А), стр. 31, из книги Дж. В. Шопфа «Протерозойская биосфера», под ред. Дж. В. Шопфа и С. Клайна. Изд-во «Кэмбридж Юниверситет Пресс», 1992. Печатается с разрешения.

В архее бактерии неоспоримо господствовали в океане. По существу от их первого появления и до конца архейской эры миллиард лет спустя никакие другие остатки живых существ до нас не дошли. Как нам хорошо известно, бактерии все еще сосуществуют с нами, занимая все вообразимые ниши на нынешней Земле. Они с нами и в наших болезнях, и когда мы здоровы, способствуют всякой заразе и ферментации вина. Трудно представить себе мир без бактерий.

Бактерии — одноклеточные организмы, но их клетки не содержат ядер и многих других внутренних структур, свойственных позднейшим, более развитым формам жизни. В современном мире некоторые бактерии используют солнечную энергию, осуществляя фотосинтез, при этом выделяя кислород. Другие бактерии для своего роста и самовоспроизведения используют совершенно иные виды химических реакций. Когда именно в истории жизни развился фотосинтез — противоречивая и сложная проблема, поскольку именно он явился решающим фактором в эволюции атмосферы от преобладающей углекислоты до чего-то более близкого к нынешнему воздуху, богатому кислородом и пригодному для дыхания.

В породах, появившихся менее, чем через 100 миллионов лет после этих, содержащих первые нитеподобные микроскопические остатки, живых существ, появляются остатки гораздо более крупных организмов, которые легко видеть невооруженным глазом. Они представляют собой своеобразные луковицеобразные структуры, напоминающие очень большие расслоенные кочаны капусты, достигавшие высоты нескольких метров. Но вид их обманчив. Эти объекты, называемые иногда строматолитами, представляли собой не один организм, а скорее колонии бактерий. Они состояли из отдельных клеток цианобактерий, подобных клеткам самых ранних ископаемых бактерий.

Ископаемые строматолиты становятся все более распространенными в более молодых осадочных породах; в конце архея и в течение последующей протерозойской эры они становятся совершенно обычными и весьма заметными. Их своеобразная форма обусловлена тем фактом, что они вырастали слой за слоем в виде бактериальных циновок или пленок, которые захватывали песок и распределяли зернистый материал в своих клейких волоки истых прядях. Несмотря на факт принадлежности к древнейшим из известных ископаемых остатков, строматолиты все еще живут и в наши дни в виде колоний живых организмов, хотя они далеко не так распространены, как в протерозое. Они растут в тропической обстановке на мелководье, что позволяет сделать вывод, что древнейшие строматолиты, которые встречаются в окаменелом виде в архейских породах, росли в прибрежных регионах архейских материков.

Колонии цианобактерий, которые сегодня образуют строматолиты, живут фотосинтезом. Хотя это и не доказывает, что их архейские предки также жили фотосинтезом, это все же указывает на то, что уже приблизительно 3,5 миллиарда лет назад фотосинтез мог установиться на Земле. Тем не менее, непохоже на то, что даже в конце архейской эры земная атмосфера содержала много кислорода. Это положение, как мы увидим в следующей главе, начало меняться уже в начале протерозойской эры.

Некоторые важные события протерозоя. Время в миллиардах лет до нашего времени.

Глава 4.

ПРОТЕРОЗОЙСКАЯ ЭРА

Как и архей, протерозойская эра длилась почти два миллиарда лет. К ее концу почти девять десятых из 4,5 миллиарда лет истории Земли уже прошли. Хотя о протерозое мы знаем значительно больше, чем об архее, наши данные все еще очень неполны, особенно в отношении начального периода. Однако протерозойские породы распространены сравнительно широко, особенно в сравнении с породами архея. Мы знаем по найденным в ним остаткам, что строматолиты стали очень распространенными, что содержание кислорода в атмосфере увел {шилось и что, как и в наше время, поднимались и затем разрушались горные хребты. Мы даже знаем немного о климате протерозоя. Каковы же источники всей этой информации? Вероятно, настало время рассмотреть некоторые способы, с помощью которых геологи читают записи, имеющиеся в горных породах, пользуясь образцами из протерозоя.

Одним из фундаментальных понятий в науках о Земле является принцип актуализма. Это слово означает то, о чем говорит. В учебниках смысл этого понятия часто передают фразой: «настоящее есть ключ к прошлому». В сущности, в понимании этого принципа геологические науки не стоят особняком. Эта фраза просто подчеркивает тот факт, что геологическими процессами управляют те же самые законы физики и химии, а описывают их те же математические законы и модели, как и все в природе. Если на обнажившейся поверхности песчаника возрастом в 300 миллионов лет мы видим следы ряби, похожие на те, что образуются и в наше время на прибрежном песке, то вполне вероятно, что этот песок был отложен в такой же обстановке. Хотя принцип актуализма может показаться очевидным, в свое время он являлся революционной идеей. Шотландский геолог Хаттон первым применил его систематически в своих исследованиях. Этот принцип имел своих противников, но если его применять, опираясь на здравый смысл и с учетом огромности геологического времени, то он служит геологии хорошо. Даже события, которые с человеческой точки зрения являются редкими или катастрофическими, как, например, наводнения, происходящие раз в столетие, или катастрофическое землетрясение, или даже падение большого метеорита, являются на самом деле закономерно повторяющимися, периодическими или до некоторой степени предсказуемыми на геологической временной шкале. Мы узнали, что древнейшая атмосфера Земли была богата углекислым газом и что даже в конце архея атмосфера содержала очень мало кислорода. Но породы, сохранившиеся от протерозоя, рассказывают нам уже другую историю, и до чего же она увлекательна! Подробно изучая эти породы и в то же время принимая во внимание принцип актуализма, геологи могут реконструировать по крайней мере некоторые этапы развития современной атмосферы.