История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет - Роберт Хейзен

Независимо от точного подсчета времени распространения кислорода, когда Земле исполнилось 2,5 млрд лет, ее поверхность снова изменилась. Первые заметные изменения сказались на почве, когда она подверглась коррозии. Активизированные участием кислорода процессы выветривания начали разрушать железосодержащие граниты и базальты, превращая их в ржаво-красную почву. Земля старела и постепенно меняла свою черно-серую окраску на ярко-красный цвет ржавчины. Два миллиарда лет назад из космоса материки на нашей планете – безусловно, уступавшие по размерам нынешней суше – должно быть, отчасти напоминали современную красную поверхность Марса, но картина дополнялась голубыми океанами и завитками белых облаков, что создавало живописные контрасты.

Ржавчина являлась лишь самым наглядным из многих глубоких минералогических изменений. Наша последняя химическая модель предполагает, что Великое кислородное событие привело к рождению по меньшей мере трех тысяч видов полезных ископаемых, раньше не существовавших в Солнечной системе. Сотни новых химических соединений урана, никеля, меди, марганца и ртути появились только после того, как живые клетки научились производить кислород. Многие из кристаллов, хранящихся в музеях: голубовато-зеленые медные минералы, пурпурные разновидности кобальтовых, желто-оранжевые урановые руды и многие другие – красноречиво свидетельствуют об активности живой материи на планете. Эти новоиспеченные минералы вряд ли смогли бы образоваться в лишенной кислорода среде, так что именно жизнь, прямо или косвенно, стала причиной появления большей части из известных на Земле 4500 минералов. Стоит отметить, что, в свою очередь, новые минералы снабжали живое вещество новой средой обитания и новыми источниками химической энергии, так что жизнь на Земле развивалась в тесной взаимосвязи с минералами и горными породами.

В этой сложной истории важнейшую роль играет поразительно склонный к трансформациям кислород. Алчущие электронов, атомы кислорода охотно вступают в реакцию со всеми видами минералов, выветривая камни и формируя плодородные почвы. Когда более 2 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере впервые достигло значительного уровня, все формы жизни, способные к фотосинтезу, обитали в океанах. Суша была абсолютно безжизненна. Но кислород открыл путь для распространения живых клеток по всей планете.

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» миллиард

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.