Наши развилки. Развилки эволюции природы на пути к человечеству
Шрифт:
Перидотитовый твердый слой мантии, который стал пристанищем Оксижена, после Литосферной развилки перекрылся базальтовым слоем коры. Разбитие базальтовой литосферы на плиты определило нахождение кристалла Оксиженного форстерита в одном из океанических блоков. С этим литосферным блоком наш кислородный гид отправился в дрейф по астеносфере.
Карбомал, Карбожен с Нитроженом, как и Флюор с Ферумом в своих персональных астероидах (Карбомалном, Нитроженном и Ферумном) продолжают кружить вокруг Солнца на орбитах между Марсом и Юпитером. В их судьбе мало что изменится на протяжении еще около 300 млн. лет, до Пребиотической развилки, когда они прибудут на Землю.
2.4. Океаническая развилка эволюции Земли. Около 4,27 миллиарда лет назад
На протяжении около 200 млн. лет после Литосферной развилки тепловая история планеты оставалась в границах этапа «Раскалённая Земля». Планету продолжала укутывать третья – Мезокатархейская водно-азотно-углекислая атмосфера. В этой атмосфере происходило накопление колоссальной массы паров слабых водных растворов угольной и некоторых других кислот. К рубежу ~4,27 миллиарда л.н. снижающаяся температура достигла стабильных значений существования
Кислая вода многовековых дождей мощными потоками стекала по сухой и очень горячей земной поверхности в низкие участки базальтового рельефа Земли. Формировалась система стока, речная сеть и возникали первые водоемы. Вода на своем пути растворяла щелочные породы своих русел. С суши переносились в первичные водоемы обломки разрушенных горных пород и извлеченные их них химические элементы: прежде всего натрий, а также магний, стронций, калий, кальций, литий и др. Содержание этих катионов [33] в морской воде соответствует распространенности их в породах земной коры. Однако, содержание основных анионов, особенно хлора и брома, в водоемах значительно превышает возможности горных пород. Ученые считают, что все катионы попали в морскую воду в результате их извлечения из горных пород, а анионы (хлор, бром и др.) прибыли в воду непосредственно из мантии при её дегазации.
33
Катион-положительно заряженный ион с меньшим количеством электронов, чем протонов в том или ином элементе. Анион-отрицательно заряженный ион с большим количеством электронов, чем протонов. Соли в водоемах существуют, как правило, в форме ионных соединений, которые формируются в результате притяжения ионов с противоположными электрическими зарядами. Например, хлорид натрия (NaCI), бромид калия (KBr) и оксид кальция (CaO).
Первичная морская вода была слабокислотной (pH [34] от 5 до 6,5) и малосолёной, похожей по составу на пресную воду. Такой состав воды в морях обусловлен быстрым стоком, не позволявшим значительно обогатиться минеральными веществами. Кислый раствор, находясь в первичных водоемах, растворял омываемые изверженные породы. На первом этапе размывались породы твердого базальтового слоя. На протяжении последующих сотен миллионов лет водные бассейны постепенно насыщались элементами, переходившими из новообразованных океанической и континентальной земных кор: натрием, магнием, стронцием, калием. Кроме того, за счет дегазации мантии в воду поступали хлор, бром и другие анионы. Интересно проследить обогащение океанов катионами кальция (Са2+) и магния (Mg2+), наряду с комплексным анионом карбоната (СO32-), в состав которого входит катион углерода (С4+) и три аниона кислорода (O2-). Когда концентрация этих элементов в морской воде достигла точек растворения кальцита (СаСО3) и доломита (CaMg[CO3]2), на дно бассейнов начали осаждаться данные карбонаты. Выпадение из воды соединений углекислоты привело к последующему извлечению морской водой из атмосферы новых порций углекислого газа. Океан выводил «излишки» углерода из атмосферы в осадок морей и океанов. Огромные массы соединений углерода в форме мощных толщ карбонатных пород на сотни миллионов лет захоронялись в недрах планеты. Океан стал естественным регулятором, как состава атмосферы, так и ее температуры. Гидросфера включилась в кругооборот вещества и энергии между всеми оболочками Земли.
