Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Слияние суперконтинентов с помощью тектонических процессов изучено весьма хорошо, однако причины их распада не так очевидны. Одна из теорий (хотя и не единственная) предполагает, что очень крупные континенты действуют как своеобразная термоизоляция, заставляя подлегающую мантию нагреваться. В конечном итоге горячий материал мантии из-за своей плавучести начинает течь вверх в виде плюма или горячей точки; в результате вышележащая литосфера поднимается и растягивается. Появляются трещины, сопровождаемые вулканической деятельностью, и континент начинает распадаться. Доказательство таких процессов — повсеместное распространение вулканических пород, известных как «дайки», возраст которых соответствует времени распада суперконтинентов. Дайки — это узкие вертикальные пласты магмы, которые рассекают континентальную кору по трещинам. Эти трещины были путями для значительных потоков лавы (сейчас в основном их разрушила эрозия), которые хлынули на континент. Если Африка разделится на части вдоль Восточно-Африканского рифта, через десятки или сотни миллионов лет по краям образовавшихся после разлома континентов будут видны целые скопища даек.

Как бы ни распадались протерозойские суперконтиненты, и они, и меньшие массивы суши, образовавшиеся после распада, сильно отличались по внешнему виду от современных. Единственное сходство было в топографии — высокие горные хребты, плоские равнины и пустыни. Но там не было жизни. Высокое содержание углекислого газа в атмосфере создавало сильные кислотные осадки, и вместе с резким рельефом и отсутствием растительности это приводило к сильной эрозии поверхностных пород. Этот вывод надежно базируется на протерозойских осадочных породах, для которых характерны обширные толстые пласты кварцевого песчаника — признака континентальной эрозии.

В отличие от бесплодных материков протерозойские океаны изобиловали жизнью. Доминирующими формами были бактерии и археи — простые одноклеточные организмы, которые возникли, возможно, еще в катархее. Образованные ими строматолитовые структуры постоянно встречаются в протерозойских породах: они — эталонные окаменелости, практически символы той эпохи. Первые настоящие окаменелости эукариотов с клеточными ядрами и другими сложными структурами появляются примерно 1,8 миллиарда лет назад. (Как говорилось в главе 4, биомаркеры эукариотов обнаружены в более старых архейских породах, что заставляет предположить их более древнее происхождение). К концу протерозойского эона появилась целая экосистема более сложных многоклеточных животных, и почти одновременно сократилось количество строматолитов. Любопытно, что эволюция жизни в протерозое, циклы существования суперконтинентов и изменения климата и химического состава атмосферы могут быть связаны между собой.

Связь между жизнью и атмосферой (особенно содержанием в ней кислорода) понять легко. Повышение уровня кислорода в протерозое должно быть связано с эволюцией зеленых растений, которые производят атмосферный кислород с помощью фотосинтеза. Но какие свидетельства подтверждают связь между формированием и распадом суперконтинентов, временами Земли-снежка, составом атмосферы и эволюцией жизни?

Возможно, лучше всего ответить на этот вопрос, изучая в хронологическом порядке, как различные части системы под названием Земля взаимодействовали между собой во время протерозоя. Одновременность или почти одновременность не всегда означает взаимосвязь, но если геологическая летопись показывает, что основные изменения в разных частях системы происходили более или менее в одно и то же время, то разумно как минимум изучить возможность взаимной связи между ними. И если физика и химия, стоящие за такими изменениями, совместимы с этой идеей, то велика вероятность, что такая связь действительно обнаружится.

Я должен подчеркнуть, что по-прежнему существует неопределенность в отношении того, как именно развивалась история Земли в протерозое, особенно на начальных стадиях этого эона. В летописи горных пород имеются пробелы, а многие уцелевшие породы прошли через метаморфизмы. Излагаемый мною вариант будет пересматриваться, но при нынешних данных он правдоподобен. Для начала нужно снова вернуться к условиям, существовавшим в конце архейского эона — незадолго до начала протерозоя.