История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет
Шрифт:
Сегодня мы находимся в непосредственном контакте с кислородом. С каждым вдохом и выдохом порция воздуха становится частицей нас, а частица нас в свою очередь становится воздухом. День за днем наши тела таят и возрождаются в постоянных химических реакциях с участием кислорода и других жизненно важных элементов. Наши ткани постоянно обновляются в течение жизни, а Земля становится последним прибежищем атомов, циркулирующих в воздухе, воде, почве и во всех формах жизни. Большинство атомов, составлявших ваше тело при рождении, впоследствии рассеивается, и атомы, составляющие ваше тело в настоящий момент, ждет та же участь, если вам повезет и вы еще поживете на родной, богатой кислородом планете.
Глава 8
«Скучный»
Минеральная революция
Возраст Земли: от 2,7 до 3,7 млрд лет
Австралийский геолог Роджер Бьюик, движущая сила сообщества исследователей ранней истории Земли, однажды описал период между палеопротерозойский эпохой (отмеченной Великим кислородным событием) и неопротерозойской эпохой (время господства ледников, распространившихся по всей планете и обусловивших любопытные направления в развитии жизни) в следующем категорическом выражении: «Мезопротерозойская эпоха – скучнейшее время в истории Земли».
Это, на первый взгляд, ничем не примечательное время, от 1,85 млрд до 800 млн лет назад, и является предметом рассмотрения в настоящей главе. Внушительный промежуток времени, именуемый промежуточным периодом (или более саркастически настроенными учеными-острословами – скучным миллиардом), вроде бы выглядит как эпоха относительного биологического и геологического застоя. Никаких явных драматических преобразований не происходит. Никаких заметных изменений в характере горных пород, крупных потрясений или перепадов климата. Граница между подвергшимися окислению поверхностными слоями океана и бескислородными придонными зонами постепенно опускается все глубже, но принципиально новых форм жизни вроде бы не возникает; не появляется, по всеобщему убеждению, и новых типов ископаемых или разновидностей минералов. По крайней мере такова общепринятая точка зрения.
Но я бы не рискнул называть это время скучным. Однажды я уже совершил ошибку, назвав скучными липиды – богатый и разнообразный класс живых молекул, включающих жиры, жироподобные вещества и воски. Это замечание, сделанное во время лекции и отражающее мою неграмотность в области химической природы липидов, оказалось вдвойне ошибочным. Во-первых, липиды – удивительно разнообразный класс органических соединений. Они играют интересные роли в регулировании химических реакций в живом веществе и в выстраивании его сложнейших наноструктур. Липиды разделяют внутреннюю и внешнюю сторону большинства живых молекул. Без них жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не могла бы существовать. Во-вторых, я совершил ошибку, неосмотрительно высказавшись подобным образом в присутствии внимательного химика, дамы без малейшего чувства юмора, чья научная карьера была построена как раз на исследовании липидов. Она совершенно справедливо сделала мне выговор, а затем обрушила на меня гору специальной литературы, дабы восполнить пробел в моем образовании. Во искупление вины я был вынужден прочитать все эти многословные (и очень скучные) труды.
Дело в том, что скука вызывается скорее нашим беспредельным невежеством, чем природной тупостью. Скучный миллиард в истории Земли можно уподобить тому периоду человеческой цивилизации, который называют Темными веками, или ранним Средневековьем, – весьма динамичному времени великих перемен и экспериментов, неумолимых и необратимых изменений, открывших путь к современному миру, но некогда полностью игнорируемых учеными. Наше невежество способно укореняться в нас самих. Честолюбивые молодые ученые, жаждущие утвердиться в науке в короткий промежуток времени между студенческой скамьей и получением докторской степени, вряд ли предпочтут в качестве предмета исследования геологическую эпоху, в течение которой, по всеобщему мнению, ничего особенного не происходило.