34
pH – показатель кислотности раствора, отражающий концентрацию в ней водородных ионов. Показатель изменяется от силькислотного (менее 3) до сильнощелочного (9,5-11). Оптимальный – нейтральный (7 единиц).
По мере увеличения продолжительности взаимодействия воды с омываемыми горными породами повышалось в ней содержание минералов (в среднем до нынешней минерализации 35 г/л). Воды постепенно превратились в слабощелочные (pH от 7, 5 до 8,5), жесткие растворы минеральных солей хлоридно-магниевого типа. В океанических и морских водах растворены в разных количествах почти все элементы таблицы Менделеева. Солевой состав вод океанов очень близок к характеристике крови животных и человека, что можно объяснять зарождением и начальной эволюцией живых организмов в океанических водах.
Вода первых дождей наполняла сначала отдельные, изолированные наиболее погруженные участки, формируя ранние озера и моря. По мере поступления новых объемов жидкости и повышения уровня морей, происходило постепенное соединение локальных водоемов в более обширные моря и, наконец, практически вся планета покрылась мелким океаном. Вода в первичных водоемах не кипела только потому, что находилась под давлением тяжелой атмосферы (по разным оценкам в 2–3 раза плотнее нынешней), состоящей в значительной степени из плотного углекислого газа. Изобилие в воде минералов железа придавало океану зеленый цвет. Суша отсутствовала, кроме выступающих кое-где из воды вершин действующих вулканов. Появляющиеся из воды вулканические острова раннего периода Земли достаточно быстро разрушались мощными волнами, поскольку состояли из пористого, мягкого, пемзообразного базальта. Луна в это время располагалась еще весьма близко от Земли, и её приливное влияние вызывало огромные волны, высотой в сотни метров, прокатывающиеся
Забегая немного вперед, отметим, что накопление поверхностных водных бассейнов и затем образование глобального океана способствовало изменению состава третьей атмосферы и формированию четвертой воздушной оболочки. В новой – Эоархейской углекисло-азотной атмосфере в течение от 4.1 до 3.5 млрд. л.н. содержание углекислого газа сократилось до 1,3 %. Одновременно резко возросла доля азота (от 50 до 98 %), что благоприятствовало продвижению эволюции нашей планеты по антропному маршруту.
Когда атмосфера отдала в гидросферу практически весь объем воды, дегазированный до этого земными недрами, тогда количество воды в океане составляло, по разным оценкам, около 70 % нынешнего объема Мирового океана. С тех пор океаны, моря, озера и реки уже никогда не покидали земной лик. Конечно, гидросфера постоянно наращивает свой объем за счет падения на Землю водосодержащих астероидов и комет, а также в результате деятельности вулканов. Каждые тысячу лет уровень Мирового океана поднимается на 1 мм за счет поступления воды из дегазируемых недр. Древние океаны на протяжении около 1,7 млрд. лет после формирования (от 4,27 до 2,5 млрд. л.н.) были не глубокими – 150–700 м. К среднему протерозою (около 1,2 млрд. л.н.) их глубины возросли до 2900 м. Почти нынешний объём воды в Мировом океане достигнут в вендском периоде (около 570 млн. л.н.). Кроме того, водная оболочка планеты постоянно меняла свой облик за счет дрейфа континентов – исчезали и возникали целые океаны, не говоря о морях и реках, но даже в периоды самых лютых оледенений оставались где-то на планете значительные объемы жидкой воды. В настоящее время поверхность Земли покрыта пятью океанами: Тихим, Атлантическим, Северным Ледовитым, Индийским и Южным (Антарктическим или Австралийским). Южный океан возник на месте раскола некогда единого материка на два других: Южную Америку и Антарктиду.
