Страница 3 из 9
1.4. Остановимся несколько подробнее на другом аспекте изменений климата: изменении газового состава атмосферы. Здесь наибольшее значение будет иметь наличие в атмосфере газов, вызывающих парниковый эффект. Это могут быть метан, аммиак, водяной пар, но прежде всего углекислый газ. Его содержание в атмосфере Земли с момента появления живых организмов, и особенно фотосинтезирующих продуцентов, определяется в первую очередь именно их жизнедеятельностью, а в отсутствие жизни (и в периоды ее начального развития) оно определялось интенсивностью вулканической деятельности и карбонатно-силикатным циклом кальция (есть также гипотеза О. Г. Сорохтина и С. А. Ушакова, утверждающая, что парниковый эффект зависит не от газового состава атмосферы, а от ее плотности).
Атмосферный углекислый газ, растворяясь в капельках воды, вхвойношироколистадает на Землю в виде угольной кислоты. Она разрушает кальциевые силикаты, высвобождая ионы кальция, поступающие в грунтовые воды. С поверхностным стоком они в итоге попадают в океаны, где происходит образование углекислого кальция, плохо растворимого и накапливающегося в осадках. При движении дна морей и континентов, покрытые известковыми осадками участки океанической коры при субдукции погружаются под континентальные плиты и соприкасаются с мантией. Это, а также рифтовые разломы, увеличивает поступление углекислого газа в атмосферу и в воду. Таким образом, круговорот углерода до появления жизни существовал, живые организмы лишь увеличили во много раз его интенсивность.
В этой связи интересно сравнить климатические условия на планетах земной группы: Венере, Марсе и Земле. Средняя температура Марса -60 °C, Земли +14,5 °C, а Венеры +460 °C. Разница возникла, как считает планетолог Дж. Кастангс, из-за различия в циркуляции углекислого газа в древнейшие эпохи существования этих планет, которые первоначально, возможно, имели сходное строение атмосферы и не такие резкие различия в температурном режиме. Но на Марсе отсутствовала явная тек‑тоника плит, поэтому углекислого газа поступало в атмосферу мало, и он был «вымыт» из нее осадками, атмосфера стала сильно разреженной, и Марс «замерз». На Венере вода быстро испарялась и почти не было осадков. Углекислый газ накапливался в атмосфере, ее плотность повышалась, рос и парниковый эффект, и Венера «разогревалась». На Земле же возникло более-менее оптимальное соотношение процессов циркуляции углекислого газа между атмосферой, литосферой и гидросферой. Плотность атмосферы была оптимальна, что дало умеренный парниковый эффект и привело к возникновению климата, благоприятного для возникновения и развития жизни.
Глава 2
Древность жизни. преджизнь, или химическая эволюция
2.1. Возникновение жизни и биосферы – одна из важнейших проблем современного естествознания, которая еще далеко не решена. Предполагается, что жизнь на Земле возникла из «пред– жизни», эволюции химических веществ, которые мы теперь называем органическими, с постепенным усложнением их строения вплоть до появления аминокислот и нуклеотидов – «кирпичиков», из которых строились белки и нуклеиновые кислоты.
Однако время и место перехода преджизни в жизнь, а химической эволюции – в биологическую представляют собой загадку, к решению которой мы только подходим. Возможно даже, что Земля и жизнь – почти ровесники, и длительного периода «безжизненной Земли» просто не было. Так, по мнению некоторых ученых, возраст Земли – 4,5 млрд лет, что согласуется с основными современными космогоническими теориями, но возраст жизни чаще всего определяют в 4,25 млрд лет. Следовательно, безжизненный период длился «всего» 250 млн лет, т. е. 5,6 % всего времени ее существования.
Для решения этого вопроса необходимо учитывать последние данные палеонтологии и палеогеохимии, подтверждающие наличие жизнедеятельности организмов прошлых геологических эпох.