Однако геологические пласты того загадочного времени могут преподнести немало сюрпризов проницательному исследователю. Разгадки удивительных трансформаций кроются глубоко в недрах Земли, о которых мы еще так мало знаем. Именно тогда, по-видимому, сформировались некоторые из наиболее ценных пород полезных ископаемых – обширные месторождения свинца, цинка и серебра в Замбии и Ботсване (Африка) на пространстве от Невады до Британской Колумбии (Северная Америка), в Чехии и Австралии. В это же время возникли запасы и таких редких минералов, как бериллий, бор и уран. Появляется все больше данных, подтверждающих, что земные материки именно в течение этого «скучного» миллиарда лет вначале соединились в единственный гигантский континент, потом снова распались и вновь соединились в величественном цикле формирования земной поверхности. Именно за время этого миллиарда лет на мелководье и в прибрежных зонах скопилось огромное количество микроорганизмов – сегодня мы можем лицезреть их в виде хорошо сохранившихся окаменелостей. Иными словами, о «темных веках» Земли мы можем узнать много нового и интересного.
История перемен
Самое значительное событие в исторической саге Земли произошло спустя примерно пару сотен миллионов лет после того, как планета отметила свой 2,5-миллиардный день рождения. Сгустилось Солнечное газово-пылевое облако, и образовалось Солнце. Пыль вокруг него расплавилась и образовала хондры. Хондры сгруппировались в планетезимали, планетезимали – в Протоземлю и другие небесные тела, диаметром тысячи километров. Столкновение с Тейей и последующее образование Луны, раскаленный океан магмы, загустевшей до черной базальтовой коры, испещренной тысячами действующих вулканов, горячее море, вскоре покрывшее почти всю затвердевшую поверхность, так что из воды торчали лишь конические верхушки вулканов – все эти драматические события произошли за какие-нибудь полмиллиарда лет. Даже в менее бурные 2 млрд лет, проследовавшие за образованием уникального океана Земли, поверхность нашей планеты постоянно менялась, по мере того как на расплавленном базальте формировались граниты, а протоконтиненты вырастали на конвекционных ячейках, управлявших глобальной тектоникой.
Именно в таком динамичном, подвижном мире возникла жизнь, развиваясь и постепенно осваивая производство кислорода. Постоянные перемены стали главной особенностью Земли. Как начинающий скульптор, наша планета лепила свою поверхность вновь и вновь и каждый раз пробовала что-то новое.
Могла ли такая динамичная планета вдруг ни с того ни с сего впасть в длительный застой?
Ответ заключается в том, что никакого застоя на Земле не было и в пресловутый скучный миллиард. Перемены продолжались, хотя и не такие резкие, как гигантское столкновение с Тейей или Великое кислородное событие. «Скучный» миллиард стал свидетелем важных процессов, сформировавших новые горные породы и залежи ценных ископаемых, а также появления множества минералов. Что особенно важно, геологические данные, собранные по всей планете, показывают, что это было время глобальной тектоники, сформировавшей облик Земли, каким мы видим его и по сей день.
Цикл образования суперконтинентов
Привычная география Земли с ее океанами и материками с геологической точки зрения недолговечна. Привычные очертания обеих Америк, Европы и Африки, просторы Атлантического океана; протяженная в восточном направлении Азия; громадный Тихий океан, окаймленный на юге островами и материком Австралии; полярный мир Антарктики – все это лишь геологическое мгновение. Мощный процесс глобальной тектоники не только формирует континенты, но и неустанно передвигает их по планете. Вода и суша вновь и вновь меняют облик.
Группа опытных исследователей взяла на себя труд изучить древнюю географию Земли и составила замечательные, хотя и приблизительные, карты былого и будущего нашей планеты. Они приняли во внимание множество факторов. Например, известно, с какой скоростью и в каких направлениях движутся в наше время континенты. Год за годом расширяется Атлантический океан, Африка явно раскалывается на два материка; мы также с изумлением наблюдаем, как Индия постепенно врезается в Китай, сминая зазубренную линию Гималаев. Конечно, это происходит очень медленно, но неуклонно, 2–3 см в год; однако на протяжении сотен миллионов лет даже движение со скоростью улитки может вызвать гигантские изменения. Можно прокрутить воображаемую видеозапись географии Земли назад и вперед и таким образом представить себе, как меняется капризный лик нашей планеты. Богатый набор окаменелых остатков растений и животных может помочь ученым нарисовать картину планеты, какой она была даже полмиллиарда лет назад, если судить по тому, какими разными путями шла эволюция флоры и фауны на разделенных в пространстве материках. Например, разнообразные сумчатые животные Австралии или бескрылые птицы Новой Зеландии могут рассказать увлекательную историю зоологической изоляции.