История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

К миллиардному дню рождения нашей планеты жизнь обеспечила себе прочный, хотя и не вполне объяснимый, плацдарм на ее поверхности. В течение следующего миллиарда лет микроскопические формы жизни слегка меняли приповерхностную среду – вначале за счет ускорения окислительно-восстановительных реакций, а затем с помощью фотосинтеза. Насколько можно судить, даже в возрасте 2 млрд лет Земля не имела сколь-нибудь существенных, вызванных наличием жизни минералогических изменений на поверхности или вблизи нее. Живые клетки производили больше окислов железа, больше известняка, больше сульфатов и фосфатов, чем неживая природа. Они формировали слоистые залежи железных руд на дне океана и сооружали защитные каменистые холмы в прибрежных водах – все эти явления задолго до основного развития жизни существовали на Земле, а также на других планетах и спутниках Солнечной системы.

Но Земля со своими примитивными популяциями клеток подготовилась к наиболее значительной трансформации в своей истории. В течение 1,5 млрд лет микроорганизмы, занятые фотосинтезом, освоили новый химический фокус – стали «выдыхать» крайне активный, агрессивный газ под названием кислород.

Глава 7

Красная Земля

Фотосинтез и Великое кислородное событие

Возраст Земли: от 1,0 до 2,7 млрд лет

Если вернуться к сегодняшним временам, становится очевидным тот факт, что жизнь необратимо изменила приповерхностную среду Земли, особенно океаны и атмосферу, но горные породы и минералы тоже подверглись трансформации. Потребовалось больше миллиарда лет после появления первой живой клетки, чтобы началось преобразование планеты. За это время новые разновидности микроорганизмов успели создать бурую или красноватую пену в некоторых прибрежных зонах. Могли уже появиться к этому времени и пятна зеленоватой слизи у берегов экватора и в мелких внутренних водоемах – благодаря особо изобретательным клеткам, использующим все новые способы поглощения солнечной энергии. Но материки по-прежнему оставались бесплодными: никакие растения не украшали каменистый ландшафт, никакие животные еще не появились, чтобы питаться этими растениями. Мы бы незамедлительно погибли мучительной смертью в этом лишенном кислорода мире.

Поверхность планеты ко времени геологического полудня изменила свой тускло-серый цвет на кирпично-красный в процессе развития окислительно-восстановительного фотосинтеза и медленного формирования окисляющей атмосферы. Трудно утверждать наверняка, насколько быстро липкая зеленая тина осуществила это преобразование, называемое Великим кислородным событием. Мы можем в лучшем случае гадать об этом по едва заметным изменениям горных пород, которые свидетельствуют о всплеске фотосинтеза вскоре после достижения Землей возраста 2 млрд лет, т. е. 2,5 млрд лет назад. После такого скромного начала события развивались стремительно: ко времени 2,2 млрд лет назад объем кислорода в атмосфере увеличился с нуля до более 1 % от современного уровня, навсегда при этом изменив поверхность Земли.

Загадочная история первоначального насыщения кислородом только начинает привлекать внимание науки, по мере того как открываются все новые данные и свидетельства, которые можно всерьез рассматривать. За последние полстолетия исследование палеоатмосферы сопровождалось множеством различных, порой диаметрально противоположных моделей, но научный подход позволяет отсеивать все несостоятельные и ложные идеи. У нас нет пока полного представления об этом процессе, но мы гораздо ближе подошли к истине, и начинает вырисовываться захватывающая дух (в полном смысле слов) картина.

Свидетельство горных пород

Доказательства существования Великого кислородного события основываются на большом количестве исследований горных пород и минералов, возраст которых охватывает продолжительный период земной истории – примерно от 3,5 до 2 млрд лет. С одной стороны, многие горные породы старше 2,5 млрд лет содержат минералы, которые легко разрушаются от коррозийного воздействия кислорода, что свидетельствует об отсутствии кислорода в окружающей среде в предшествующий этому времени период. Геологи находят невыветренную и округлую гальку пирита (сульфид железа, известный также под именем «золото дураков») и уранинита (самый распространенный из урановых минералов) в древних руслах – местах, где такие минералы в наше время быстро подверглись бы коррозии и разрушению в условиях насыщенной кислородом среды. Древние слои песка тоже отличаются особым химическим составом – необычным избытком таких избегающих контакта с кислородом веществ, как церий, тогда как веществ вроде железа в них поразительно мало по сравнению с современными почвами. Эти химические особенности явно указывают на отсутствие кислорода в той атмосфере.