Эволюция планеты Земля

24 Июл
2014

Планета Земля уникальна. Огромный каменный шар окружностью 40 тысяч километров: одна треть суши, две трети воды, и богатая кислородом атмосфера создали единственное известное место во Вселенной, где есть жизнь.

Однако, этот сине-зеленый оазис не всегда был столь гостеприимен. На планете сохранились следы ее сурового прошлого — времени, когда ее раздирали страшнейшие катастрофы и условия жизни на ней были невыносимы. В течение 4,5 млрд. лет этот мир изменялся: он горел в огне и замерзал во льдах, его затопляли океаны и отравляли ядовитые небеса.

Организмам, населяющим нашу планету сегодня, повезло: им удалось выжить в условиях массового вымирания. Ученые постигают тайны Земли на протяжении двух столетий, однако уже сейчас их выдающиеся открытия могут рассказать нам невероятную историю. Историю развития Земли...

 

Появление геологии

На протяжении тысячелетий люди не имели представления об истинном возрасте и происхождении мира. Но два столетия назад все изменилось.

Шотландия, побережье Эдинбурга. Именно здесь в 1788 году будет открыто обнажение пород, которое навеки изменит представление людей о происхождении Земли.

Открытие принадлежало необыкновенному шотландскому фермеру Джеймсу Хаттону, который останется в истории как отец современной геологии.

Хаттон обладал очень пытливым умом. Унаследовав от отца ферму, он обнаружил там странные каменные образования и заинтересовался ими. Как одержимый, он постигал процесс образования горных пород на протяжении многих лет. Он совершил экспедиции почти во все уголки Шотландии и пришел к выводу, что камни на его ферме могли сформироваться из осадочных отложений в результате неких чрезвычайно медленных процессов.

В поисках геологических открытий он преодолел верхом много километров, при этом его страшно мучили ссадины, натираемые седлом.

Хаттон пришел к выводу, что формирование горных пород может занимать сотни тысячелетий. Однако его заключения были слишком умозрительны и противоречили общепринятой версии истории возникновения Земли – версии Церкви.

Многие поколения видели в христианской церкви безусловный авторитет и принимали единственную версию творения мира, основанную на книге бытия. Руководствуясь библейской генеалогией, священнослужители утверждали, что им известен точный возраст земного шара. В 17 веке архиепископ Джеймс Ашшер вычислил, что возраст Земли составляет 6 тысяч лет. Кроме того, он назвал точную дату сотворения мира – вечер 23 октября.

Хаттон был убежден, что Земля значительно старше, и нашел этому доказательство в уникальном строении пород, когда в 1788 году, наконец, оказался у мыса Сиккар-Пойнт. Этот утес состоит из двух слоев пород, которые находятся под прямым углом друг к другу. Он знал, что когда-то эти породы лежали горизонтально на дне моря. Они рекристаллизировались, так как, вероятно, залегали на огромной глубине. Потом в результате подземных процессов их развернуло в вертикальное положение, а затем они подверглись эрозии, и эти скалы оказались на поверхности. Он понял, что прошли не сотни и даже не тысячи, а миллионы лет.

Открытие Хаттона перевернуло науку. Теперь горные породы, а не священное писание, стали авторитетным проводником по далекому прошлому Земли. Изучение горных пород в последующие 200 лет привело к революционным открытиям. Оказалось, что наша сине-зеленая планета преодолела удивительный путь. И начался он в огненном зареве.

 

Рождение планеты Земля

Согласно выдвинутой в те времена гипотезе, Земля сформировалась в результате столкновения бесчисленных метеоров, составляющих раннюю Солнечную систему. Поверхность Земли представляла собой океан раскаленной лавы глубиной в несколько километров. Температура на ней превышала 4000 °С, почти такая же температура на поверхности Солнца. При этом ее непрерывно орошал дождь из гигантских метеоритов.

Эта ужасающая гипотеза рождения Земли принадлежала ученому викторианской эпохи лорду Кельвину. Будучи специалистом по термодинамике, он предположил, что земной шар постепенно остывал. При этом основываясь на проявлениях вулканической активности, он утверждал, что изначально Земля находилась в полностью расплавленном состоянии.

Исходя из законов термодинамики, Кельвин высчитал возраст Земли: охлаждение раскаленной лавы до сегодняшней температуры заняло, по его мнению, около 20 миллионов лет.

Однако, если допущение Кельвина относительно расплавленного состояния Земли было верным, то с возрастом он допустил ошибку. Полученная им цифра была сильно занижена. Как и все ученые 19 века, Кельвин не знал об основном источнике тепла внутри молодой планеты, который не позволял ей так быстро остыть – о радиоактивности.

На раннем этапе формирования нашей планеты концентрация изотопов урана, тория и калия в ее составе была крайне велика. Тепло, выделяемое при распаде этих элементов, поддерживало высокую температуру на Земле в течение невероятно долгого времени. Именно они указали на ошибку Кельвина и дали возможность определить подлинный возраст Земли.

В 20 веке редкие сохранившиеся радиоактивные изотопы урана были использованы в создании первого атомного оружия. Однако еще раньше ученые установили, что эти частицы можно использовать для вычисления точного возраста Земли.

В 1911 году талантливый молодой студент-геолог Артур Холмс, основываясь на явлении радиоактивного распада, смог перевернуть представление о возрасте Земли: после его открытия геологи говорят о миллиардах, а не миллионах лет истории земного шара.

Метод радиометрического датирования довольно прост. Он родился, когда Холмс обнаружил в горных породах следы радиоактивного урана, который превратился в другой элемент – свинец. Подобно песку в песочных часах в течение сотни миллионов лет радиоактивный уран непрерывно распадался и в итоге превратился в свинец. Вычислив соотношение количества урана и свинца в составах древних пород, Холмс мог с точностью определить их возраст.

На сбор информации с образцов пород всего мира может уйти жизнь, но чем старше становился Холмс, тем старше становилась и Земля.

Новые пересчеты ее возраста сначала привели к цифре в 1 миллиард лет, затем в 3 миллиарда, и наконец, в 4,5 миллиарда лет. Этой цифры придерживается большинство современных ученых. Этот невообразимый временной отрезок в науке принято называть геологическим временем.

