Происхождения земли

      В  настоящее время в эрозии и   химическом  разрушении  пород   принимают участие земные растения.  Однако  известно,  что  высшие  растения  на  суше возникли не ранее чем через 2 млрд. лет после архейского периода,  т.  е.  в середине палеозойской эры. Вероятно, до  того,  как  возникли  растения,  на суше  существовали  более  низшие  формы,  так же  как   они,   несомненно, существовали и в море.

      Доказательство  существования  морских  водорослей   в   позднюю   до-

кембрийскую эпоху  было получено  несколько  лет  назад,  когда  палеоботаник Баргхорн  из  Гарвардского  университета,  работающий  вместе  с   Таймером, специалистом  по  осадочным  породам  из  Университета   штата   Висконсин, обнаружил микроскопические остатки морских водорослей  в  кремнистом  сланце из Ганфлинта  — плотной осадочной породе,  состоящей из  кремнезема.  По содержанию радиоактивных  элементов   и   периоду   их   полураспада   было установлено, что возраст этого сланца  порядка  2  млрд.  лет.  После  этого

другие органические структуры, которые похожи на  остатки  организмов,  были обнаружены в еще более старых породах. Самая  старая  из  них  —  кремнистый сланец из Свазиленда (Африка) — имеет возраст около 3,4 млрд. лет.

      Эта  работа по поиску свидетельств древней жизни  является  кропотливым трудоемким  процессом.  Тысячи  образцов  пород  должны  быть  распилены  на сверхтонкие пластины, а затем отполированы для того,  чтобы  их  можно  было изучать под оптическим и  электронным  микроскопами.    Хотя    органический углерод был обнаружен в старых породах  задолго  до  открытия  в  упомянутых выше  кремнистых  сланцах,  можно  всегда  предположить  множество   простых химических   механизмов   для   объяснения   этого.    Полученное    недавно доказательство существования характерных  форм  клеточной  жизни  в  древние времена трудно опровергнуть.

      Теперь  о  том,  как  возникла  жизнь  на   Земле.   Это   рассказ   о

правдоподобных  химических  механизмах,  которые следуют из   определенных предположений о  раннем  химическом  составе  поверхности.  Можно  начать  с возникновения  ранней  архейской  атмосферы  (образовавшейся  в   результате выхода газа из внутренних  слоев),  в  которой  преобладали  вода,  метан  и аммиак. Свободный кислород  отсутствовал, так как он  является  продуктом жизни, а не предшественником ее;  Атмосфера  могла  также  включать  в  себя

заметные количества углекислого газа.

      Существование  и характер этой атмосферы   связаны  с  тем  фактом,  что

Земля меньше Юпитера  и больше Луны. Юпитер способен удержать  свой  водород, который был самым обильным элементом  в  солнечном  протопланет-ном  облаке. Луна не могла удержать никакого газа

      В  воздушной оболочке Земли и  под ней  в  поверхностных   слоях  моря  и

больших  озерах  было   интенсивным   ультрафиолетовое   излучение   Солнца. Поверхность не была защищена от ультрафиолета  слоем   озона,   как  сейчас, за   неимением   кислорода (02 ), из которого образовался бы  озон  (С)з). Высокая   энергия   ультрафиолетового   излучения   способствовала   синтезу множества  органических  соединений,  например    аминокислот.     Возможно, многие из этих соединений уже существовали там, поскольку  теперь  известно, что  многие  простые  органические  соединения  присутствуют  в  межзвездном пространстве. Однако синтез недолговечных органических соединений — это  не  то  же, что возникновение жизни. Следующими шагами должен быть рост больших  молекул и  затем  нуклеиновых  кислот,  который  в   конечном   итоге   приведет   к возникновению генетического механизма воспроизведения, так что клетки  могут делиться и порождать новые клетки, подобные им самим.

      Нельзя  точно сказать, каков должен  быть диапазон  химических  условий,

необходимый для поддержания жизни. (Неопределенность может быть уменьшена в результате полета американских космических аппаратов,  которые  должны  были опустить на поверхность Марса в 1976 г. сейчас известно только,  что   Земля поддерживает  жизнь,  и  это   обстоятельство   обязано   продолжительному существованию жидкой воды. В настоящее время Земля является  единственной планетой,  про  которую  известно,  что  она  удовлетворяет  этому  условию.

Постоянно обнаруживаемые следы жизни  на Земле, относящиеся по крайней мере к последним 3,5 млрд. лет, показывают, что жидкая  вода  имелась  в  течение всего этого времени.

      Когда   возникла  жизнь,  она  начала  оказывать  важное   влияние   на

поверхность Земли  и газовую  оболочку,  окружающую  ее.  В  формации  Биттер Спрингс, расположенной в центральной Австралии,  которой немного меньше  1 млрд. лет, палеоботаники обнаружили клеточные  морские  водоросли,  подобные по   многим   геометрическим   характеристикам   сине-зеленым    водорослям.

