Текст книги "Краткая история планеты Земля. Горы, животные, огонь и лед"

Автор книги: Дж. Д. Магдугалл

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 19 страниц)

Все эти точки зрения имеют своих сторонников, но нет никаких определенных и однозначных данных, которые свидетельствовали бы в пользу какой-либо из них. К несчастью, но неизбежно, по мере нашего углубления в прошлое Земли геологические факты и ключи к истории Земли становятся все более скудными и их все труднее интерпретировать. В самом начале, как уже было отмечено в предыдущей главе, и Земля, и другие планеты нашей солнечной системы образовались из кусков и обломков, вращавшихся вокруг первоначального Солнца. Земля разрасталась, захватывая все вещество, находившееся вокруг, пока не достигла за несколько миллионов лет – не более десяти – приблизительно своего нынешнего размера. Хотя мы и не знаем точно, как быстро она стала такой, как сейчас, у нас все же есть данные о характере вещества, из которого она образовалась. Эту информацию мы получаем на основе изучения метеоритов.

МЕТЕОРИТЫ И ЗЕМЛЯ

Метеориты – гораздо более обычное явление, чем вам, возможно, кажется. Количество образцов в какой-нибудь частной или общественной коллекции достигает нередко нескольких тысяч и постоянно возрастает. Большинство «падающих звезд», прорезающих ночное небо в ясную погоду, представляет собой крошечные метеориты, нагретые до температуры белого каления в результате трения о воздух, которые полностью сгорают в атмосфере, не долетая до поверхности Земли. Лишь немногие из них достигают поверхности. Каждый год на континенты падают десятки тысяч метеоритов, вероятно более 100 000, и еще большее количество падает в океаны. Большая часть их имеет очень маленькие размеры, и они никогда не распознаются как метеорные частицы. Те, которые были найдены и собраны, имеют размеры от горошины до более редких кусков величиной с футбольный мяч, а иногда и гораздо крупнее. С ростом населения Земли все большая доля упавших метеоритов немедленно распознается и подбирается. Некоторые из них иногда попадают даже в автомобили или дома.

В последние годы одним из наиболее богатых источников метеоритов для научного изучения стала Антарктида. Метеориты, падающие на ее снежный покров, сразу же погружаются в снег и лед, но со временем они выносятся к океану ледниками, медленно движущимися от полюса. При падении метеориты уходят глубоко под землю, но местами, там, где медленно ползущий лед встречает погребенные под ним горные хребты, эти скопления метеоритов выносятся вверх. В таких местах холодные сухие ветры Антарктиды быстро сдувают лед, оставляя на месте метеориты, которые он несет с собой. Под воздействием этого процесса в таких местах нередко концентрируются метеориты, падавшие на Землю на протяжении тысяч лет, и поскольку в этом море снега и льда мало других выходов горных пород, эти скопления метеоритов легко заметить. В наше время геологи нескольких стран ежегодно совершают экспедиции в Антарктиду в течение южного лета на поиски таких скоплений метеоритов с помощью автомобилей-снегоходов и вертолетов.

В былые времена метеоритам иногда приписывались особые свойства, поскольку они падали с неба и, как считалось, могли быть посланы богами. Ближе к нашему времени ученые поняли, что метеориты подобно Розеттскому камню несут ценную информацию о древнейшей истории Солнечной системы. Хотя существуют многие разновидности метеоритов, некоторые, по-видимому,

существенно не изменились со времени их образования 4,5 миллиарда лет тому назад, то есть со времени образования Земли. По существу, они, вероятно, очень близки к тому первичному материалу, из скоплений которого образовалась Земля. В следующий раз придя в музей естественной истории или геологический музей, уделите немного времени и метеоритам. Хотя они могут показаться вам очень похожими на обычные камни, они отнюдь не являются таковыми. В отличие от обычных пород метеориты – это удивительные посланцы из прошлого, которые могут многое рассказать нам о том времени, когда формировалась наша Солнечная система.

Наиболее древние метеориты называются хондритами. Они считаются обломками астероидов, пояс которых располагается между Марсом и Юпитером. Состоят они в основном из минералов, обычных для земных пород, но содержат также металлическое железо, которое на земной поверхности как природный материал встречается очень редко. Как мы узнали в предыдущей главе, железо плавится при гораздо более низкой температуре, чем многие обычные минералы. Большая часть металлического железа, принесенного на Землю в процессе ее первоначального роста из захваченных обломков и пыли, расплавилась и опустилась в центр планеты, образовав там металлическое ядро.