Итак, вычисление возраста Земли закончено. Теперь перед учеными распахнуто окно в прошлое. Впервые они могут расположить породы в правильном порядке, заглянуть в прошлое земного шара и поведать его историю. Все указывает на то, что это был сложный путь с множеством поворотов. Но самый важный из них был сделан спустя несколько сотен миллионов лет после рождения Земли, когда она превратилась в мир океанов.

 

Земля – мир океанов

Итак, 4,5 миллиарда лет назад Земля сформировалась в результате столкновения миллионов небесных тел молодой Солнечной системы. Температура была столь высока, что поверхность Земли напоминала расплавленный океан. Но уже тогда планета начала остывать. Радиоактивность, поддерживавшая высокую температуру, медленно снижалась. Это привело к первой радикальной перемене – превращению планеты в мир океанов.

Нагорье Барбертон, Южная Африка. Именно здесь были обнаружены одни из древнейших горных пород на планете. Здесь ученые занимаются поиском подобных образований, которые сформировались в первые миллиарды лет жизни Земли. Их уникальная форма может рассказать о много. Эта геологическая зона очень важна для понимания ранней истории Земли.

Размывая породы, речные потоки зачастую обнажают и древнейшие на земном шаре валуны. Некоторые такие камни являются кусками подушечной лавы, возраст которой – более 3,5 миллиардов лет. Округлые формы валунов можно объяснить тем, что несколько миллиардов лет назад в реке, где он находится, произошло застывание лавы.

Сегодня подушечная лава формируется у побережья Гавайских островов, где кратеры подводных вулканов извергают магму прямо в Тихий океан. Эта необычная шарообразная форма образуется только тогда, когда лава застывает глубоко под водой. Все обнаруженные породы, возраст которой 3,5 миллиарда лет, являются подушечной лавой.

А именно спустя миллиард лет после рождения Землю захлестнула вода, однако геологи уверены, что вода была на Земле гораздо раньше.

4 миллиарда 400 миллионов лет назад возраст Земли составлял примерно 100 миллионов лет. Метеориты продолжали падать на Землю, но из-за постепенного охлаждения ядра большая часть поверхности Земли превратилась в кору, состоящую из темной вулканической породы. Уже на этом этапе на поверхности Земли стала появляться вода.

Породы, сформированные в тот период, не сохранились. Однако остались крошечные кристаллы циркона, которые помогли установить точный возраст земного шара. Кроме того, эти кристаллы содержат следы молекул воды, их можно обнаружить во всех древнейших кристаллах циркона.

Однако происхождение большей части воды на планете остается загадкой. По мере того, как Земля охлаждалась, ее поверхность выделяла тонны углекислого газа. В результате высвободилось определенное количество водяного пара. Однако некоторые ученые полагают, что для всей планеты этого количества было недостаточно, так как горные породы, составляющие земной шар, были слишком сухими и горячими. Есть ученые, которые считают, что большая часть воды попала на Землю извне.

Сегодня можно предположить, что вода попала к нам из космоса на самой начальной стадии формировании планеты. Ее заносили падающие на Землю астероиды и кометы. Имеющиеся фрагменты метеоритов, из которых формировалась наша планета, на 5% состоят из воды. Вода, попадавшая на Землю в подобных телах, могла составить основу океанов.

Эта гипотеза – лишь одна из многих в современной науке. Но откуда бы ни появилась вода, она кардинально изменила облик нашей планеты. Испаряясь над поверхностью, огромное количество водяного пара соединялось с углекислым газом и формировало плотный облачный покров.

Конденсация воды в атмосфере привела к самому мощному потопу в истории земного шара. Молнии пронзили небо, на поверхность Земли пролился дождь, который шел на протяжении миллионов и миллионов лет, не переставая. В результате Земля превратилась в царство воды.

4 миллиарда лет назад. Возраст Земли составляет 500 миллионов лет. Свыше 90% ее поверхности покрыто океаном. Сквозь водные массивы проглядывают лишь маленькие вулканические острова. Содержащееся в воде железо окрашивает океаны в оливковый цвет. Концентрация углекислого раза в атмосфере столь высока, что небо отливает багрянцем. Сила атмосферного давления способна в буквальном смысле смять человека. И невероятная жара: температура достигает 200 °С.

Это суровое царство воды просуществует около полумиллиарда лет, и затем вновь Земля изменится до неузнаваемости. Новый всплеск вулканической активности приведет к появлению нового типа горных пород и даст толчок формированию континентов. Земля превратится в планету гранита.

 

Появление континентов

3 миллиарда 400 миллионов лет назад. Возраст Земли – чуть более миллиарда лет. Большую часть поверхности покрывает зеленый океан. Безжалостная стихия один за другим поглощала все проглядывающие на поверхности вулканические острова.

Но скоро все изменится. Магма, извергаемая подводными вулканами, преобразовалась в особый тип твердых пород и заложила фундамент будущим континентам.

Останки первых континентов были обнаружены в самых отдаленных уголках планеты. Южная Африка, Барбертон, останки древнейшей континентальной плиты за Земле. Эти скалы уникальны. Здесь сохранился древний гранит, который составлял основу одного из самых первых континентов на Земле. Эти подвергнувшиеся эрозии скалы – лишь видимая часть так называемого кратона Каапваль – огромного скопления древнего гранита, залегающего в недрах Южной Африки. Это памятник ранней истории нашей планеты. 3,5 миллиарда лет назад гранит за Земле был повсюду.

В результате извержения вулканов в океанском дне образовывались трещины, которые заполнялись водой и расплавленной лавой. Смешиваясь между собой, кипящая вода и базальтовая лава сформировали новую породугранит. В итоге гранитные породы поднялись с глубины и образовали материковую кору.

Главным преимуществом гранита был его легкость. Его плотность значительно меньше базальта. Разница в их плотности превышает разницу в плотности между водой и воздухом. Базальт является основной породой океанической коры, в то время как гранит – материковой. В отличие от плотной и тяжелой океанической коры континентальная кора легкая и подвижная, она в буквальном смысле дрейфует по мантии.

Гранитная кора оказалась не только легкой, но и прочной. Настолько прочной, что она могла противостоять разрушительной мощи океанических волн.

В течение двух последующих миллиардов лет медленно, но верно первые гранитные континенты увеличивались в размерах. По всей планете на поверхности океанов появлялись гранитные острова, которые в последствии заложат фундамент большей части массивов суши. Эпоха господства воды подошла к концу. Настало время материков.

