Страница 3 из 89
Существующая шкала сложна и часто бесполезна, то есть когда мы говорим, что какая-то окаменелость относится к юрскому периоду, то имеется в виду, что эта порода — того же возраста, что и определенный юрский типический сегмент, который находится в Юрских горах Европы. Но это и есть то, с чем нам, историкам развития жизни и планеты, приходится работать, когда нужно определить возраст породы по отпечаткам на ней, а также передать наши знания об этом возрасте всем остальным. Есть способы датировки более современные, чем определение возраста событий и животных по их относительному положению в слоях залегания[14], включая определение реального возраста ископаемого изотопными методами (например, хорошо известный метод «углерод-14» или другие радиометрические способы с использованием известных периодов распада элементов, содержащихся в породе). Но на самом деле ископаемых окаменелостей в слоях пород очень мало или они не поддаются «абсолютной» датировке. Чаще всего в наличии есть только сама окаменелость, и все.
Геохронологическая шкала остается не только единственным инструментом датировки всех пород на Земле, причем с учетом их возраста, а не структурных качеств, но и средством датирования событий в истории развития жизни. Геохронологическая шкала является тщательно разработанной в XIX веке системой, но ее сложные названия, неравные и на первый взгляд непохожие друг на друга временные интервалы чаще мешают, чем помогают работать. Тут дело не в принципах, на которых она была основана, а в бюрократической формализации, придавшей ей современный вид. Только в последнее десятилетие были предложены варианты новых «периодов». Формулирование этих двух периодов и их использование являются центральным звеном нашего нового понимания истории развития жизни: криогений (800–600 млн лет назад) и следующий сразу за ним эдиакарий (610–542 млн лет назад).
Как появилась шкала образца 2015 года?
Первая половина XVIII века ознаменовалась зарождением геологии как научного направления, а также были сделаны первые шаги к созданию геохронологической шкалы, которая приобрела свой современный вид уже позднее. В течение этого времени были обозначены различные эры, эпохи и периоды, которые пришли на смену старой системе[15]. До 1800 года считалось, что каждая порода на Земле относится к своему специфическому времени. Магматические и метаморфические породы, сердцевина любой горы и вулкана, представлялись самыми древними земными породами. Осадочные породы как результаты череды мировых наводнений считались более молодыми. Этот принцип, названный нептунизмом, развился наконец до состояния, когда стали считать, что различные осадочные породы имеют различный возраст. Виды белого мела, которые можно найти повсюду вплоть до северных пределов Европы, а также в Азии, относились к одному возрасту, отличному от песчаников и тем более — от глинистых сланцев. Но в 1805 году было сделано открытие, которое изменило все: английский геолог Уильям Смит[16] впервые указал на то, что существует некая последовательность ископаемых окаменелостей, но не по их литологической структуре, а по положению в самих породах. Он доказал, что различные породы могут относиться к различным временным периодам, но одна и та же последовательность типов окаменелостей может быть обнаружена в различных, и притом далеких друг от друга, регионах.
Результатом работы Уильяма Смита стал принцип фауновой последовательности, который дал возможность создать геохронологическую шкалу в ее современном виде[17]. Ключом к этому созданию стала жизнь, жизнь, сохраненная в окаменелостях, а относительная разница в содержании окаменелостей позволила разграничить последовательности пород, находящихся на поверхности Земли. В самый крупный подраздел вошли более древние породы без ископаемых окаменелостей — породы, которые находились под теми, в которых окаменелости встречались. Самый древний слой, который содержал ископаемые окаменелости, был назван кембрием, или кембрийским периодом, в честь уэльского племени, и, таким образом, все породы, которые были старше этого периода, получили название докембрийских. Породы, содержащие ископаемые останки, включая кембрий и после него, получили название «фанерозой», или «фанерозойский эон». Протерозой — эон, который последним предшествовал появлению большого количества живых организмов, — пришел на смену архею, а перед ним — катархею.
Очень быстро получили свои названия также эры и периоды фанерозоя. За несколько десятилетий добросовестного научного поиска, анализа и учета ископаемых останков (были сведены вместе и сопоставлены первые и последние по времени образования ископаемые образцы в напластованиях) стало понятно, что фанерозой можно разделить на три крупных временных отрезка — по признаку накопленных ископаемых. Самый древний был назван палеозоем (греч. «древняя жизнь»), средний — мезозоем, а последний — кайнозоем.
Многие наименования геологических периодов, которые мы используем и по сей день, существовали еще до появления названий эр и эонов. Вот они (в порядке уменьшения геологического возраста): кембрий, ордовик, силур, девон, каменноугольный (это европейское название, в североамериканской геологической науке принято подразделять этот период еще на миссисипский и пенсильванский) и пермский периоды образуют палеозой; триас, юра и мел образуют мезозой; палеоген и неоген (раньше назывались третичный период), а также четвертичный период образуют кайнозой.