Поскольку Земля состоит из химически различающихся оболочек – таких как ядро, мантия и кора, – и поскольку мы можем собрать пробы для анализа только из самой верхней оболочки, определение общего химического состава нашей планеты казалось трудной задачей. Однако и хондриты можно проанализировать в лаборатории. Если они действительно представляют собой тот материал, который, накапливаясь, образовал Землю, тогда просто анализируя их, мы могли бы определить химический состав Земли в целом – поистине удивительная перспектива! Но можно ли считать, что они характеризуют средний состав того вещества Солнечной системы, из которого первоначально образовалась Земля? Имеются веские доводы в пользу того, что это так. Это факты, полученные в результате исследований Солнца, поскольку оно содержит почти всю массу солнечной системы и тем самым, – можно сказать, по определению, – средний состав Солнца соответствует среднему составу всей Солнечной системы. Путем спектрального анализа света, излучаемого Солнцем, ученые получили много информации о его химическом составе. За исключением небольшого числа элементов, находящихся обычно в газообразном состоянии, относительные количества большинства элементов в хондритах почти точно соответствуют их среднему содержанию на Солнце; что является хорошим свидетельством в пользу того, что вещество хондритов не подвергалось существенному химическому фракционированию. Таким образом, сопоставляя информацию, полученную в результате изучения метеоритов, со знанием о средней плотности различных оболочек Земли, выведенным на основе сейсмических исследований, оказалось возможным не только оценить общий химический состав Земли, но даже определить средний состав тех оболочек, образцы пород которых никогда не отбирались, – таких, как глубокие слои мантии и ядро.

КАКОВ ВОЗРАСТ НАШЕЙ ПЛАНЕТЫ?

Выше уже было упомянуто, что возраст Земли несколько миллиардов лет. Это современное представление. Убеждение Джеймса Ашера, теолога, который на основании Библии вычислил, что Земля была сотворена в 4004 году до н.э., продержалось вплоть до девятнадцатого века. Некоторые и сегодня игнорируют неопровержимые научные доказательства и уверяют, что библейские легенды излагают истинную историю сотворения и дальнейшего развития Земли.

Ныне принятый наукой возраст Земли в 4,5 миллиардов лет был установлен только в середине 1950-х годов. Точное определение возраста Земли является весьма специфической научной задачей, но в сущности оно исходит из того факта, что естественно встречающиеся радиоактивные изотопы распадаются с постоянной скоростью. Если эта скорость для конкретного изотопа твердо установлена, то можно сосчитать количество продуктов его распада, которое накопилось в образце горной породы со времени ее образования, на основании чего можно вычислить возраст породы. Радиоактивный распад и его использование для датирования образцов горных пород будут более подробно рассмотрены в главе 6, но все же стоит отметить, что в обычных горных породах имеется несколько изотопов, которые можно использовать для датирования. Изотопы одного элемента имеют одинаковые химические свойства, но слегка отличающееся строение ядер. Не все изотопы радиоактивны, но лишь те, которые со временем распадаются, образуя изотопы совершенно другого элемента. Из элементов с радиоактивными изотопами более других известны уран и торий. В процессе радиоактивного распада они превращаются в изотопы свинца. Таким образом, часть свинца, существующего сейчас на Земле и даже в Солнечной системе, не существовала изначально, при формировании, а возникла в течение геологического времени в результате постепенного распада тория и урана.

Поскольку каждый из изотопов тория и урана, распадаясь, превращается в свинец с определенной скоростью, образцы, содержащие эти элементы, содержат каждый несколько независимых, как бы встроенных в породу, геологических «часов», которые можно использовать независимо друг от друга для определения геологического возраста породы. Из этого также следует, что соотношение изотопов свинца в каждой конкретной породе, как правило, совершенно индивидуально и отражает как возраст, так и соотношение содержания урана и тория. В 1950-х годах Клэр Паттерсон из Калифорнийского технологического института в Пасадене обнаружила, что как метеориты, так и образцы горных пород Земли имеют одинаковые соотношения содержаний изотопов свинца. Используя тщательно отобранные образцы, точно соответствующие, насколько это возможно, среднему содержанию изотопов свинца в Земле, и серию образцов из хондритовых метеоритов, Паттерсон открыла систематическое соотношение, указывающее, что все эти тела – и Земля, и различные хондриты – должны были образоваться из общего изначального материала в промежутке от 4,5 до 4,6 миллиарда лет назад.

