Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Я уже несколько раз упоминал, что геологическая летопись не является непрерывной, но это стоит лишний раз подчеркнуть. Например, напоминающие торт слои, которые можно увидеть на стенах Большого каньона, охватывают в общей сложности более полутора миллиардов лет, однако есть сотни миллионов «недостающих» лет — их не представляют вообще никакие породы. Тот факт, что самым старым породам, свидетельствующим о гуронском оледенении, 2,45 миллиарда лет, а самым молодым — 2,22 миллиарда, не означает, что оледенения не было чуть раньше или чуть позже этого промежутка времени. Точное время кислородной катастрофы тоже неясно. Почти все породы старше 2,45 миллиарда лет демонстрируют, что кислорода в атмосфере нет, в то время как породы моложе 2,32 миллиарда лет указывают, что атмосфера насыщена кислородом; однако пропуски в геологической летописи снова не дают возможности установить точное время этой трансформации. И все равно даже по геологическим совпадениям перекрытие по времени между кислородной катастрофой и гуронским оледенением поражает: уровень кислорода повысился, и Земля замерзла. Возможно, все было наоборот: датировка недостаточно точна, чтобы сказать это. Однако разумно предположить, что сначала появился кислород: он снизил концентрацию метана, что ослабило парниковый эффект и подтолкнуло Землю к ледниковому периоду.

Имеются также косвенные доказательства, связывающие парниковые газы, кислородную катастрофу, гуронское оледенение и образование континентов. Одна из причин того, что границу между археем и протерозоем установили на моменте в 2,5 миллиарда лет назад, заключается в том, что геологи обнаружили незначительные изменения в природе пород земной коры, сформировавшихся до и после этого момента. Эти изменения были не мгновенными даже в геологическом смысле, но важнейшее обстоятельство состоит в том, что судя по минеральному составу архейских осадочных пород, многие из них образовались в результате выветривания базальта, в то время как осадочные породы протерозоя, скорее всего, были продуктом выветривания гранитоподобных пород. Это не означает, что гранитная кора не существовала до 2,5 миллиарда лет назад: мы уже встречались с доказательствами того, что субдукция или подобные ей процессы формировали гранитные породы гораздо раньше. Однако такие данные осадочных пород показывают, что континентальная кора, похожая на сегодняшнюю, стала доминирующим источником отложений только в протерозое. Это может отражать важнейший постепенный сдвиг в способе образования коры — от преимущественно базальтового вулканизма (например, в Исландии и на Гавайях) к процессам, которые привели к стабилизации континентов гранитного состава посредством вулканизма в зонах субдукции. Это отразилось на содержании парниковых газов в атмосфере в ту эпоху.

Почему так должно быть? Базальт — это характерная магма, сформировавшаяся при плавлении мантии; он несет с собой растворенный метан и углекислый газ из недр Земли, которые выбрасываются в атмосферу. С другой стороны, процессы, которые образуют континентальную кору гранитного состава, более сложны, как уже упоминалось ранее; в целом они переносят на поверхность гораздо меньше этих газов. Поэтому понижение базальтового вулканизма (даже если оно сопровождается повышением вулканизма в зоне субдукции) приводит к уменьшению уровня парниковых газов в атмосфере. Это также может частично объяснить повышение содержания кислорода, поскольку из-за меньшего количества метана на реакцию с ним уйдет меньшее количество кислорода, произведенного посредством фотосинтеза. Итоговым результатом могут оказаться пониженные температуры — возможно, достаточно низкие, чтобы привести к гуронскому оледенению.

Создание континентов, оледенение и биологическая эволюция могут связываться и другими способами. По мере того как материки увеличивались в размере и количестве и начинали выдерживать более резкие формы рельефа, усиливались и эрозия, и химическое выветривание поверхностных пород. На длительных промежутках времени химическое выветривание — основной процесс удаления углекислого газа из атмосферы: он растворяется в дождевой воде с образованием угольной кислоты^[47], которая разрушает и растворяет горные породы; затем реки и ручьи переносят его вместе с растворенными веществами в океан, и он более или менее постоянно сохраняется на дне океана в качестве компонента осадочных пород (рисунок 25). Таким образом, формирование континентов, особенно гор в районах субдукции, возможно, понижало количество углекислого газа в атмосфере и инициировало похолодание. Кроме того, материалы усилившегося выветривания содержали большое количество важных веществ — например, фосфора и железа. Попав в океан, эти вещества могли стимулировать распространение жизни и сыграть определенную роль в эволюции фотосинтезирующих цианобактерий и последующем насыщении атмосферы кислородом.