 

Зарождение жизни и формирование атмосферы Земли

Медленная экспансия первых гранитных континентов не только изменила внешний вид планеты, появление прибрежных отмелей вывело первых живых организмов на солнечный свет и провоцировало выработку кислорода.

По одной из гипотез почти сразу после появления первичных океанов в их глубинах зародились простейшие одноклеточные организмы. Их жизнь поддерживало тепло, образующееся при извержении вулканов. Однако по мере того, как они эволюционировали, они поднимались все выше и выше со дна. И вот на побережьях континентов появились организмы, которые изменили нашу планету – цианобактерии. Эти организмы были способны к фотосинтезу и насыщали атмосферу кислородом. Останки этих древнейших организмов, строматолиты, можно найти и сегодня.

Западная Австралия. В заливе Шарк-Бэй на песчаных отмелях все еще сохранились строматолиты. Ширина каждого из этих каменистых холмиков составляет порядка 30 см, а высота – 60 см.

Огромная важность залива Шарк для науки стала очевидна только в 1950-е годы. В ходе одной из экспедиций в это уникальное место австралийский геолог Филипп Плейфорд смог изучить смог изучить процесс формирования строматолитов. В составе покрывающей их слизи Плейфорд нашел нитчатые цианобактерии, которые, как выяснилось, и образовали строматолиты. В формировании строматолитов участвовали колонии способных к фотосинтезу микроорганизмов. Год за годом они наслаивались друг на друга, а отмирая, превращались в осадочные породы.

Коллеги Плейфорда признали важность его открытия. Характеристики некоторых пород, возникших миллиарды лет назад, говорили о том, что в действительности они являются окаменевшими строматолитами. Открытие Плейфорда стало революцией в геологии.

Когда стало ясно, что эти образования созданы живыми организмами, ученые заново изучили некоторые горные породы и обнаружили среди них строматолиты. На основании этих открытий стало ясно, что жизнь на нашей планете существует порядка 3,5 миллиарда лет.

Строматолиты – предки всего живого на Земле. В действительности мы смотрим на наших далеких, далеких родственников.

Исследования горных пород доказывают, что 2,5 миллиарда лет назад строматолиты заселяли всю планету. Тогда все побережья Земли напоминали залив Шарк. Когда строматолиты заполнили собой мелководье, они приступили к насыщению атмосферы кислородом.

Земля – единственная планета Солнечной системы, атмосфера которой настолько богата кислородом. Ученые полагают, что этот состав стал результатом работы древних строматолитов.

В процессе фотосинтеза цианобактерии преобразовывали солнечный свет в кислород. В течение 2 миллиардов лет множество поколений строматолитов произвело несколько триллионов тонн кислорода.

Первоначально кислород расходовался на окисление миллиардов тонн железа, содержавшегося в океанах. По окончании этого процесса кислород стал насыщать атмосферу, и Земля изменилась вновь.

Внешний вид планеты стал совершенно другим. Зеленые океаны, потеряв железо, стали синими, кислород разбавил толщу углекислого раза в атмосфере и очистил воздух.

Спустя почти 2 миллиарда лет насыщения кислородом наша планета стала голубой. Это было примерно 1,5 миллиарда лет назад. Теперь на Земле синие океаны и лазурное небо.

Доказательства происходящих в те времена процессов сохранились до наших дней. Мы находим их в богатых залежах осадочных железных пород, сформировавшихся на дне древнего океана. Так называемые железистые кварциты – важнейший пункт современной экономики, они являются основным источником добываемого сегодня железа.

По мере насыщения атмосферы кислородом планета приближалась к своему современному облику. Но прежде чем она станет такой, какой мы знаем ее сегодня, должен произойти новый цикл катаклизмов. В течение следующего миллиарда лет вследствие тектонических процессов земная кора будет растрескиваться, и зарождающимся организмам придется пережить тяжелейшие испытания.

 

Движение континентов

1,5 миллиарда лет назад, Земле почти 3 миллиарда лет. Впервые за свою историю она стала напоминать известную нам планету. Накопившийся в океанах кислород придал им голубой оттенок, в то время как континенты покрыли почти четверть всей поверхности Земли.

Но их формирование продолжалось. Под толщей океанских вод действовали силы, изменявшие расположение материков. Континенты находились в почти незаметном, но постоянном движении.

До 1960-х годов теория о движении литосферы считалась маргинальной. В 19 и начале 20 века было принято считать, что континенты неподвижны, геология тогда была очень консервативной.

Новая теория порождала новые вопросы. Главной загадкой стало местонахождение некоторых окаменелостей. Парадокситы, представители класса трилобитов, действительно заключают в себе парадокс: эти пресноводные организмы были найдены в самых невероятных местах, их обнаружили на востоке Северной Африки, а также на другой стороне Атлантики – в Великобритании.

Пресноводные парадоксиды определенно не могли выжить в соленом океане. И эти чудеса межконтинентального расселения демонстрировали не только они. Учены пытались разгадать эту тайну…

В 1912 году в Гренландии появилась совершенно новая теория, которая породит современную концепцию тектоники плит и перевернет все науки о Земле. Данная теория была изложена немецким метеорологом Альфредом Вегенером.

Большую часть своей жизни они занимался исследованиями атмосферы Гренландии. Однако Вегенера всегда интересовали и парадоксы распространения окаменелостей. Он утверждал, что ответ на этот вопрос буквально бросается в глаза.

С тех пор, как появились точные карты мира, даже школьники могли заменить сходство очертаний восточного побережья Южной Америки и западного берега Африки. Этот факт всегда списывали на простое совпадение, а разочарованным детям говорили, что они ошибаются.

Вегенер же предположил, что континенты когда-то были единым целым, но потом разъединились. Исследования ученого в Гренландии убедили его, что дрейф континентов возможен.

Вероятно, на эту идею его натолкнула метеорология. Он видел, как раскалываются ледяные поля, и предположил, что кора планеты может вести себя так же.

Но лишь немногие геологи приняли эту радикальную теорию простого метеоролога. Вегенер встретил категорический отказ: для того, чтобы развести гигантские материковые плиты в разные концы, нужна была огромная сила, а источник этой силы он назвать не мог.