Результаты, полученные Клэр Паттерсон, представляют собой одно из важнейших открытий в анналах геологии. Они не только установили надежные цифры для возраста Земли, но и связали происхождение нашей планеты с образованием вещества Солнечной системы в целом. Один из ее предшественников, выдающийся шотландский геолог восемнадцатого столетия Джеймс Хаттон сказал как-то об истории Земли, что он не нашел «никаких следов ее начала и никакой перспективы ее конца». Однако несмотря на эту лирическую прозу Хаттона, работа Клэр Паттерсон твердо установила дату начала этой истории. И хотя после 1950-х годов были достигнуты большие технические успехи в изучавшейся Паттерсон области изотопных измерений, ее главные выводы остались непоколебимы.

Цифра 4,5 миллиарда лет легко запоминается. И студенты и профессора геологии быстро привыкли к ней. И все же это – огромное число, слишком большое, чтобы понять его, исходя из человеческого опыта. Если выписать его со всеми нулями, тогда это число, может быть, несколько легче представить себе: 4 500 000 000 лет. Четыре с половиной миллиарда пенни составили бы стопку высотой около 6,5 тысячи километров, что несколько превышает расстояние от поверхности Земли до ее центра.

ПЕРВЫЕ 600 МИЛЛИОНОВ ЛЕТ

Хотя мы знаем, когда возникла Земля, следующая глава ее истории, в сущности, пуста. Ибо почти 600 миллионов лет после возникновения нашей планеты в ее летописи отсутствуют записи, соответственно представленные образцами горных пород. Древнейшие из обнаруженных пород найдены в Северо-западных территориях Канады. На основе анализа содержащихся в них изотопов свинца было установлено, что их возраст несколько превышает 3,9 миллиарда лет. Эти породы подверглись сильному метаморфизму, и поэтому трудно сказать что-либо определенное об их происхождении. Но тем не менее они не так уж сильно отличаются от многих других континентальных пород гораздо более молодого возраста. Таким образом, мы знаем, что уже 3,9 миллиарда лет назад существовали по меньшей мере какие-то фрагменты континентальной коры.

Вопрос о том, когда образовались первые континенты, давно вызывал острый интерес у геологов, поскольку очевидно, что для роста и эволюции земной коры потребовалось определенное геологическое время. Кажется вероятным, что до возникновения пород, имеющих возраст 3,9 миллиарда лет, должны были существовать какие-то небольшие континенты. Данные, которые приводят нас к этому заключению, редки, и найти их почти так же трудно, как пресловутую иголку в стоге сена. Но где следует искать такого рода данные? Ответ на этот вопрос представляет собой хороший пример того, как часто приходится работать геологам, используя настоящее как окно в прошлое. Мы знаем, что в наше время продукты эрозии накапливаются на краях континентов. Имеются веские основания ожидать, что и в прошлом ситуация не отличалась от нынешней. Даже самые древние материки должны были иметь берега и пляжи. Вполне вероятно, что если бы часть этих древнейших осадков сохранилась до нашего времени, они вполне могли содержать зерна минералов, происходящие из еще более древних эродированных континентов.

И вот, в поисках минеральных зерен, особенно устойчивых к разрушению при выветривании и переносе, геологам пришлось просеять немало образцов древнейших известных нам песчаников, которые, вероятно, откладывались вдоль береговых линий древних материков. Во время одного из таких поисков в Западной Австралии был случайно обнаружен прослой песчаника возрастом в 3,6 миллиарда лет. Некоторые из зерен в этой породе оказались старше самого песчаника и, по-видимому, пережили много циклов эрозии, отложения, уплотнения в твердую породу, поднятия и повторной эрозии. Уильям Компстон с коллегами из Австралийского Национального университета в Канберре обнаружили, что несколько зерен устойчивого к выветриванию минерала циркона из этих древних песчаников имеют возраст от 4,1 до почти 4,3 миллиарда лет.