2.2. Наши знания о ранее живших организмах представляются довольно жалкими. Миллиарды особей предков современного растительного и животного мира безвозвратно исчезли в прошлом, не оставив после себя остатков в виде тех или иных форм ископаемых. По оценкам ведущих палеонтологов, в геологической летописи сохранилось всего лишь около 0,1 % от числа видов, некогда населявших поверхность Земли в течение ее истории (а некоторые ученые считают, что осталось всего 0,01 % от числа видов). Наглядно это можно представить себе так. Человеку, не читавшему «Войну и мир» (более 62 тыс. строк), дали наугад выбранные 60–70 строк из этой книги и попросили восстановить сюжет.
Связаны такие «пробелы» в геологической летописи с плохой сохранностью организмов, особенно беспозвоночных животных и травянистых растений, после их гибели. Следы существования, которые оставляют после себя организмы прошлых эпох, подразделяются на морфологические и геохимические.
Морфологические следы наиболее очевидны. Они встречаются в виде естественных мумификаций, окаменелостей и отпечатков. При естественной мумификации организм сохраняется наиболее полно. Однако естественные мумии образуются редко, в основном при замерзании трупов животных и остатков растений в вечной мерзлоте (трупы мамонтов и других животных, найденных в Сибири).
Окаменелостями чаще всего оказываются твердые части тела: раковины, скелеты губок и кораллов, кости позвоночных животных, стволы деревьев. Реже и мягкие части тела могут подвергаться процессу окаменения (фоссилизации). При этом различные минеральные вещества, растворенные в природных водах, проникают в тело погибшего организма и замещают его ткани и даже отдельные клетки. Это пирит, кремний, соли железа и др. Процессу фоссилизации подвержены не только остатки растений и животных, но даже и микроорганизмы. Однако фоссилизация последних происходит в условиях, когда останки захораниваются в исключительно тонких осадках либо в коллоидных отложениях кремнезема. При этом находят отдельные клетки, строение которых сходно со строением современных микроорганизмов (бактерий, одноклеточных водорослей, простейших). Наиболее древние из таких находок имеют возраст 3–3,5 млрд лет.
Отпечатки представляют собой окаменелые признаки формы организмов, которые зафиксировали свою тонкую структуру на поверхности тонкозернистого осадка. Впоследствии этот осадок превратился в твердый камень. Отпечатываются чаще всего листья растений, следы животных, иногда животные, состоящие только из мягких тканей, в частности медузы, черви и пр.
Фоссилизированные остатки встречаются в основном в отложениях, охватывающих последние 570 млн лет геологической истории. Этот этап (сейчас принято наименование «эон») назван американским палеонтологом Ч. Шухертом «Фанерозоем», эоном явной жизни (от «фанерой» – явный, ясный). К Фанерозою относятся три последние эры жизни – Палеозой («древняя жизнь», «палеос» – древний), Мезозой («средняя жизнь», «мезос» – средний) и Кайнозой («новая жизнь», «кайнос» – новый). Более древняя и продолжительная часть геологической истории Земли (от возникновения жизни примерно 4,25 млрд лет назад до начала Фанерозоя 570 млн лет назад) именуется Криптозоем – эоном скрытой жизни («криптос» – скрытый). К нему относятся две эры – Архей, или Археозой («древнейшая жизнь», «археос» – древний), и Протерозой («ранняя жизнь», «протерос» – ранний). Поскольку первый период Фанерозоя называется Кембрий, весь Криптозой иногда именуют Докембрием.
Докембрийские (криптозойские) организмы не имели твердых скелетов и представлены преимущественно микрофоссилиями (окаменевшими остатками микроскопических организмов) и их выделениями и постройками в форме так называемых строматолитов («подстилочных камней») и онколитов («камней-наростов»). Это полушаровидные, шаровидные или конические образования со сложной слоистостью, состоят они в основном из извести (СаСОз). Их строителями были обитающие на мелководьях бактерии и сине-зеленые водоросли. Древнейшие строматолиты найдены в Австралии, в формации Варравуна, их возраст около 3,5 млрд лет.