Всю жизнь Вегенер пытался найти доказательства своей теории. Но эти отважные попытки закончились его гибелью. Последняя экспедиция Вегенера в Гренландию в 1930 году закончилась трагедией: он заблудился во время бурана. В ледяной пустыне довольно трудно ориентироваться. Вегенер ушел далеко от лагеря и других участников экспедиции, заблудился и умер от переохлаждения.

Вегенер погиб, но его теория дрейфа континентов продолжала жить. Новый шаг в этом направлении был сделан, когда министерство ВМС США составило карту рельефа дна Мирового океана, заказанную подводниками во время Второй Мировой войны. Эта подробная карта открыла одну из самых великих загадок. На ней были отмечены многочисленные подводные горы, вулканические хребты и впадины, разделявшие земную кору на огромные плиты. Это открытие легло в основу нового раздела геологиитектоники.

Существование хребтов и впадин доказало способность материков перемещаться и указало на то, что океаническое дно постоянно обновляется. Движение плит осуществляется за счет разрушения старого и создания нового.

Глубоко под земной корой мантийный материал находится в непрерывном движении. В результате происходит конвекция тепла, генерируемого в ядре планеты. В местах восхождения тепловых потоков возникают трещины, континенты расходятся, а в пустотах между ними образуется новое океаническое дно. Когда потоки мантии уходят вглубь, старые океанические плиты подаются за ними. По мере движения океанических плит происходит перемещение континентов. Вслед за океанической плитой подается и материк. Этот процесс можно сравнить с работой эскалатора или конвейера.

Сегодня процесс зарождения нового океанского дна можно наблюдать на скалистом острове посреди Атлантического океана в Исландии. Исландия стоит на Срединно-Атлантическом хребте — гигантской вулканической горной цепи, отмеченной целой системой подводных рифтов.

По сути Исландия – вершина горного массива, она подобна огромному вулкану. Иногда в Исландии происходят необычные извержения вулканов, подтверждающие факт перемещения плит. Это извержения щитовых вулканов, они напоминают гигантские стены огня. Сквозь трещины, которые могут достигать 40 км в длину, лава выбрасывается вверх на высоту сотен метров. По трещинам можно определить границы глубинной плиты, формирующей Атлантический океан.

На всей территории острова с северо-востока до юго-запада сохранились следы извержений щитовых вулканов. Ландшафт Исландии изрезан скалами и каньонами. Эти каньоны медленно увеличивают территорию Исландии. Они создают фундамент для формирования новой океанической коры, которая отделяет Европу от Америки.

Континенты перемещаются примерно на 2,5 см в год, это средняя скорость роста ногтей. Это значит, что за время жизни человека Америка удаляется от Европы на 1 м 80 см. Но миллионов лет такого движения хватило, чтобы отодвинуть континенты друг от друга на тысячи километров.

Используя тектонику плит в качестве путеводителя, геологи воссоздают историю дрейфа материков с самого первого дня. Они берут образцы окаменелостей с побережий разных материков, сравнивают между собой и сопоставляют с различными видами древних пород. Это помогло определить расположение древних континентов.

Ученые уверены, что им удастся отследить процесс перемещения континентов, происходивший в течение миллиарда лет, с момента большого столкновения континентов.

 

Суперконтинент Родиния и самое масштабное обледенение

Когда океаны, разделявшие континенты, были поглощены земной корой, образовался единый суперконтинентРодиния. Считается, что в центре Родинии оказалась Северная Америка, остальные континенты сгруппировались вокруг нее.

Но Родиния не была похожа не известные нам континенты: это был пустынный безжизненный материк. Это была гигантская пустыня, напоминающую современную Сахару. Там не было ни растений, ни лесов, ни трав, а одна только совершенно бесплодная пустошь. На Родинии не было жизни, но она оказала огромное влияние на жизнь в океанах.

В насыщенных кислородах водах наряду со строматолитами начали развиваться и другие простейшие организмы. Однако бескрайний суперконтинент готовил для них тяжелейшее испытание. Родиния спровоцировала превращение земного шара в исполинский снежный ком. Наступило самое масштабное оледенение за всю историю Земли.

Около 700 миллионов лет назад Родиния блокировала экваториальные течения, несшие теплые воды к полюсам. Без этого тепла полярные регионы обледенели. Затем в результате того, что ледяные поля отражали от поверхности Земли больше солнечного света, температура начала катастрофически понижаться, и спустя время ледяной панцирь закрыл всю планету.

Температура на поверхности упала до минус 40 °С. Лед сковал океаны на глубину более 1 км. Единственные живые организмы на Земле – бактерии и морские водоросли – оказались зажаты в ловушке под беспросветной ледяной толщей. Это была настоящая катастрофа, живые организмы оказались на грани вымирания. Планета Земля погибала.

 

Жизнь на Земле в Кембрийский период

650 миллионов лет назад. Образование суперконтинента, Родинии, привело к глобальной перемене климата и обледенению всей планеты. Температура не поднималась выше минут 40 °С. Практически все существа, населявшие планету, вымерли. Будущее жизни на Земле оказалось под угрозой.

Однако под поверхностью льда суперконтинент сохранял активность. Обширные извержения вулканов раскололи Родинию на части. Тепло, которое накопилось в недрах континента, в конечном счете уничтожило его. В подземных слоях генерировалось тепло и накапливалось под толей льда, как под одеялом.

В период с 630 по 550 миллионов лет назад накопленное тепло разморозило планету. Когда Родиния раскололась, высвободившийся углекислый газ вызвал парниковый эффект. Ледяные массивы начали отступать. Родиния раскололась на огромные части. Лед больше не препятствовал развитию жизни на Земле. После раскола Родинии появились мелководья, в результате чего вырос уровень кислорода. Развитие простейших организмов больше ничего не сдерживало. Они становились более сложными и более опасными.

Скалистые горы в Канаде. В этих далеких горах найдены доказательства ключевого для эволюции жизни на Земле события – так называемого Кембрийского взрыва.

Впервые с момента образования планеты концентрация кислорода в атмосфере достигла максимальной отметки. Это создало идеальные условия для развития жизни и появления новых видов.

Горна формация, известная под названием сланцы Берджес. Найденные здесь удивительные окаменелости рассказывают о мире, существовавшем более 500 миллионов лет назад. Любой ученый, занимающийся вопросами происхождения жизни, назовет Берджес одним из важнейших захоронений окаменелостей в мире. Первооткрывателем сланцев Берджес был американский ученый Чарльз Дулиттл Уолкотт, секретарь Смитсоновского института.