Кристаллики циркона являются обычными компонентами многих изверженных пород. Зачерпните горсть пляжного песка или почвы, и вполне может оказаться, что вы держите в ладони несколько зерен циркона, поскольку выветривание и эрозия, разрушившие их материнские породы, очень слабо воздействуют на инертные кристаллы циркона. Из-за своей твердости и устойчивости к разрушению большие прозрачные кристаллы этого минерала часто используются в качестве драгоценных камней. Но самыми полезными для геологов оказываются крошечные зерна циркона, которые переносятся на большие расстояния в водных потоках или даже ветром. Они-то и являются тем следом, с помощью которого можно проследить и найти тот самый исходный источник происхождения осадочного материала, в котором эти зерна сейчас находятся.

Как следует из названия этого минерала, зерна циркона богаты элементом цирконием. К счастью, в них также содержатся значительные количества урана, и как мы уже видели, в результате радиоактивного распада урана образуются изотопы свинца, содержание которых молено измерить, и по этим данным определить возраст зерен. Современные методы измерений столь чувствительны, что даже того ничтожного количества свинца, которое содержится в единственном мельчайшем зерне циркона, оказывается достаточно для точного определения содержания урана и изотопов свинца и тем самым – возраста зерна. Таким вот образом были датированы зерна циркона, извлеченные из австралийского песчаника.

Поскольку эти древние цирконы являются единичными зернами, а не фрагментами породы, трудно судить о тех типах горных пород, из которых эти зерна были удалены эрозией. Однако циркон является обычным компонентом многих континентальных пород – например, гранита – но практически отсутствует в таких повсеместно распространенных породах, как базальты океанского дна. Отсюда следует, что эти зерна происходят из континентальных пород. Если это действительно так, то существование континентов отодвигается назад во времени до почти 4,3 миллиарда лет – то есть всего несколько сот миллионов после образования Земли. Но эти первоначальные участки земной коры должны были значительно отличаться от тех континентов, которые мы знаем сегодня, и, конечно же, они должны были иметь гораздо меньшие размеры.

Даже если земная кора начала формироваться очень рано, существует несколько возможных причин, почему ничего не сохранилось от первых приблизительно 600 миллионов лет существования нашей планеты. Одна из них заключается в том, что на протяжении большей части этого периода Земля подвергалась мощной бомбардировке из космического пространства, пока она собирала своей силой тяжести остаточное вещество, уцелевшее после образования первоначального тела Земли. Второй причиной было то обстоятельство, что, как мы уже отметили, первоначальная Земля была очень горячей. Мощные конвекционные потоки, существовавшие в горячей Земле, просто уничтожили бы большую часть первоначальной коры. Хотя значительная часть этого тепла была следствием самого процесса разрастания Земли за счет бомбардировки падавшими на нее обломками, часть его поступала также из глубины Земли, будучи следствием важнейшего события ранней истории планеты – образования коры.

По мере разогревания образующейся планеты металлическое ядро, содержащееся внутри нее, начало плавиться, в нем стали возникать поначалу небольшие залежи расплавленного железа, в конце концов достигшие значительных размеров. Будучи гораздо более плотными, чем окружающее их вещество, они погружались внутрь Земли. Этому процессу способствовало то обстоятельство, что окружающие эти залежи минералы, хотя и не были в расплавленном состоянии, имели все же высокую температуру и могли пластически течь. По различным оценкам сфера километрового радиуса, состоявшая из расплавленного железа, мигрировавшего к центру юной Земли, могла образоваться менее чем за миллион лет. Этот процесс расплавления, собирания в залежи и погружения железа, который вел к образованию металлического ядра Земли, произошел на очень ранней стадии, – вероятно, во время или немного после главной фазы аккреции – разрастания Земли из слипающихся обломков, захваченных исходным скоплением благодаря силе тяжести. Это значит, что в течение первых, самое большее, нескольких десятков миллионов лет существования Земля представляла собой уже химически дифференцированную планету, состоящую из металлов в центре и неметаллических горных пород во внешней части. Эту главную химическую перестройку планеты из первоначально более однородного состояния называют иногда железной катастрофой, поскольку некоторые анализы указывают на то, что это был очень быстрый, почти взрывной процесс, сопровождавшийся освобождением большого количества энергии, может быть, достаточного даже для расплавления всей Земли. В одном опубликованном описании этого события было высказано предположение, что большая часть того металла, который сейчас составляет ядро планеты, сосредоточилась на ее поверхности, образовав кольцо или оболочку расплавленного материала вокруг более холодной центральной части новообразованной Земли. По мере того как гигантские «капли» расплавленного металла из этой оболочки начали опускаться, просачиваясь к центру планеты, изменение распределения масс внутри вращающейся планеты вызвало в ней появление мощных напряжений, которые раскалывали все еще твердые внутренние части и перемешивали их с расплавленным железом. Является ли это описание точной картиной происходившего тогда процесса, неизвестно. Но независимо от способа, с помощью которого железо и другие металлы проложили себе путь к центру Земли, этот процесс сопровождался освобождением огромной энергии, что привело к еще большему нагреванию Земли.

