Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет
Загадки
Итак, явилось ли взрывообразное появление новых минералов следствием цикла сборки суперконтинента, характерного для «скучного» миллиарда? Стало ли это замедленной реакцией на распространение кислорода? Что касается ртути: исчерпывается ли история появления ртутных минералов гипотезой связанной с сернистым океаном? Какие еще открытия преподнесет исследование других пятидесяти с лишним минералообразующих элементов? Ясно, что нам предстоит еще многое узнать – ведь мы только-только обратились к богатым подробностям истории «скучного» миллиарда.
Этот малоизученный промежуток времени, от 1,85 млрд до 850 млн лет назад, точно так же отмечен постоянными переменами, которые характерны для каждой стадии эволюции нашей планеты. К периоду, начавшемуся 850 млн лет назад, приповерхностная среда Земли необратимо изменилась. Постоянно обогащавшийся кислородом океан у берегов изобиловал водорослями и микроорганизмами, включая зловонные серные бактерии, а тем временем на суше развивалась своя жизнь. Как бы то ни было, загадочный, не столь уж скучный миллиард показывает нам, что Земля время от времени переживает застой – приводя в равновесие многочисленные противоборствующие силы. Силы тяготения и поток тепловой энергии, сера и кислород, вода и живое вещество удерживаются в равновесии в течение сотен миллионов лет. Но всегда есть какое-нибудь «но». Стоит только одной из этих сил слегка измениться, как Земля выходит из состояния равновесия, достигая переломного момента, последствия которого невозможно предугадать – происходят стремительные перемены, которые могут разрушить приповерхностную среду.
Что впоследствии и случилось.
Глава 9
Белая Земля
Цикл Земля – снежный шар – Земля-парник
Возраст Земли: от 3,7 до 4,0 млрд лет
Протерозойский эон, промежуток, равный почти половине истории Земли – от 2,5 млрд до 542 млн лет назад, стал длительным периодом резких контрастов. Весьма интересны первые 500 млн лет, на которые пришелся расцвет фотосинтезирующих водорослей, когда происходило последовательное нарастание кислорода в атмосфере, накопление толщ железистых кварцитов в богатых железом океанах и появление эукариотных организмов, у которых ДНК сосредоточивалась в ядре клеток, ставших предшественниками всех растений и животных.
На середину протерозойской эпохи пришелся так называемый «скучный» миллиард – самый трудолюбивый и самый зловонный период. В противоположность ему последние 300 млн лет были, пожалуй, наиболее динамичными за всю эпоху, когда собирались и раскалывались континенты, резко менялся климат, происходили колоссальные сдвиги в химическом составе океанской воды и атмосферы, а также появились животные.
Надеюсь, я достаточно отчетливо выразил свою позицию: все системы на Земле взаимосвязаны самым сложным образом. Воздух, вода и почва представляются нам отдельными средами, которые меняются по-разному и в разное время. Погода меняется ежедневно; океаны меняются тысячелетиями; цикл горообразования продолжается миллионы лет; требуются сотни миллионов лет на сборку и раскалывание суперконтинентов. И все же каждая из земных систем воздействует на все остальные как очевидным, так и неявным образом.
Нашу планету можно метафорически уподобить дому, и эта метафора столь же полезна, сколь несовершенна. Покупая дом, мы стремимся узнать о нем как можно больше: когда он построен, когда и каким перестройкам подвергался и что к нему пристроили. Нам хочется подробнее выяснить, характер строительных материалов и устройство дома, от фундамента до крыши. Нам необходимо проверить водопровод и источники воды, а также вентиляционно-отопительную систему – обогреватели, кондиционеры и источники энергии для них. Предусмотрительный покупатель дома не забудет поинтересоваться потенциальным риском и ущербом от пожара и угарного газа, термитов и древесных жучков, радона и асбеста, протечек и плесени. Так и геологи изучают происхождение Земли, ее основные превращения, природу горных пород и минералов, движение воды и воздуха, источники энергии и геологические опасности.