Жизнь этого страстного охотника за окаменелостями стала воплощением американской мечты. Выходец из бедной семьи, имевший только среднее образование, Уолкотт смог добраться до самой вершины научной иерархии США. Его стремительное восхождение началось с ряда экспедиций по поиску окаменелостей в отдаленные горные районы Северной Америки.

Именно здесь Уолкотт сделал свое самое знаменитое открытие. Согласно легенде это случилось 31 августа 1909 года. Была метель, Уолкотт со своей женой пересекал эту местность на лошадях. И вдруг им перегородил путь большой кусок отколовшейся скалы. Двигаться дальше они не могли. Уолкотт спрыгнул с лошади и перевернул камень. Тут он заметил прекрасно сохранившийся отпечаток какого-то организма. Он не знал, откуда точно откололся камень, но он явно упал сверху.

Кусок откололся от небольшой скальной формации шириной не более 30 м. Именно она впоследствии получит название сланцы Берджес.

С помощью членов своей семьи Уолкотт извлек из этого захоронения окаменелостей более 60 тысяч образцов, а позднее здесь будет обнаружено еще более 100 тысяч ископаемых останков организмов.

Тысячи ископаемых останков, обнаруженных в сланцах Берджес, доказывали, что полмиллиарда лет назад жизнь развивалась в самых разнообразных и причудливых формах. Останки отлично сохранились в трехмерном виде. После вскрытия окаменелостей можно выделить внутренние органы животного и даже увидеть пищеварительный тракт.

Насыщенные кислородом мелководья кембрийских морей буквально кишели всевозможными организмами. И они питались не только растениями, но и друг другом.

Кембрий занимает особое место в развитии жизни на Земле. В этот период существовало больше типов живых существ, чем за всю историю Земли.

С этого момента начинается биологическая «гонка вооружений». Организмы становятся все сложнее, у них развиваются прочный панцирь, скелет, глаза и зубы. На Земле появляются современные типы животных.

Высокая концентрация кислорода, вызвавшая бурное развитие жизни в океане, изменило и атмосферу Земли. За последующие 100 миллионов лет содержание кислорода в атмосфере достигнет сегодняшнего уровня и создаст условия для формирования в верхних слоях атмосферы озонового слоя. Благодаря этому живые организмы смогли покинуть океан.

Прежде мощное ультрафиолетовое излучение уничтожало все организмы, незащищенные водой. Теперь же смертоносные лучи поглощал озоновый слой.

400 миллионов лет назад. Возраст Земли – более 4 миллиардов лет. В течение следующих 100 миллионов лет расколотые континенты соединятся вновь. Но теперь благодаря озоновому слою организмы смогут покинуть океан и завоевать сушу. Земля станет миром тропических болот.

 

Земля – мир тропических болот

Южная Джорджия, США. Болота Окефеноки можно назвать современным аналогом болот, которые существовали на Земле 300 миллионов лет назад в каменноугольный период. В те времена подобные пейзажи были повсюду.

Каменноугольный период, или карбон, представляет для ученых огромный интерес. В это время впервые за историю Земли на ее поверхности развился обширный растительный покров. Растения достигали 20 метров в высоту, росли плотными массивами, создавая влажный тропический климат. Для Земли это было кардинально новое состояние.

Тропические болота занимали большую часть материковой поверхности Земли в течение 60 миллионов лет. Свидетельства тому сохранились на всех современных континентах – в месторождениях угля. Эти залежи ископаемого топлива формировались на протяжении миллионов лет из останков древних растений, существовавших 300 миллионов лет назад. Уголь образовывался в результате их специфического гниения в пресной воде.

Слово Окефеноки в переводе с индейского означает «колышущаяся земля». По болоту нелегко ходить, потому что под его поверхностью находятся зыбкие слои гниющих растений. Пресная вода не дает растениям разложиться до конца, что приводит к накоплению огромного количества органического вещества.

В то время как на суше останки растений превращались в уголь, на мелководье вокруг континентов в течение миллионов лет накапливались останки погибших организмов. Они преобразуются в другие виды ископаемого топлива – нефть и газ. Ежегодно люди добывают около 5 миллиардов тонн угля, 30 миллиардов баррелей нефти и 3 тысяч миллиардов кубометров газа. Самый плодотворный период в истории Земли подарил человеку большую часть источников энергии, которыми он располагает на сегодняшний день. Без них промышленная революция была бы невозможна.

Однако население Земли 300 миллионов лет назад было представлено не только растениями. Со временем появились огромные насекомые, затем земноводные, и наконец, первые рептилии, вышедшие из океанов на болотистые берега.

В те времена восточное побережье США населяли разнообразные чудовища: по суше ходили огромные многоножки, в небе летали полуметровые стрекозы, а прибрежные воды патрулировали первые аллигаторы.

Спустя 4 миллиарда 250 миллионов лет развития на Земле сформировалась современная биосфера. Однако будущее всех населявших планету организмов было печальным. Силы, действующие в недрах планеты, подвергли жизнь на ее поверхности суровому экзамену. Мощнейшие излияния траппов стали причиной самого масштабного за всю историю планеты вымирания.

 

Земля – планета динозавров

250 миллионов лет назад. На протяжении сотен миллионов лет жизнь на поверхности Земли подвергалась жесточайшим испытаниям. Но ни одно из них не могло сравниться с тем, что ждало ее впереди.

Земная кора на территории современной Сибири превратилась в болото из раскаленной магмы. Причиной явилось редкое излияние мантийного плюма. Что именно спровоцировало эти извержения, неизвестно до сих пор. Однако время от времени огромные потоки горячей магмы выходили на поверхность, расплавляя и сминая земную кору. Эти излияния продолжались более миллиона лет.

Земные недра извергли более 2 миллионов кубометров расплавленного базальта. Этого достаточно, чтобы похоронить США под 300-метровой толщей. Облака ядовитых газов окутали всю планету.

Большая часть организмов не смогла пережить эту катастрофу. С лица Земли исчезло 95% живых существ. Это был самый разрушительный период в истории биосферы земного шара.

Планета, пережившая эти страшные события, кардинально изменилась. На ней образовался новый суперконтинентПангея. Произошла резкая перемена климата. В последующие 200 миллионов лет уровень кислорода и углекислого газа в атмосфере будет увеличиваться.