Таким образом, в эти первые дни истории развитие Земли протекало весьма хаотичным образом, с широким проявлением вулканизма и, может быть, появлением моря из расплавленных пород на ее поверхности. Первоначально на Земле не было никакой атмосферы. Однако такие химические соединения, как вода и углекислота, а также различные летучие элементы были принесены на Землю в химически связанном виде падающим на нее материалом и постепенно выделялись в горячих глубинах Земли в виде вулканических газов, образуя первоначальную атмосферу. До завершения процесса образования Земли путем накопления падающего вещества на ее поверхность непрерывно низвергался град больших и малых обломков. Даже через несколько сот миллионов лет после образования планеты поверхность ее для путешественников из будущего показалась бы очень незнакомой и негостеприимной. К этому времени на ней уже была, вероятно, жидкая вода, но не было никаких видимых признаков жизни – ни растений, ни животных, а атмосфера была непригодной для дыхания, поскольку в ней отсутствовал кислород. Не было и крупных материков, подобных нынешним, и хотя было много вулканов, горные цепи вроде Скалистых гор или Альп еще не существовали.

Не исключено, что в этот ранний период своей истории Земля периодически подвергалась сильным оледенениям, и тогда большую часть ее поверхности покрывали замерзшие моря. Такая возможность вытекает из того факта, что Солнце, если оно следовало нормальному пути эволюции звезд его размера, было в первую половину своей жизни значительно менее горячим и его энергетический поток был гораздо слабее, чем сегодня. Несмотря на энергию, выделяющуюся от вулканов и столкновений с метеоритами, в конечном итоге именно поток энергии, излучаемой Солнцем, определяет температуру земной поверхности. После этапа первоначального нагрева, который, вероятно, продолжался несколько сот миллионов лет, поверхность Земли должна была остыть, причем – в силу слабости энергетического потока, идущего от Солнца, – температура земной поверхности могла оказаться достаточно низкой, чтобы существовавшие тогда океаны замерзли. Некоторые ученые даже отмечают, что как только наша Земля оказалась покрытой слоем снега и льда, которые хорошо отражают обратно в космос падающую на них энергию, ее могло отражаться столько, что покров льда и снега на Земле мог и не оттаивать вовсе, даже при более горячем солнце. Этот аргумент, а также тот факт, что на сегодняшней Земле на большей части ее поверхности тепло и уютно, используется для доказательства того, что подобного древнего глубокого оледенения никогда не было. Однако существуют и другие способы расплавить лед, как мы увидим в следующей главе.

АРХЕЙСКАЯ ЭРА

Первым крупным подразделением геологического времени является архейская эра (рис. 1.1). Этот очень длинный отрезок времени от момента образования Земли до приблизительно 2,5 миллиарда лет назад занимает около 44 процентов всей истории нашей планеты. Конечно, геологическая временная шкала является всего лишь конструкцией ученых, и в течение архея, вероятно, произошло много событий, которые – будь они нам известны – могли бы дать основание для дальнейших подразделений. Но несмотря на ее длительность, мы знаем очень мало об архейской истории. Отчасти это связано с тем, что лишь малая часть современной поверхности Земли сложена породами архейского возраста. Мы уже видели, что не сохранилось никаких пород, относящихся к первым 600 миллионам лет архея.

