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

Что именно произошло с Землей в криогении — одном из немногих периодов протерозоя, который упоминается довольно часто, — вызывает в геологическом сообществе жаркие споры. Нет лишь разногласий по поводу того, что в климатической системе планеты произошел серьезный сбой. Это ясно подтверждается геологической летописью: практически на всех континентах породы того периода представляют собой ледниковые (гляциальные) отложения — либо несортированную смесь глинистого вещества с валунами различных пород, оставленную ледником на суше, либо тонкослоистые морские отложения, перемежающиеся с окатанными обломками пород, принесенными айсберговым рафтингом (разносом). Поскольку значительная часть воды была превращена в лед, уровень моря должен был снизиться на десятки метров, обнажив обширные участки континентов для эрозии, которая продолжалась по крайней мере до тех пор, пока не наступила глубокая ледниковая эпоха и все поверхностные процессы не приостановились. Великое несогласие, наблюдаемое в Большом каньоне, между метаморфическими протерозойскими породами, такими как сланцы Вишну, и первой стратифицированной единицей — кембрийским песчаником Тапитс — отражает длительный перерыв в осадконакоплении в тот период, когда Земля была «снежным комом». Таким образом, если наступление резкого похолодания в конце протерозоя является общепризнанным фактом, то его конкретные детали — глубина промерзания, выживание биосферы и то, каким образом Земля вышла из гипотермического состояния, — служат предметом горячих научных споров.

Весна жизни

В конце концов Земля снова начала нагреваться. Возможно, ей помогло дыхание вулканов, которые продолжали извергаться, в то время как другие геологические процессы остановились, и понемногу, за тысячи лет, вулканы вывели Землю из ледяной комы. Или же внезапная взрывная «отрыжка» давно секвестрированного биогенного метана с морского дна превратила ледяную планету в парник всего за несколько месяцев или лет. Уровень разрешения геологической летописи и точность существующих методов датирования пока не позволяют нам узнать такие детали.

В любом случае окончание периода «снежного кома» было ознаменовано тем, что можно было бы назвать Великой аэрацией, когда произошел второй большой скачок в повышении уровня свободного кислорода и формировании четвертой — современной — атмосферы Земли. Кислородчувствительные микроэлементы в осадочных породах наконец-то стали вести себя по-современному, что свидетельствует о возрастании концентрации свободного кислорода (O2) с доли процента до почти близкой к нынешней. К сожалению, нам неизвестны подробности, как именно произошел этот переворот в стабильном квазиоксигенированном протерозойском мире. Возможно, массированный приток в океаны фосфора из раздробленного и перетертого материала горных пород, измельченных движущимися ледниками, привел к взрывному росту морской жизни[77]. Или же интенсивное смешивание верхних и глубоких слоев воды в океанах в переходный период между ледниковым и парниковым миром нарушило устойчивую геохимическую стратификацию, преобладавшую на протяжении 1,5 млрд лет.

Благодаря даже небольшому повышению концентрации кислорода организмы, использовавшие его в своих метаболических процессах, значительно повысили эффективность извлечения энергии из окружающей среды и получили возможность вырастать до гораздо бо́льших размеров, чем когда-либо прежде. В пределах миллиона лет после того, как Земля перестала быть «снежным комом», она была заселена необычной новой экосистемой мягкотелых макроскопических организмов, называемой эдиакарской биотой (или эдиакарской фауной). Эдиакарские (вендские) окаменелости найдены в осадочных отложениях в разных частях мира, в том числе в Южной Австралии, регионе Белого моря в России, графстве Лестершир в Англии и на острове Ньюфаундленд в Канаде. Это были необычные создания, похожие на стеганое одеяло, по форме напоминающие либо летающие диски фрисби, либо листья папоротников высотой до 1 м с прицепкой, с помощью которой они прикреплялись к морскому дну. Отсутствие у них кишок и минерализованных раковин свидетельствует о том, что они обитали в мирном подводном царстве, где преобладал осмотический способ питания и не было угрозы хищничества. Некоторые из этих организмов могли быть предшественниками более поздних и знакомых нам типов примитивных морских животных, таких как плеченогие (или брахиоподы). Но большинство представителей эдиакарской фауны, судя по всему, были результатом ранних эволюционных экспериментов по созданию макроскопических — многоклеточных — форм жизни и не оставили после себя потомков среди современных типов животных.

Но эдиакарские организмы недолго пребывали в эволюционном авангарде. В течение следующих 40 млн лет на морском дне развернулась интенсивная анатомическая перестройка, известная как кембрийский взрыв. Появление первых плотоядных запустило гонку вооружений между хищниками и их жертвами, которые с тех пор старались перехитрить друг друга, как Хитрый койот и Дорожный бегун. Жесткие защитные оболочки из карбоната кальция стали обязательной экипировкой для крошечных существ, которые легко могли стать жертвами, тогда как крупные хищники обзаводились специализированным плавательным снаряжением и приспособлениями для убийства.

Впрочем, темпы эволюции в ходе кембрийского взрыва вызывают некоторые разногласия, сталкивая лбами палеонтологов и биологов, использующих геномный подход для определения того, когда на древе жизни появились те или иные ветви. Палеонтологическая летопись на основе окаменелостей предполагает, что промежуток времени между 540 и 520 млн лет назад был периодом беспрецедентных по своей скорости и разнообразию биологических инноваций. Однако эта гипотеза расходится с данными молекулярных часов — так называется метод датирования филогенетических событий, основанный на предположении о том, что гены, кодирующие белки, накапливают эволюционные изменения с практически постоянной скоростью. Большинство оценок на основе этого метода указывает на то, что царство животных, первыми представителями которых предположительно были губки, возникло в конце протерозоя 750–800 млн лет назад и что кембрийское событие было вовсе не «взрывом», а медленным, растянутым во времени процессом[78]. Однако эта датировка означает, что зарождение животного мира началось в мрачную и холодную ледниковую эпоху, когда Земля была «снежным комом» и мало походила на уютную колыбель. Это разногласие в очередной раз подчеркивает любопытное культурное различие между «полевыми» палеонтологами, которые привыкли иметь дело с невероятным своеобразием ископаемых форм жизни и потому готовы принять идею о неравномерных темпах эволюции, и «лабораторными» молекулярными биологами, которые рассматривают клеточную структуру как механизм, а потому более склонны скатываться к ортодоксальному униформизму, чем их коллеги-геологи. Таким образом, хотя сегодня докембрий перестал быть темным, неизведанным периодом в истории Земли, каковым он являлся для геологов Викторианской эпохи, наше понимание того, каким образом произошел переход к кембрийскому миру, по-прежнему остается довольно смутным.