В этих условиях существа, пережившие катастрофические события, эволюционировали в животных с самой незавидной репутацией – динозавров.

Практический треть всей истории жизни на Земле на ней доминировали динозавры. Земля по сути дела – это планета динозавров.

По сравнению с современными животными динозавры выглядят гигантами. Если средний размер млекопитающих в наши дни не превышает размеров собаки, то средней крупности динозавр был больше медведя гризли.

Первыми подробно описанными ископаемыми останками динозавра стала кость, найденная молодой англичанкой Мэри Энн Мантелл в 1822 году. Ее муж доктор Гидеон Мантелл заинтересовался находкой и решил выяснить, какому животному принадлежит эта кость.

Она отличалась от всего, что он видел до этого. Он решил, что это зуб огромной ящерицы. Он назвал ее игуанодоном, в честь игуаны, на которую, по его мнению, она походила.

В течение последующих десятилетий на территории США и Европы было обнаружено множество новых останков гигантских животных. Из-за сходства с ящерицей их назвали динозаврами, что в переводе с древнегреческого «ужасный ящер».

Однако современные палеонтологи объясняют огромные размеры некоторых динозавров тем, что они не были хладнокровными, как ящерицы. Температура их крови была несколько теплее. Это давало им преимущество как хладнокровных ящериц, так и теплокровных млекопитающих.

Динозавры могли быть активными и собирать пищу в течение всего года. В то же время они могли тратить огромные запасы энергии не только на согревание, но и на рост.

Еще одной причиной огромных размеров динозавров мог стать жаркий климат, который держался практически на протяжении всей мезозойской эры. Эти условия были созданы деятельностью вулканов.

В результате нового всплеска вулканической активности 180 миллионов лет назад суперконтинент Пангея раскололся. Образовавшиеся материки отправились в долгий путь к тем местам, где они находятся сейчас. Северная Америка, Южная Америка, Африка и Европа начали свою отдельную историю. Суперконтинента Пангея больше не существовало.

На каждом из новых континентов все еще обитали динозавры, им, по всей видимости, подходил душный вулканический климат.

Резкое потепление привело к новым катаклизмам. Уровень углекислого газа вырос в 5 раз, и температура значительно поднялась. В этих парниковых условиях тропические леса разрастались и покрывали собой всю планету.

Распространение тропического климата вызвало бурный рост всевозможных растений, а соответственно пищи у динозавров стало больше. Каждый вид мог теперь питаться теми растениями, которые отвечали его запросам. В итоге динозавры становились все больше.

Многие ученые полагают, что гигантские размеры некоторых видов динозавров – результат миллионов лет развития в теплом, богатом кислородом мире. Возможно, такие размеры стали биологической реакцией на вулканическую активность Земли. Но даже огромные размеры не смогут защитить динозавров от грядущей катастрофы. Землю ожидает внезапное, необратимое опустошение.

 

Алмазные извержения

100 миллионов лет назад. На планете доминируют динозавры. Огромные чудовища главенствуют на суше, в воде и в небе. Они обитают в душном мире извергающихся вулканов. Эти вулканы вынесут на поверхность Земли одно из самых ценных и удивительных сокровищ – алмазы.

Алмаз – это всего-навсего углерод, подвергнутый высокому давлению. На протяжении тысяч лет человек находил алмазы на песчаных берегах рек и даже не подозревал об их истинном происхождении.

Только в 1869 году, когда в Южной Африке будет обнаружено огромное месторождение алмазов, станет ясно, что они образуются не в речных отложениях.

Особенностью месторождения в долине Кимберли было то, что именно здесь впервые была обнаружена порода, содержащая алмазы. Порода с алмазами была извлечена из странной вертикальной горной формации. В процессе работы горняки поняли, что алмазы заключены в структуре, по форме напоминающей стаканчик от мороженого: на вершине она расширялась, а на глубине сужалась до небольшой точки.

Разгадать головоломку помог американский минеролог Генри Карвел Льюис. Он пришел к выводу, что алмазные шахты – не что иное, как кратеры древних вулканов. Горняки бурили застывшую магму, которая содержала алмазы.

Однако было очевидно, что это не просто вулканы. Втрое глубже обычных, они уходят вглубь на 150 км. Огромные давление и температура на таких глубинах создают уникальные для формирования алмазов условия.

Алмазы выносятся на поверхность только во время чрезвычайно мощных извержений. Магма с алмазами вырывает из недр Земли со скоростью 480 км/ч.

Ученые считают, что именно раскол суперконтинента Пангея, произошедший более 100 миллионов лет назад, привел к активизации этих сверхмощных вулканов. А потому алмазные извержения так же редки, как и расколы континентов. Алмазы, оказавшиеся на поверхности Земли во времена динозавров, прекрасно сохранились до наших дней. Но сами динозавры не были столь удачливы.

 

Конец эпохи динозавров

65 миллионов лет назад. Жизнь на планете процветала, вся поверхность Земли была покрыта густой растительностью. Как никогда ранее среда благоприятствовала всем формам жизни. Однако, в скором времени эра динозавров подойдет к концу.

Кости динозавров можно обнаружить в осадочных породах, сформировавшихся от 230 до 65 миллионов лет назад. Но потом они внезапно исчезают…

Вместе с динозаврами с лица Земли были стерты более 70% видов. Экосистема планеты пережила страшнейшую катастрофу. Для многих поколений палеонтологов причины этого массового вымирания оставались загадкой. Но сегодня тайна раскрыта.

Современные ученые полагают, что тайна великого вымирания кроется именно в образцах осадочной породы, возраст которой составляет 65 миллионов лет. Этот слой содержит в себе высокую концентрацию очень редкого для нашей планеты элемента — иридия. Этот удивительный факт был случайно обнаружен в 1980 году Луисом Альваресом и его сыном Уолтером.

Содержание иридия на поверхности Земли ничтожно. Обычно этот элемент попадает на нашу планету вместе с останками метеорных тел, которые ежедневно сгорают в верхних частях атмосферы.

Альваресы искали причину в различной силе таких метеоритных дождей. Но когда они обнаружили столь большую концентрацию иридия в слоях грунта, они предложили новую гипотезу позднемелового вымирания: смерть на Землю пришла из космоса, планета динозавров столкнулась с огромным метеоритом.