Геологическая временная шкала — современный формат (дополненная по «Новой геологической временной шкале» Феликса Градштейна — Felix M. Gradstein et al. «A New Geologic Time Scale, with Special Reference to Precambrian and Neogene,» Episode 27, no. 2, 2004: 83–100).
К 1850 году все периоды оказались на своих местах, и новые подразделения вводились очень редко, хотя многие геологи XIX века и предпринимали амбициозные попытки обозначить целый новый период, что в те времена означало не более чем просто смену старых наименований. Только одна такая попытка по-настоящему удалась, и принадлежала она английскому ученому Чарльзу Лэпворту[18], который выделил ордовикский период, доказав, что некоторые верхние слои кембрия и нижние слои силура заслуживают объединения в отдельный слой и период. Лэпворт смог убедить в своей правоте коллег-ученых, и в 1879 году появился новый период. К тому времени двое первооткрывателей геологических названий: Адам Седжвик (кембрий) и Родерик Мерчисон (силур и пермь) умерли, и Лэпворт занял освободившийся трон. Все они были весьма тщеславны и яростно сражались за «свои» периоды.
Самым большим изменением геохронологической шкалы, которое повлияло на понимание истории развития жизни, было добавление криогения[19] и эдиакария[20] в протерозойский эон — период, когда жизнь готовилась к мощному скачку в развитии животного мира. Однако задолго до быстрого развития эволюции не только многоклеточных животных, но и жизни как таковой. Земля должна была стать планетой, способной поддерживать существование жизни.
Глава 2
Как Земля стала Землей:
4,6–4,5 миллиарда лет назад
Мы теперь уже не верим в то, что Земля — центр мироздания, центр Солнечной системы, единственное место во Вселенной, где есть жизнь и разумные существа, подобные Богу-творцу, как верили в это многие, даже самые просвещенные, умы Возрождения. Сейчас нам известно, что Земля — одна из многих подобных ей планет, и жизнь также может оказаться совершенно заурядным явлением. Самыми недавними подтверждениями этому являются исследования землеподобных планет, или ЗПП[21].
14
Используются разнообразные способы датировок; краткие сведения о применении урана, калиевого аргона, уранового свинца, изотопов стронция, а также магнитной стратиграфии можно найти в работах Мартина Радвика, которые доступны в Интернете. В частности: M. Rudwick, Earth's Deep History: How It Was Discovered and Why It Matters (Chicago: University of Chicago Press, 2014).
15
Первая система была построена на типах пород, включавших все виды: вулканические, метаморфические и в особенности осадочные породы (песчаник, мел, сланец). Подобный подход подразумевал, что каждый тип относится к определенной эпохе. Например, меловой период впервые получил свое название благодаря распространенности мела в Европе. Позднее выяснилось, что данный тип мог образоваться и в любой другой период. M. Rudwick, The Meaning of Fossils: Episodes in the History of Paleontology (London: Science History’ Publications, 1972).
16
Рассуждения об использовании осадочных пород для определения эпохи можно встретить во многих книгах. Равно как и соображения о вкладе Уильяма Смита в развитие геологии как способе определения геологических временных рамок. Одна из таких книг написана нашим старым другом Биллом Берри из Университета города Беркли в штате Калифорния — ученым, заслуги которого зачастую незаслуженно упускают из виду W. B. N. Berry, Growth of a Prehistoric Time Scale (Boston: Blackwell Scientific Publications, 1987): 202.
17
J. Burchfield, «Tire Age of the Earth and the Invention of Geological Time,» D. J. Blundell and A. C. Scott, eds., Lyell: the Past is the Key to the Present (London, Geological Society of London, 1998), 137–43.
18
К концу XIX века славы можно было добиться, просто занимаясь исследованием геологических периодов. Одним из таких счастливчиков стал Лэпворт. Подробнее об этом можно прочитать в книге: M. Rudwick, The Great Devonian Controversy: The Shaping of Scientific Knowledge Among Gentlemanly Specialists (Chicago: University of Chicago Press, 1985).
19
K. A. Plumb, «New Precambrian Time Scale,» Episode 14, no. 2 (1991): 134–40.
20
A. H. Knoll, et al., «A New Period for the Geologic Time Scale,» Science 305, no. 5684 (2004): 621–22.
21
Понятие «землеподобная планета», или «планета земного типа», имеет такое же огромное множество трактовок, как и число таких планет, или, по крайней мере, наши предположения об их количестве. Толковое научное описание проблемы можно найти здесь: E. A. Petigura, A. W. Howard, G. W. Marcy, «Prevalence of Earth-Size Planets Orbiting Sun-Like Stars,» Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 110, no. 48 (2013). doi:10.1073-pnas.1 319 909 110, а также на сайте NASA www. nasa.gov-mission_pages-kepler-news-kepler20130103.html.