Удивительное зарождение Земли. Путешествие по скрытым чудесам, которые дали жизнь нашей планете

Когда запасов азота в море становится меньше по отношению к фосфору, многим организмам, испытывающим недостаток питательных веществ, приходится бороться за существование. Тогда наступает время особых азотфиксирующих микробов: они выделяют в море аммиак и другие биологически усваиваемые формы азота, в конечном итоге пополняя его запасы в море. Если же уровень азота поднимается слишком высоко, наступает эра других видов планктона, и они вытесняют азотфиксирующие микробы. В это же время все больше и больше планктона, погибая и погружаясь на глубину, лишенную кислорода, переносят туда углерод и стимулируют рост микробов, в процессе дыхания которых аммиак превращается обратно в газообразный азот. Это еще больше стабилизирует соотношение азота и фосфора в воде.

Планктон также является важнейшим элементом тех процессов, как краткосрочных, так и долгосрочных, которые способствуют поглощению углерода и регуляции климата планеты. На протяжении своей истории Земля неоднократно переживала периоды широкомасштабного оледенения, которые приводили к исчезновению многих видов животных и растений и всерьез тормозили развитие жизни в целом. Тем не менее раз за разом наша планета не только восстанавливалась, но и в конечном счете процветала. Как это стало возможным?

Наступление и окончание ледниковых периодов частично связано с дрейфом континентов и изменениями океанских течений, которые перераспределяют тепло по всему земному шару, а также изменениями орбиты Земли, колебаниями и наклоном ее оси, которые влияют на количество получаемого ею солнечного света. Однако в некоторых случаях в дело вступают и процессы саморегуляции нашей планеты. Способность Земли к восстановлению отчасти зависит от необыкновенной универсальности того элемента, из которого состоит вся земная жизнь, – углерода. Кольцевой путь углерода по воздуху, суше и морю – его вечное перемещение между организмами и окружающей средой – в конечном итоге выполняет роль термостата нашей планеты.

Содержащийся в атмосфере углекислый газ постоянно растворяется в океане, где в процессе фотосинтеза солнцелюбивый фитопланктон встраивает его в свои клетки. Бо́льшая часть этого углерода выделяется на мелководье, когда зоопланктон и микробы поедают и разлагают фитопланктон. Они поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Не ставший добычей фитопланктон обычно живет лишь несколько дней или в крайнем случае пару недель. Умирая, он сталкивается с себе подобными: они образуют небольшие скопления и вместе со сгустками экскрементов зоопланктона начинают тонуть, унося углерод в холодное глубоководье, где он останется в течение следующих нескольких тысяч лет[50]. Часть этих подводных осадков, известных как морской снег, служит пищей для обитающих на глубине существ, но часть его продолжает тонуть и оседать на морском дне. Там они накапливаются в слоях ила, которые в конечном итоге окаменеют и будут удерживать в себе углерод миллионы лет.

В это же время углекислый газ, извергаемый вулканами, соединяется с водным паром в атмосфере – вместе они образуют угольную кислоту, которая выпадает на землю в виде дождя. Из-за невысокой кислотности дождевая вода, превращенная в разбавленную угольную кислоту, вступает в реакцию с корой планеты и разрушает ее. В результате происходящих во время эрозии химических реакций образуются различные минералы, соли и другие молекулы: через реки они попадают в океан, питая морскую флору и фауну. Некоторые виды цианобактерий, планктона, кораллов и моллюсков используют ионы кальция и бикарбоната, образующиеся в результате эрозии, для создания раковин, оболочек, скелетов, рифов и бактериальных матов, известных как строматолиты. Когда такие существа погибают, их богатые углеродом останки постепенно накапливаются в слоях уплотненных известняковых отложений на морском дне. На протяжении длительного времени тектоническая активность планеты поглощает и преобразует эти отложения, возвращая содержащийся в них углерод на поверхность планеты в виде новых гор или извергающихся вулканов. Таким образом, цикл завершается.