Геологическая летопись Земли
Всё, что было когда-то – бесследно ушло.
Нет, осталось – земля сохранила.
В пирамидах застыло живое тепло.
Города Атлантиды под толщами ила…
На большой глубине кости древних владык,
Что по суше стадами бродили.
А в алмазе горит Солнца юного лик,
И барханы пустынь караванов хранят могилы.
Память прошлых веков скрыла древние тайны
И пришельцев следы – чудеса на Земле.
Появление разума, может, случайно,
Но бутон первой жизни раскрылся в воде.
Александр Карташов
Геология – наука о строении и истории развития Земли. Основные объекты исследований – горные породы, в которых запечатлена геологическая летопись Земли, а также современные физические процессы и механизмы, действующие как на её поверхности, так и в недрах. (Энциклопедия Кольера).
В результате сгущения и уплотнения огромного пылевого облака началось образование Солнечной системы, примерно 5 млрд лет тому назад, планета Земля начала образовываться примерно в это же время. Геологи разделили время существования Земли на эры и периоды. В этой главе мы их рассмотрим.
Самая древняя эра – Катархей (от сотворения Земли, около 4,5 млрд лет назад, до 3,5 млрд лет назад). За это время, примерно 1 млрд лет, образовались: земная кора, атмосфера, океаны воды.
За тем идёт архейская эра (3,5—2,6 млрд лет назад).
Земная кора запечатлела длительную и сложную геологическую историю Земли. Древнейшие горные породы относятся к архейской эре. Они слагают фундамент всех континентов. Геологическая история начинается с архейской эры. О более ранних этапах развития Земли современное человечество представления практически не имеет.
Горные породы архейского возраста выходят на поверхность на Кольском полуострове, Украине, в Карелии, Восточной Сибири, осевой части Урала и в других местах. Нижняя граница архейских отложений не установлена.
В архейскую эру земная кора находилась в геосинклинальной стадии развития. Земля в то время представляла безбрежный океан, среди которого выступали гористые острова. Поверхность архейской суши напоминала безжизненную пустыню: ни одного растения, ни одного живого существа, только голые скалы, нагромождение щебня, песка и пыли. Примерно такой ландшафт я наблюдал в горном Алтае, в районе границы Монголии и России.
Горный Алтай, Монголия. Фото автора
Породы под действием сменяющихся жары и холода разрушались. Ветер переносил обломочный материал с места на место. Тонкие пылевые частицы поднимались в атмосферу.
Архейская эра – время появления жизни на Земле. Основой для возникновения живой клетки на нашей планете послужили органические углеродистые соединения. Колыбелью живой субстанции был океан, где из неживой возникла живая материя. Живые клетки возникла практически повсеместно и одномоментно, потому что на Земле появились условия, способствующее этому процессу. В воде океанов и атмосфере накопилось достаточное количество необходимых компонентов, создалось нужное давление, температура, космические излучения и пр.
В кремнистых сланцах Карелии и Кольского полуострова обнаружены древние микроорганизмы. Их возраст – 2—2,5 млрд лет, в Южной Африке 3—3,5 млрд лет.
Органическая жизнь в архейскую эру была представлена большим многообразием форм, преимущественно микроскопических, среди которых преобладали бактерии и водоросли.
Главные особенности. В архейскую эру появилась жизнь на Земле, широкое распространение получили микроскопические формы, среди которых преобладали бактерии и водоросли.
Протерозойская эра (2,6 млрд – 542 млн лет назад).
В протерозое появились большие участки суши – результат проявления древнейшей (протерозойской) складчатости: образовались древнейшие платформы. В конце протерозоя и начале палеозоя произошла байкальская складчатость.
Органический мир морей протерозоя был ещё не богат и примитивен. В отложениях этой эры в Карелии найдены остатки древнейших водных организмов – водорослей, медуз, кремниевых губок. В протерозое всё ещё были широко распространены водоросли и бактерии. Преобладали формы, лишённые твёрдого скелета. И только в конце протерозоя появились животные с твёрдым скелетом.
В Карелии обнаружены древнейшие вулканы протерозойского возраста. В Австралии, Северной Америке и в России, в районе Смоленска, найдены древнейшие ледниковые морены, что указывает на существование в конце протерозоя областей с холодным, умеренным и тёплым климатом, т. е. на достаточно ясную выраженность климатических поясов на Земле.
Интенсивное накопление жизненно необходимого нам кислорода в атмосфере началось около 2—2,5 млрд лет назад. Миллиард лет спустя количество его в атмосфере было небольшим – около 1% современного, но ещё через 300—400 млн лет его стало в 80 раз больше. Для многих живых существ тех отдаленных времён обилие кислорода в воздухе оказалось смертельным ядом. Произошло массовое вымирание живых организмов,
Миллиард лет тому назад выжившие же существа дали начало современным анаэробным организмам. Такие массовые вымирания случались на планете не один раз: кардинально менялись условия существования организмов, и они гибли
Главные особенности. В протерозойскую эру произошла древнейшая (протерозойская) складчатость, образовались древнейшие платформы. Органический мир протерозоя ещё не был богат и разнообразен; почти в течение всей эры преобладали формы, лишённые твёрдого скелета, но в конце её появились формы с твёрдым скелетом. В эдиакарский период (635—542 млн лет назад) впервые жизнь на Земле начала принимать более сложную форму. Крошечные бактерии развились в многоклеточные эукариоты, некоторые из которых сгруппировались вместе, чтобы увеличить свои шансы найти пищу и не стать пищей для других. Большинство из этих странных существ не оставили после себя следов, потому что у них не было скелетов.