Эта гипотеза подвергалась критике в течение более 10 лет, пока наконец, в Мексике не было обнаружено наглядное доказательство: скрытый кратер диаметром 150 км.

В 1990 году был открыт кратер Чиксулуб. Оказалось, что он образовался именно 65 миллионов лет назад. Это явилось бесспорным доказательством теории Альваресов.

В грунтах по всему миру содержится 200 тысяч тонн иридия. Это говорит о том, что диаметр метеорита превышал 9,5 километров, его падение на Землю привело к катастрофическим разрушениям. Представьте, что к вам летит гора Эверест со скоростью 20 км/с.

С лица Земли были стерты несколько тысяч километров земной коры, которая превратилась в пылевое облако, 4242684153_7efa1f1e3d_bокутавшее планету. Затем эта пыль стала постепенно оседать на поверхности. Вся планета оказалась покрыта слоем пыли и обломков.

Однако, разрушения на Землю принес не только метеорит. В Индии сегодня можно увидеть древние лавовые образования, толщина которых позволила людям вырубить в них храмы. Эта лава – результат мощных извержений, произошедших одновременно с падением метеорита. И хотя они были не столь обширными, как ранее в Сибири, извергнутая магма могла покрыть всю площадь США слоем толщиной в 3 метра. Огромное количество поднятой в атмосферу ядовитой пыли было сравнимо с тем, что образовалось после падения метеорита.

65 миллионов лет назад падение метеорита и извержение вулканов привели к колоссальным разрушениям. Двойной катастрофический эффект стал причиной вымирания динозавров. Пылевые облака в верхней части атмосферы заслонили поверхность Земли от солнечных лучшей и уничтожили существующую на ней жизнь. Тогда погибли огромные динозавры и большинство других видов. Возникший впоследствии новый мир стал царством млекопитающих и человека.

 

Формирование современного ландшафта Земли

50 миллионов лет назад. После массового вымирания динозавров жизнь на планете Земля постепенно возрождалась. Планета существует уже 4 миллиарда 400 миллионов лет, но только сейчас появились первые млекопитающие – наши предки.

Задолго до появления человека континенты продолжали перемещаться и сталкиваться друг с другом. Постепенно их очертания стали напоминать современные материки. Движение литосферных плит и эрозия создали знакомые нам сегодня ландшафты.

Появление некоторых горных массивов объясняется извержениями лавы из самых недр Земли. Однако в крупнейших горных системах, таких как Альпы, вулканов нет. Они возникли из равнин, как по волшебству.

Эта знаменитая горная цепь расположена в центре Европы. Ее высота составляет почти 5 тысяч метров над уровнем моря. Как этот огромный массив оказался на такой невероятной высоте?

Альпы являются результатом столкновения двух материков – Африки и Европы. Тщательное исследование альпийских пород помогло объяснить процесс формирования этих гор. Загадку раскрыли крошечные кристаллы кварца.

Толщина этих частичек – всего одна двадцатипятитысячная мм, однако можно рассмотреть отдельные гранулы. Крошечные гранулы кварца обнаружили очень сильную деформацию: они вытянулись, стали длиннее и тоньше. Чтобы настолько изменить породы, нужно колоссальное давление. Одной из причин этой деформации было столкновение двух плит.

По мере того, как на протяжении последних 45 миллионов лет континенты продолжали перемещаться, африканская плита двигалась в сторону Европы. Кора в месте столкновения испытывала колоссальное давление, и твердые горные породы начали менять свою форму.

По высоте гор мы можем судить о степени изогнутости земной коры в месте столкновения. Одна из самых известных гор альпийской цепи демонстрирует, как именно столкнулись африканская и европейская материковые плиты. Маттерхорн, эта гора – детище двух материков. Удивительнее всего в Маттерхорне то, что вершина ее является частью Африки, а основание – частью Европы. Обычно при образовании гор одна из плит находит на другую – Африка взяла верх над Европой.

Движение материковых плит является причиной образования всех горных цепей на Земле. На протяжении миллионов лет единственным фактором, ограничивающим высоту гор, является эрозия, вызванная снегом, ветром и дождями. Если говорить в масштабах швейцарских Альп, то ежегодно вода разрушала 50 миллионов тонн пород, т.е. каждый год исчезала гора высотой около тысячи метров.

Высоту гор на Земле определяют две противоположные силы: поднятие земной коры и эрозия. Ежегодно они меняют уровень гор на сотые доли сантиметра, вверх или вниз, но движение плит и водная эрозия могут создавать и прямо противоположные ландшафты. При определенных условиях земная кора образует пустоши, и порой невероятной красоты.

Гранд-Каньон, США. Его глубина превышает полтора километра, ширина составляет около 15 километров, длина – порядка 450 километров, и он продолжает расти.

Европейцы вышли к каньону в 1540 году. Когда они подошли к обрыву, внизу они увидели реку и решили, что глубина каньона не более 2 метров. Но спустившись вниз, они поняли, что каньон гораздо глубже.

Гигантские масштабы каньона – результат воздействия тектонических сил. В течение последних 6 миллионов лет воды реки Колорадо буквально вытачивали его уникальный рельеф. Одновременно происходил резкий подъем Колорадского плато. В процессе движения плит плато поднималось вверх. Сегодня оно находится на высоте 2,5 тысяч метров над уровнем моря.

Возможно, это поднятие спровоцировало столкновение Тихоокеанской и Северо-Американской плит. Чтобы понять, как это происходило, представьте себе коврик, скользящий по деревянному полу. Если он упрется в стену, то неизбежно немного на нее зайдет. Именно это и произошло при столкновении плит в западной части Северной Америки.

Кажется, что река слишком мала и неспособна размыть такой глубокий каньон. Но в результате поднятия плато угол наклона течения реки изменился и придал ей колоссальную мощь.

Такие реки, как Амазонка или Миссисипи переносят значительно больше воды, чем Колорадо, однако они не образуют каньонов, так как текут по равнинам. Чем выше протекает река, тем больше угол наклона ее течения, и тем выше способность разрушать породы и образовывать каньоны.

Движение материковых плит в сочетании с процессами эрозии в значительной степени определили современный ландшафт Земли. Большинство самых высоких горных вершин и глубочайших каньонов являются относительно молодыми структурами. Все ни сформировались за последние 50 миллионов лет.

Но, прежде чем Земля окончательно примет свой современный облик, она должна пережить ещё одно испытание.