Хотя (а может быть, и потому, что) архейские породы встречаются редко, они стали предметом интенсивного изучения. Мы знаем, например, что они встречаются, хотя и в небольших количествах, на всех крупных континентах. Иногда они располагаются около центра континента и всегда окружены более молодыми породами. Такая конфигурация дает ключ к пониманию того, как росли континенты. Имеются данные абсолютного возраста пород, показывающие, что в течение архея происходило эпизодическое разрастание континентов, но это только предварительный вывод, поскольку сами архейские породы занимают малую часть континентов и их сохранность, возможно, носит избирательный характер. В архейских осадках были обнаружены и первые ископаемые остатки древних одноклеточных бактерий. В последние годы тщательные исследования показали, что они встречаются гораздо чаще, чем когда-то думали, но все же они по-прежнему весьма редки. Тем не менее, они показывают, что к середине архея жизнь уже вполне установилась.

На основании изучения австралийских цирконов мы узнали, что уже 4,2-4,3 миллиарда лет назад существовали небольшие материки. На протяжении всего геологического времени, начиная с архея и до сегодняшнего времени, континентальная кора образовывалась в результате расплавления пород в глубинах Земли и переноса расплавленного материала на ее поверхность. Однако даже в наше время континентальная часть земной коры составляет очень малую долю Земли как целого, как это видно из рис. 1.2, и ее химический состав очень резко отличается от состава остальных частей планеты. Некоторые другие планеты Солнечной системы тоже имеют кору, но материки, какими мы их знаем, по-видимому, являются уникальной особенностью Земли. Из этого следует, что вряд ли можно ожидать наличия на других планетах большого количества (или вообще наличия) тех разнообразных месторождений полезных ископаемых, которые встречаются на континентах Земли и снабжают нас большей частью тех материалов, которые необходимы для современной цивилизации. Почему же материки не могут существовать на других планетах? Ответ, вероятно, связан с наличием на Земле жидкой воды.

Подобно соли, добавленной в лед, вода, входящая в состав горных пород, понижает температуру их плавления. Она также влияет и на состав магмы, возникающей при расплавлении пород. На Земле движение слагающих кору тектонических плит обусловливает поступление воды в горячие глубины Земли, вызывая расплавление горных пород. Богатая водой океаническая кора затягивается в мантию вдоль длинных океанических рвов; с погружением, по мере увеличения температуры, эта вода вытесняется из пород. В результате этого процесса возникло так называемое Огненное кольцо, протянувшееся вокруг Тихого океана: все вулканы западного побережья Соединенных Штатов (штат Вашингтон), Чили, Аляски и Японии, а также Камчатки сосредоточены в тех регионах, где плиты дна Тихого океана, сталкиваясь с плитами окружающих континентов, ныряют под них, погружаясь внутрь Земли и обусловливая этим освобождение воды и плавление пород. Возникающие при этом расплавы имеют меньшую плотность, чем окружающие их породы, вследствие чего они поднимаются к поверхности, прибавляя к материкам новый материал из глубин Земли. Хотя геологи ведут споры относительно времени, когда начался процесс формирования и движения тектонических плит, наличие признаков существования архейской континентальной коры указывает на то, что уже очень рано в истории Земли вода поступала с поверхности в глубины планеты и процесс этот, по-видимому, не слишком отличается от того, как это происходит сегодня.