Современные сине-зеленые  водоросли,  как  и  все  другие фотосинтезирующие растения, выделяют кислород.  К  концу  протерозойской  эры,  которая  лежит между архейским периодом и началом  палеозойской  эры,  в  атмосфере  должно было накопиться достаточное количество кислорода  для  поддержания  эволюции высших организмов. Они  были  многоклеточными,  т.  е.  живыми  организмами,

имеющими много  клеток с различающимися характеристиками.  Оказывается,  всем этим организмам необходимы по крайней мере небольшие количества  свободного кислорода для их биохимических процессов.

      Кислород  не является единственным  атмосферным   газом,  возникшим  при наличии жизни. В незначительных количествах присутствует,  например,  метан. По-видимому,  его  источником   первоначально   являлись   метанообразующие бактерии, выделяющие обильно «болотный  газ».  Атмосфера  также  включает  в себя другие газы, которые являются скорее продуктами деятельности  биосферы, чем более простых небиологических химических реакций.

      Протерозойская  эра была временем, когда мир   был  населен  бактериями,

морскими водорослями  и  другими  примитивными  одноклеточными  организмами, которые, вероятно, существовали  и  на  суше,  и  на  море.  Их  влияние  на процессы, происходящие на  поверхности,  видно  на  протерозойских  породах.

Наиболее характерно это для строматолитов—формаций горных пород,  состоящих из  известковых  выделений  нитевидных   водорослей   и   осадочных   пород, задержанных ими. Строматолиты в настоящее время обнаружены в  таких  местах, как  Багамские  и  Бермудские  острова,  где  известняки  лежат   внизу   на абиссальных равнинах. Другое свидетельство протерозойской  жизни  обнаружено в нескольких угольных пластах, образованных  массами  пропитанных  углеродом остатков водорослей.

      Если  бы наблюдатель посмотрел вниз  на Землю с искусственного  спутника в  протерозойское  время,  он  описал  бы  ее  поверхность   так   же,   как наблюдатель, находящийся в  подобной  ситуации,  сделал  бы  сейчас.  Только прибор для определения химического  состава  атмосферы  смог  бы  обнаружить какие-то  различия.  Доказательством  этого  подобия  служат  протерозойские породы, которые принадлежат к тем же типам и имеют  тот  же  состав,  что  и породы всех более поздних периодов.

      К  поздней протерозойской эпохе  система Земля — Луна  после   изменений, имевших место в начальный период, превратилась  в  основном  в  ту  систему, которую мы видим в настоящее  время.  Приливы  должны  были  быть  несколько выше, чем сейчас, но отличие было небольшим.  Примерно  в  то  время,  когда Луна стала холодной,  длительный  нагрев  и  дифференциация  верхней  мантии Земли и коры привели к интенсивному захвату больших тел гранитных пород и  к образованию   опоясывающих   горных   цепей,   источником    которых,    как предполагают, является тектоника плит.

      Из  анализа как протерозойских, так   и  более  поздних  пород   получены

данные   о   периодических   изменениях   знака   магнитного   поля   Земли,

происходивших в течение большей части ее истории. По мере того как нагретая порода остывает, она намагничивается в направлении магнитного поля Земли,  и силовые  линии  вмораживаются,  когда  порода   отвердевает.   Кроме   того, определенные осадочные породы, которые  содержат    намагниченные   частицы, сохранили, направление  поля  тех  времен,  когда  они  отлагались.  Причины перемен лежат в нестабильности движений в жидком  ядре,  которые  генерируют магнитное поле Земли.

      Палеомагнитные  данные рассказывают также и  о движении полюсов. Это   не означает,  что  северный  и  южный   полюсы   движутся;   наоборот,   детали ьповерхности   Земли   сдвигаются   относительно   полюсов.    Этот    вывод, подкрепляемый палеомагнитными  данными,  основан  на  геологических  записях древнего  климата,  таких,  как  угольные  пласты  в  полярных   районах   и ледниковые отложения вблизи экватора.

      Оказывается,  что в протерозойское время  около южного полюса  находился большой континент, и основным процессом, определяющим  палеогеогра-фию,  был его дрейф.