2.4.1. Земные океаны – уникальное явление в Солнечной системе
Начало формирования первых водных бассейнов на Земле около 4, 27 млрд. л.н. стало Океанической развилкой эволюции природы, которая ориентировала развитие планеты по уникальному, земному пути. В Солнечной системе в настоящее время, кроме Земли нет ни одной планеты или спутника с поверхностными бассейнами жидкой воды. Даже на планетах земного типа небольшое количество воды теперь находится либо в газообразном состоянии (на Венере) или в замороженном виде в полярных шапках и вечной мерзлоте (на Марсе), либо в форме водяного льда в глубоких кратерах, куда не проникают солнечные лучи (на Меркурии). Вода в предполагаемых водных бассейнах на некоторых спутниках газовых гигантов (на Европе, Ганимеде и Каллисто вокруг Юпитера и на Энцеладе у Сатурна) может находиться под толстым слоем льда, покрывающем небесное тело. Эволюция водных оболочек планет только на Земле пошла по пути формирования гидросферы. На Марсе образовалась криосфера, на спутниках Юпитера и Сатурна – ледяная кора. Даже если существуют на спутниках водные бассейны, перекрытые ледяным панцирем, то они имеют мало общего с земным Мировым океаном и его эволюцией. Сведения по выявленным к настоящему времени более чем шести тысячам экзопланет указывают на то, что их эволюция, скорее всего, пошла иными направлениями, нежели земной океанический путь. Океаническая развилка направила развитие нашей планеты по настолько уникальному эволюционному вектору, который, скорее всего, редко повторяется в Галактике. Океаническая развилка ориентировала эволюцию Земли не только на появление водной оболочки, но также на её долговременное существование (более 4 млрд. лет), постоянное преобразование и взаимодействие с другими земными оболочками. Кроме того, с Океанической развилкой оказалась связана важная особенность Земли – океаническая кора. Эти направления эволюции планеты, порожденные Океанической развилкой, привели к реализации в природе двух таких обязательных условий для появления живых форм материи, как постоянное длительное существование значительных объемов жидкой воды и такую же продолжительную циркуляцию вещества между верхними и нижними оболочками планеты. Непрекращающаяся вертикальная циркуляция химических веществ в процессе постоянного образования новой океанической коры обеспечивает вынос в океан из глубинных недр энергии и веществ, необходимых для зарождения живых организмов и поддержания их эволюции при самых экстремальных вариациях климатических условий.
Океаны стали важнейшим фактором формирования климата и погоды. Водяная оболочка влияет на обмен теплом и влагой между атмосферой и сушей. Вода имеет большую удельную теплоемкость, поэтому нагревается и остывает медленнее, чем острова и материки. Океанические течения обеспечивают перемещение теплых вод в холодные регионы планеты, и возвращают холодные воды в горячие тропики. В зимние периоды Мировой океан своим теплом обогревает континенты, а летом несет на сушу прохладу. Изменения глобальных течений, например, из-за дрейфа континентов, приводят к нарушению установившихся распределений давления и температуры воздуха. В совокупности с другими климатическими факторами, такие нарушения глобального теплообмена приводят к частичным и даже глобальным оледенениям или, наоборот, к резким повышениям температурного режима поверхности, к таянию ледников. Растут или снижаются уровни океана, происходят стихийные бедствия.
Как только на первичной базальтовой коре и/или на новообразованной коре «сухого океана» начали возникать первые водные бассейны, практически одновременно на дне этих водоемов происходило накопление слоя осадков иногда очень малой толщины вдали от берега. Однако в некоторых местах – довольно большой мощности, как правило, у берегов или за счет подводных извержений. Первостепенную роль в накоплении осадочных отложений играли мощные дождевые потоки, характерные для этих времен, которые смывали рыхлый вулканический материал в протоокеаны и протоморя. Кроме того, в водоемах происходило выпадение в осадок легких минеральных частиц, которые переносились ветрами с прилегающих территорий, не занятых водой. В осадки водоемов превращались: падающая космическая пыль, вулканический пепел и бомбы. Химические реакции в самой воде или при взаимодействии ее с атмосферными газами приводили к осаждению тех или иных химических соединений. Таким образом, в участках осадконакопления началось формирование океанической коры с её двухслойным строением: нижним – базальтовым и верхним – осадочным. В областях с океанической корой происходили некоторые специфические преобразования твердой мантии, и тем самым формировалась специфическая океаническая литосфера.