Архейская эра закончилась 2,5 миллиарда лет назад. Ее граница с протерозойской эрой (или протерозоем) является единственной границей на рис. 1.1, которая определена главным образом не на основании изменений в наборе ископаемых остатков организмов, которые сохранились в породах. Хотя жизнь на Земле к этому времени уже вполне утвердилась, архейские бактерии еще не имели легко окаменевавших скелетов или раковин, и остатки их встречаются не так уж часто. Кроме того, они развивались не так уж быстро и поэтому не оставили особенно отчетливых временных вех. Ископаемые остатки организмов наиболее полезны в качестве указателей геологического времени только начиная с кембрийского периода, когда начался расцвет разнообразных организмов с твердым телом. В результате этого возраст границы между археем и протерозоем, то есть 2,5 миллиарда лет, является в определенном смысле просто удобным числом. Верно, что оно основывается на общем представлении, как результат многих лет исследований, что некоторые изменения или события в геологической летописи произошли приблизительно в это время – например, изменения химического состава образовавшихся тогда пород и, насколько это можно установить, особенности тех немногих ископаемых остатков, которые можно распознать. Но в отличие от всех остальных разграничительных линий на геологической временной шкале нет в мире такого места, где вы могли бы положить свою ладонь и заявить, что здесь проходит эта конкретная граница. Древнейшие архейские породы, которые можно распознать как осадки, имеют возраст около 3,8 миллиарда лет. Они встречаются в Западной Гренландии и подтверждают, что в это время уже существовали океаны и материки, а эрозия и отложение осадков происходили почти так же, как и в наше время. Но даже 800 миллионов лет после своего рождения Земля, точнее поверхность ее континентов, все еще оставалась пустынной, а в атмосфере отсутствовал кислород. Несмотря на это и на то, что признаки жизни в породах того времени имеют косвенный характер, жизнь в форме микробов или одноклеточных организмов, вероятно, уже имелась. Когда именно зародилась на планете жизнь и как она могла развиваться – это темы следующей главы.

Глава 3.

ЧУДО ЖИЗНИ

«Чудо жизни» – таково название книги палеонтолога Стивена Джея Гулда из Гарвардского университета об эволюции жизни на Земле. Вдохновила его на это название классическая кинокартина «Это чудесная жизнь», и до чего же это название подходит к книге! В своей книге Гулд описывает удивительное разнообразие жизни, которое возникло в результате того, что теперь принято называть Кембрийским взрывом, и следует тем хаотическим путям, по которым она развивалась. Внезапно окаменевшие остатки живых существ в осадочных горных породах, весьма редкие до этого момента, расцветают великим изобилием видов. Некоторые из них были столь странными, что поражают воображение и по сей день. Как они двигались? Что ели? Несколько таких удивительных существ показано на рис. 7.3. Но несмотря на Великий Кембрийский взрыв, жизнь на Земле зародилась намного раньше, вероятно, более, чем за два миллиарда лет до этого. Именно к этим самым первым смутным ее проявлениям, относящимся иногда даже к раннему архею, мы сначала и обратимся.

В САМОМ НАЧАЛЕ

Философы и мыслители тысячи лет размышляют о том, как началась жизнь. Некоторые из них считают, что жизнь существует вечно и не имела начала. Аристотель, оказывавший огромное влияние на развитие мысли в течение двухтысячелетий, считал, что некоторые формы жизни, а может быть и все, возникли самопроизвольно. Эта мысль, которую разделял не только он, основывалась на наблюдении: на плодородной почве после дождя внезапно появлялись растения, а в гниющем мясе материализовались личинки мух. В 1920-х годах русский биохимик Александр Опарин предложил и разработал идею, согласно которой жизнь возникла в теплой водной среде на поверхности ранней Земли, окруженной атмосферой, состоявшей главным образом из метана – природного газа, который согревает наши дома и питает наши кухонные плиты. Как считал Опарин, первые моря были богаты простыми органическими молекулами, которые реагировали друг с другом, образуя более сложные молекулы, что в конце концов привело к возникновению белков и жизни. Почти тридцать лет после того, как Опарин опубликовал свои идеи, Стэнли Миллер, бывший тогда аспирантом в Университете города Чикаго, и нобелевский лауреат Харолд Юри показали, что аминокислоты – строительные блоки необходимых для жизни белков – могли образоваться в условиях, которые, как полагают, преобладали на ранних этапах развития Земли. Миллер провел элегантный эксперимент. Он пропускал электрические разряды сквозь смесь метана, водорода, аммиака и водяного пара, и когда он проанализировал эту смесь, то оказалось, что в ней присутствуют аминокислоты. Электрические разряды в его опыте играли роль молний, газовая смесь служила разумно обоснованной моделью первоначальной атмосферы. Аминокислоты не могут воспроизводить себя и поэтому сами по себе не являются живыми. Тем не менее, этот эксперимент долгое время считался своего рода вехой на пути познания процесса, представлявшего собой один из важнейших этапов развития жизни на Земле, а именно естественного синтеза аминокислот. И все же, как мы увидим ниже, в настоящее время представляется вероятным, что эксперименты Миллера – Юри едва ли могут быть непосредственно приложимы к событиям, происходившим в начале архея.