      Породы  хранят  свидетельства  о   периоде  главной  ледниковой  эпохи,

первой,   существование   которой   твердо   доказано.   Эти   свидетельства

оказываются  недостаточными  для   точного   установления   возраста   этого

ледникового периода. Неизвестно, имел  ли  он  ту  же  длительность,  что  и

недавние (плейстоценовые) ледниковые периоды, состоял ли он так  же,  как  и они, из многих эпизодов, когда ледники наступали  и  отступали.  Можно  лишь предположить, что  механизмы,  подобные  тем,  что  приняты  для  ледниковых периодов плейстоцена, являются общими: это движение  континентальной  массы, лежащей у одного из полюсов и ограничивающей способность океана и  атмосферы распределять тепловую энергию равномерно по сфере. Для внешнего  наблюдателя Земля в то время выглядела немного похожей на  Марс,  за  исключением  того, что на экваторе уже были океаны. Один из интересных  вопросов   относительно

ледниковых эпох Земли состоит в  следующем:  почему  на  Земле  установилось тепловое равновесие при такой  температуре,  которая  достаточно  низка  для того, чтобы образовались большие  полярные  шапки,  но  слишком  высока  для полного замерзания всей поверхности

      Точно  так же, как история человечества  сливается с  его  предысторией,

последние 570 млн. лет  истории Земли (начиная с палеозойской эры) связаны  с 9/10 продолжительности ее предшествовавшей эволюции,  которая долгое  время оставалась тайной. Более столетия последние  570  млн.  лет рассматривались как  геологически   «известный»   период;   поэтому   его   часто   называли «фанерозойским», от греческого «phaneros» — открывать. Хотя  первые  геологи обнаружили, что некоторые докембрийские  территории  поддаются  картированию обычными геологическими методами, не было  ископаемых,  имеющих  достаточное сходство с формами, существующими в настоящее время; и  это  делало  докембрийский период «немым».  Стратиграфическая  шкала  времени  —  исключительно

детальные и точные  часы  —  основана  на  быстрых эволюционных  изменениях высших  форм  жизни,  свидетельства  о  которых  сохранились  в   ископаемых остатках кораллов и тысяч других видов многоклеточных организмов

      Изучающие   историю  Земли  не  перестают   удивляться   исключительной скорости изменений в период существования  многоклеточных.  3  или  4  млрд. лет, т. е. в течение почти всей истории, Земля была  населена  одноклеточной жизнью. После этого не более чем за несколько сотен миллионов лет  появилось фантастическое разнообразие беспозвоночных организмов. Быстро  возникли  все основные типы  животного  мира,  и  скоро  за  ними  последовали  сосудистые растения и позвоночных. Было ли все это случайностью,  результатом  удачного расположения континентов и морей, игрой окружающей  среды  ?  Или это было неизбежным  следствием   возникновения   кислородной   атмосферы   Земли   в результате  фотосинтеза,  производимого  водорослями?'  Наиболее   вероятным сейчас кажется, что именно эволюция атмосферы в направлении  к  современному уровню содержания кислорода стимулировала биологическую  приспособленность.

Одним из  проявлений  такой  приспособленности  было  появление  раковины  у животных, которая служила броней, защищающей мягкие  ткани  от  хищников,  и базой  прикрепления  мускулов.  Раковины  дают  нам  основу  для   понимания последующего направления эволюции планеты и ее обитателей. Результаты палеобиологических исследований, основанные  на  изучении  только  мягких  частей организмов, дали бы слишком тусклые очертания прошлого.

      Раковины—это больше, чем временные метки в истории: они вызвали важные изменения в динамике внешних слоев Земли, Океаны стали  населять  организмы, в состав которых входили карбонат кальция, фосфат кальция и окись кремния  в огромных  количествах.  Их   остатки   отлагались   в   осадочных   породах, превращаясь в конце концов в известняк, сланец  и фосфатный известняк или фосфатную породу (главный источник сельскохозяйственных удобрений).

      Более   точные  сведения,  относящиеся   уже  к  палеозойскому   периоду,

позволяют геологам  проследить  эффекты  дрейфа  континентов.  В частности, можно более уверенно установить очертания  древнего Атлантического  океана, который  лежал между Европейско-Африканской массой суши  и  Америкой,  перед тем как во времена, близкие к палеозойской эре,  образовался  сверхконтинент Пангея. Образование Панеи  было  одним из  редких,  особых  событий более

поздней истории  Земли, одним из важных возмущений  более  или  менее  гладко протекающей эволюции планеты.

      Одним  из главных  последствий   образования  Пангеи  было  исчезновение сотен видов беспозвоночных  и  начало  всеобъемлющих  изменений  в  типах  и относительной населенности различных  видов  животных  и  растений.  Большая часть  пространства,   занятого   мелкими   отмелями,   окружающими   каждый континент, исчезла,  когда  континенты  столкнулись,  оставив  только  узкую полосу   вокруг   сверхконтинента.   Отмели   служили   убежищами   наиболее продуктивного биологического населения  палеозойского  мира.  Географическое сжатие и совпадавшие с ним климатические изменения, включая  оледенения  тех частей, которые теперь являются Африкой, Австралией и Южной  Америкой,  были