Дом ведет себя подобно Земле, ее сложным взаимосвязям, которые проявляются порой удивительным и неожиданным образом, проходя циклы как с положительной, так и с отрицательной обратной связью. В холодный зимний день, когда мы ощущаем дискомфорт от низкой температуры, срабатывает термостат, включая обогреватель, – и воздух в доме нагревается. Как только дом прогреется, обогреватель отключается. В жаркие летние дни подобным же образом ведет себя кондиционер, который включается, когда температура поднимается слишком высоко. Земля тоже использует циклы отрицательной обратной связи, что позволяет планете поддерживать более или менее устойчивый температурный режим, влажность и состав приповерхностной среды. Например, стоит океану слишком нагреться, как появляются тучи, отражая солнечную энергию и тем самым позволяя воде охладиться. Повышенное содержание в атмосфере углекислого газа вызывает глобальное потепление, ускоряющее процессы выветривания горных пород, что, в свою очередь, приводит к постепенному поглощению избытков углекислого газа, и в результате атмосфера снова охлаждается.
Иногда в домах усиливается положительная обратная связь, что может сопровождаться нежелательными последствиями. В холодный зимний день ваша отопительная система выходит из строя, могут замерзнуть и лопнуть трубы, затопляя дом холодной водой, отчего в доме становится еще холоднее и неуютнее. Многие колебания современного климата суть не что иное, как положительная обратная связь с ее нежелательными последствиями. Подъем уровня воды в океане приводит к затоплению побережья, что может привести к большему испарению и более интенсивному выпадению осадков, что, в свою очередь, ведет к еще большему затоплению побережья. Потепление воды вызывает обширное таяние метаносодержащих льдов на и под дном океана, отчего парниковый газ метан поднимается в атмосферу и вызывает еще большее потепление, что может вызвать увеличение содержания метана в атмосфере. Стоит только взглянуть на последствия парникового эффекта на планете-сестре Венере, где образовалась плотная углекислая атмосфера с температурой на поверхности планеты порядка 500 °С, чтобы представить себе возможные катастрофические последствия неуправляемой позитивной обратной связи.
«Скучный» миллиард, если его вообще стоит считать скучным, был следствием многих плодотворных эффектов отрицательной обратной связи, благодаря чему изменения удерживались под контролем. Несмотря на перемещение континентов в глобальном масштабе и суперконтинентальные циклы в течение всего этого долгого периода, климат на планете, по-видимому, оставался стабильным. Великих оледенений не происходило. Химический состав бескислородного, сернистого океана практически не менялся; жизнь развивалась без каких-либо резких скачков. Появлялись новые разновидности минералов, но не было каких-то драматических событий в бытие воздуха, суши или моря.
Все изменения произошли после раскола Родинии.
Разделение
Разительный контраст с загадочно спокойным промежутком времени – от 1,85 млрд до 850 млн лет назад – составили следующие за ним несколько сот миллионов лет, когда произошли самые стремительные и чрезвычайные в истории Земли флуктуации в приповерхностной области. Около 850 млн лет назад большая часть земной суши была все еще собрана поблизости от экватора в засушливый и абсолютно безжизненный суперконтинент Родиния. Необъятный океан Мировия, над которым кое-где возвышались небольшие вулканические островки, окружал со всех сторон этот голый, ржаво-красный мегаконтинент. Негостеприимная атмосфера содержала ничтожное, по нынешним меркам, количество кислорода, явно недостаточное для образования сколь-нибудь значительного озонового слоя, который мог бы обеспечить защиту от ультрафиолетового излучения. Путешественник во времени, снабженный запасом кислорода и солнцезащитного крема, мог бы выжить на побережье, питаясь исключительно водорослями, но жизнь не показалась бы ему приятным пикником в этом пустынном мире неопротерозоя.
Неравновесное противостояние Родинии и океана не могло продолжаться бесконечно. Большую часть земной истории климат на планете поддерживался на умеренном уровне за счет отрицательной обратной связи. Разумеется, перемены климата имели место, но колебания редко достигали крайней степени, которая угрожала бы жизни. Однако около 850 млн лет назад начались изменения, нарушившие более или менее устойчивое равновесие и приведшие к переломному моменту в истории планеты. Самым важным из этих изменений было медленное и постепенное раскалывание экваториальной Родинии. Первая трещина возникла 850 млн лет назад и была сравнительно небольшой: кратоны Конго и Калахари (ныне части Южной Африки) начали отрываться к юго-востоку от остального, пока еще целого суперконтинента. Около 800 млн лет назад новая небольшая трещина отколола Западно-Африканский кратон, который двинулся на юг от материка; 750 млн лет назад распад Родинии шел уже полным ходом, и в это же время земную кору изрезали трещины, сопровождавшиеся извержением вулканов и потоками базальтовой лавы. Суперконтинент раскололся пополам с севера на юг, и на запад двинулся Ур, а на восток – Лаврентия, Балтика, Амазония и скопление кратонов помельче.