2 миллиона лет назад на востоке Африки появились первые предки современного человека. В это же время с Северного полюса стали спускаться огромные ледники. Земле предстояло вступить в очередной ледниковый период.

 

Последний ледниковый период

2 миллиона лет назад. Предки современного человека начали расселяться за пределы Африки. Однако в это время температура на поверхности Земли начала резко падать. Вскоре большая часть планеты окажется скована льдом. Наступит ледниковый период.

Резкое понижение температуры произошло, когда вулканы Панамы образовали перешеек между Северной и Южной Америкой. Это кардинально изменило направление течений в мировом океане. Температура приполярных морей значительно понизилась. В результате произошло снижение среднетемпературных показателей на всей планете. Последовавший за этим ледниковый период длится десятки тысячи лет.

Исландия, ледник Лаунгйёкудль. Сегодня ледники остаются лишь в самых холодных уголках планеты. Сегодня его площадь превышает 900 км2, это больше площади Нью-Йорка. Несмотря на то, что ледник кажется неподвижным, в действительности он постоянно растет.

Ледники образуются на больших высотах в результате накопления твердых осадков. Под действием силы тяжести спрессованный снег сползает вниз. Ледники можно сравнить с медленно текущими реками.

Система спутниковой навигации определяет место на карте с точностью до 2 см, с ее помощью ученые вычисляют скорость перемещения ледника. Выяснилось, что скорость движения ледника составляет 45 метров в год.

При сегодняшних мягких температурах темпы разрастания ледника компенсируются его таянием. Но если средняя температура понизится, ледник продолжит наступать, и на Земле наступит очередной ледниковый период.

Понятие ледниковых периодов впервые было предложено в 19 столетии швейцарским биологом Жаном Луи Агассисом. Изучая швейцарские Альпы в 30-х годах 19 века, Агассис не мог не заменить огромные валуны на сельскохозяйственных угодьях, а также массивные насыпи из гравия, накрытые крупными камнями, которые словно охраняли горные долины.

Пытаясь объяснить, как камни оказались в этих местах, Агассис предположил, что их принесли туда древние ледники, которые когда-то покрывали северное полушарие.

Эта теория была встречена крайне скептически. Но когда следы огромных ледников, покрывавших континенты, были найдены во всех частях мира, она завоевала всеобщее признание.

За последние 2 миллиона лет, в зависимости от постоянных изменений климата, огромные ледяные поля то увеличивались, то снова уменьшались. Передвигаясь, они меняли ландшафты. Когда 10 тысяч лет назад последние ледники отступили, они оставили за собой истерзанную, исцарапанную сушу. Это и есть современный ландшафт.

В США можно увидеть результаты тяжелого труда валунов, падавших во время отступления северо-американского ледника. Под воздействием огромного веса ледника образовались глубокие впадины. Сегодня они заполнены Великими озерами.

В условиях более теплого климата после отступления ледников доминирующие позиции на планете занимал древний человек. За этот короткий период, за крохотную долю всей истории планеты, произошли все события истории развития человеческой цивилизации.

Научный прогресс изменил облик нашей планеты. Мы считаем великими достижения человечества, но сможем ли мы и дальше выживать и преуспевать?

Технологии позволяют человеку доминировать на планете в большей степени, чем это желало любое существо за всю ее историю. Но прошло еще очень мало времени, и впереди у нас очень долгий путь.

 

Будущее Земли

За прошедшие 4,5 миллиарда лет Земля прошла сложнейший путь. За это время планеты пережила грандиозные трансформации. И с момента зарождения жизни эти трансформации во многом определяли, какие организмы выживут, а какие погибнут. Если воспринимать такое нелегкое прошлое в качестве напутствия на будущее, то живым существам, и в особенности человеку, предстоит бороться за выживание в последующие периоды изменения климата на Земле.

Изменение климата представляет для нас серьезную угрозу. В начале 21 века нас беспокоит глобальное потепление. Но ученые считают, что это переход между двумя ледниковыми периодами.

Вся история цивилизации уложилась в короткий теплый период, который составляет 10 тысяч лет. Это потепление имело особое значение. Человечество не случайно развилось именно в этот период. Климат очень важен для развития и процветания нашего вида. В период, в который мы живем последние 10 тысяч лет, климат на Земле был необычайно благоприятным. С учетом геологической истории он невероятно стабилен. Разумеется, это не может продолжаться вечно.

Даже если современная экономика и приведет к глобальному потеплению в ближайшие столетия, это только отложит неизбежное. При сегодняшнем расположении материков полярные воды остаются холодными. А это значит, что всего лишь через 15 тысяч лет может начаться очередной ледниковый период.

Но даже если человек переживет мощное оледенение, впереди его ожидают еще более сложные задачи. По мере того, как тектоника плит будет перемещать материки и влиять на наступление ледниковых периодов, прибрежные районы утонут в океане, целые страны уйдут под воду.

Через 200 миллионов лет сформируется новый суперконтинентПангея Ультима. Он поглотит Средиземное море, а затем и Атлантический океан. Континенты столкнутся у восточного побережья Северной Америки. В перспективе Нью-Йорк будет уничтожен столкновением материков. Он будет смят, и на его месте образуется новая горная цепь.

Планета снова будет охвачена хаосом. Уровень концентрации кислорода и температура будут резко меняться, а это вновь приведет к массовым вымираниям видов.

Но даже последствия разрушения суперконтинента несопоставимы с тем, что произойдет после остановки движения плит. Если гигантские литосферные плиты остановятся, все превратится в пыль.

Жизнь на Земле зависит от цикла передвижения плит. Однако он не бесконечен, его завершение очевидно. Это случится через миллиарды лет, но в конце концов цикл остановится.

Однажды внутренний огонь, поддерживающий жизнь на поверхности, будет исчерпан. Так закончится история планеты Земля. Считается, что лишившись своего пылающего сердца, Земля пройдет по такому же пути, который когда-то проделал Марс. Атмосфера и океаны исчезнут, а поверхность превратится в пустыню. Планета умрет.

Однако это картина очень далекого будущего. Земля будет идти по своему уникальному пути еще минимум миллиард лет. На ней останутся некоторые формы жизни. Но судьба человека, населявшего планету свыше 2 миллионов лет и доминировавшего на ней в течение последних 10 тысяч лет, может оказаться под угрозой.


 

Комментарии:

наверх