Читать книгу "Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога - Маршия Бьорнеруд"

Таким образом, самые ранние систематические записи в летописи Земли совпадают с последними страницами истории Луны, после чего прерываются на 400 млн лет и возобновляются лишь около 4 млрд лет назад. Перевитые метаморфические породы, выходящие на поверхность в районе Большого Невольничьего озера на севере Канады — гнейсы Акаста, — официально признаны самой древней горной породой на Земле (это уже не просто минеральные зерна, такие как цирконы) и отмечают старт земного отсчета геохронологической шкалы: начало архейского эона. К сожалению, рассказывая в живых подробностях историю высокотемпературных поднятий и других процессов в недрах юной Земли, достопочтенные гнейсы Акаста (и чуть более молодые гнейсы в других районах Канады, а также в Гренландии и на юге Миннесоты) не сохранили никаких воспоминаний об условиях на поверхности планеты.

Первые сведения о происходившем на дневной поверхности Земли мы можем получить благодаря супракрустальным комплексам в формации Исуа на юго-западе Гренландии, которые были образованы 3,8–3,7 млрд лет назад, примерно в то время, когда интенсивная космическая бомбардировка наконец-то пошла на убыль. Формация Исуа включает разнообразные осадочные породы, образованные в результате эрозии и осадконакопления в поверхностных водах, а также зеленокаменные породы — метаморфизированные, но узнаваемые «подушечные» базальты с луковицеобразной формой отдельности, которая является характерным признаком подводных извержений. Это говорит о том, что в то время на Земле уже были океаны, а близость Луны, вероятно, значительно увеличивала высоту приливов. Приливы также были более частыми, чем сегодня, поскольку день длился предположительно меньше 18 часов (соответственно, в году было около 470 дней)[61]. Со временем трение между системой океан-атмосфера и твердой оболочкой Земли, действуя как мягкий тормоз, постепенно замедлило вращение планеты.

Породы формации Исуа снабжают нас косвенными сведениями о второй атмосфере Земли. Их происхождение свидетельствует о том, что 3,8 млрд лет назад на Земле жидкая вода была в изобилии, что, однако, вступает в противоречие с моделями звездной эволюции, согласно которым наше Солнце, относящееся к звездам класса желтый карлик, в те времена было примерно на 30 % менее ярким, чем сегодня, — а при таком количестве поступающей солнечной энергии любая вода на Земле должна была находиться в замороженном состоянии. Впервые на этот парадокс слабого молодого Солнца обратил внимание астрофизик Карл Саган в 1972 г.[62] Было выдвинуто множество оригинальных гипотез, как примирить это очевидное противоречие между астрофизической теорией и палеогеологическими данными (несущее в себе отголоски предыдущих противостояний между физикой и геологией). На сегодняшний день преобладает объяснение, согласно которому большая концентрация парниковых газов в атмосфере компенсировала недостаток солнечной энергии и сделала климат на юной Земле достаточно мягким для того, чтобы древние реки могли течь и стекаться в открытые моря. Как показывает атмосфера соседних Венеры и Марса с их затянувшейся вулканической активностью, первыми парниковыми газами, вероятно, были углекислый газ (CO2) и водяные пары, хотя метан, этан, азот, аммиак и другие газообразные вещества могли играть роль дополнительных одеял, сохранявших архейский мир в тепле. Каким бы ни был ее точный состав, эта вторая атмосфера просуществовала более миллиарда лет и дала жизнь первым землянам.

Признаки жизни

Очевидное водное происхождение пород формации Исуа делает их бесценными угодьями для охотников за ранними формами жизни. В 1996 г. группа геологов из США, Великобритании и Австралии объявила об обнаружении косвенных геохимических доказательств древней жизни в графите (минеральной форме углерода), найденном в обогащенном железом слое в двух обнажениях пород формации Исуа[63]. В частности, они выявили необычно высокое содержание более легкого, стабильного (т. е. нерадиоактивного) изотопа углерода 12C по отношению к чуть более тяжелому 13C. Дело в том, что фиксирующие углерод организмы, в том числе фотосинтезирующие микробы и современные растения, очень разборчивы в отношении углерода. Поскольку для ассимиляции более легкого изотопа требуется чуть меньше энергии, они предпочитают выбирать именно его из доступных в окружающей среде углеродных атомов. В результате биогенный углерод имеет более низкое соотношение 13C/12C (разница в несколько тысячных долей), чем углерод, который не был переработан живыми организмами.

Как и предыдущие заявления об обнаружении самых древних свидетельств жизни на Земле, это открытие подверглось многочисленным атакам. Геологи из других исследовательских групп выдвигали разные предположения: что исследованные породы слишком метаморфизованы, чтобы сохранить исходную сигнатуру изотопов углерода[64], что на одном из опробованных участков вмещающая порода, казавшаяся осадочным образованием, в действительности была магматической интрузией[65] или что образцы были попросту загрязнены современным органическим веществом[66]. Горячий характер этой дискуссии вполне понятен, учитывая, насколько высоки ставки — в конце концов, речь идет об истории нашего собственного происхождения!

Из-за этой неопределенности приз за звание самых древних подтвержденных следов жизни был пока что возвращен очень похожей на формацию Исуа, но более молодой толще зеленокаменных и осадочных пород, находящейся на другой стороне мира — на северо-западе Австралии. Это формация Дрессер группы Варравуна, которая, хотя и моложе на 250 млн лет, может, по крайней мере, похвастаться наличием прямых, зримых следов жизни — ископаемых строматолитов (рис. 10)[67]. Эти тонкослоистые, комковатые породы (название которых буквально означает «каменная подстилка» или «ковровый камень», что связано с их бугристой поверхностью) являются окаменелыми микробиальными матами, вероятно представляющими не один биологический вид, а вертикальную экосистему прокариот, находящихся в симбиотических отношениях и живших в первобытном океане. Осадочные текстуры, характерные для среды с волновым возмущением, указывают на то, что строматолиты росли в мелких, хорошо освещенных солнцем водах, а также позволяют предположить, что эти организмы, по крайней мере в верхних слоях, были фотосинтетиками. Имея уже довольно сложную коммунальную организацию, строматолитовые колонии не могли быть самыми первыми формами жизни. Как и цирконы из Джек-Хиллс и несогласное напластование Геттона, они указывают на существование гораздо более ранних, пока неизвестных предшественников. Тем не менее пальма первенства не только в категории самых древних сохранившихся пород, но и самых древних следов биосферы осталась пока у Австралии.