Они были мягкими и, как правило, гнили, когда умирали, а не становились окаменелостями. Только в особых случаях ископаемые формы, такие, которые остались лежать на мягкой грязи, затвердели и оставили отпечаток. Эти немногие окаменелости говорят нам о множестве странных и чуждых существ, которые напоминали современные черви и губки. Тем не менее эти существа зависели от кислорода, как и мы. Уровень кислорода начал падать, и во всем мире произошло очередное массовое вымирание. Оно случилось 542 млн лет назад, в результате падения уровня кислорода во всем мире. Более 50% всех видов погибли.
Докембрий – объединенное название двух эр – архейской и протерозойской. Употребляется, если невозможно расчленить отложения этих двух эр. Продолжительность всего докембрия около 3 млрд лет. Это составляет 80—90% геологического времени существования Земли.
Учёные отодвинули дату выхода жизни на сушу на миллионы лет. Серьёзные споры развернулись вокруг окаменелых останков живых организмов, найденных в отложениях эдиакарского периода в Южной Австралии.
Они были впервые обнаружены ещё в 1868 году, но долгое время их относили к более позднему кембрию. Лишь в 1960 году удалось установить, что фауна, следы которой содержатся в недрах Эдиакарского горного хребта, относится к более древнему периоду, получившему своё название как раз в честь места обнаружения первых находок.
Позже окаменелости той же эпохи были найдены в Канаде, Англии и на севере России. Но у палеоботаника Грегори Реталлака из университета Орегона (University of Oregon) появились серьёзные сомнения – фауна ли это. Первоначально считалось, что останки принадлежат неким вымершим типам примитивных животных, обитавших в океане от 542 до 635 млн лет назад. Но эти существа совершенно не похожи ни на один известный науке вид.
Их родственников не удалось найти даже среди ископаемых кембрийского периода, который следовал сразу за эдиакарием. Учёные высказывали предположения, что это могут быть некие неизвестные формы грибов или водорослей. Но в любом случае все исследователи сходились на том, что кем бы ни являлись загадочные организмы, обитали они на дне океана. Все, кроме Грегори Реталлака.
Ещё в 1990 году Грегори выдвинул предположение, что следы принадлежат не морским животным, а наземным лишайникам. Это смелое заявление произвело в научной среде эффект разорвавшейся бомбы. Ведь оно требует полного пересмотра истории жизни на Земле.
Если версия американского учёного верна, живые организмы вышли на сушу гораздо раньше, чем принято считать, а следовательно, и примерную дату зарождения жизни необходимо сдвигать на десятки миллионов лет вглубь веков. Впрочем, на какое-то время страсти улеглись, и даже сам возмутитель спокойствия отказался от своей идеи. Но, как показывает время, это было лишь затишье перед бурей.
В своей статье, опубликованной в журнале Nature, Реталлак приводит новые доводы, доказывающие, что окаменелая порода Эдикарских гор представляет собой не океанические донные отложения, а древнюю почву.
Например, текстура пород, а также заострённые грани частиц указывают на то, что они подвергались воздействию ветра. Цвет и оттенок самих отложений, а также слоёв, находящихся под и над ними, свидетельствуют о том, что процессы выветривания происходили во время их формирования, а не спустя миллионы лет.
Как и следовало ожидать, исследование вызвало новый шквал критики. Большинство специалистов отказываются признавать доказательства Реталлака и утверждают, что могут привести множество встречных аргументов в пользу морского происхождения пород.
Также было высказано предположение, что следы эрозии действительно могли иметь место, но появились они из-за колебаний уровня океана во времена образования пород. В результате часть из них оказывалась на поверхности и подвергалась воздействию ветра.
Есть в научном сообществе исследователи, которые признают, что, несмотря на всю сенсационность выводов, отдельные положения новой работы заслуживают внимательного изучения.
Позволим себе заметить, что история знает много примеров, когда смелые гипотезы поначалу вызывали лишь смех и презрение, но со временем признавались официальной наукой. Остаётся надеяться, что последующие исследования прольют свет на загадку эдиакарских организмов.
Палеозойская эра (542—252 млн лет назад).
Палеозойская эра охватывает 6 периодов: кембрийский, ордовикский, силурийский – ранний палеозой – и девонский, каменноугольный и пермский – поздний палеозой.
Кембрийский период (542—486 млн лет назад.) продолжался примерно 56 млн лет, существовали: Североамериканская, Русская, Сибирская, Колымская и Китайская платформы, в южном полушарии – огромный материк Гондвана, который объединял современную Южную Америку, Африку, Австралию и Антарктиду.
Кроме того, сохранились и геосинклинальные области, существовавшие в конце протерозоя. Для начала кембрия характерно господство континентального режима, а в конце его произошло расширение моря.
Большая часть территории России в кембрийский период находилась под водой. Сушей оставалась лишь Европейская часть, за исключением Прибалтики, где также было море.
Растительный мир кембрия характеризуется многочисленными водорослями. В это время, вероятно, появились первые наземные растения – псилофиты. Они получили название от латинского слова «псилос» – голый, в связи с тем, что эти растения не имели ещё ни корней, ни листьев. Все функции организма выполнял стебель.
Органическая жизнь в кембрийский период в основном базировалась в морских бассейнах. В морях кембрия получили дальнейшее развитие беспозвоночные животные, появившиеся в протерозойскую эру. Наиболее широко были распространены трилобиты, брахиоподы и археоциаты. В конце кембрия археоциаты вымерли.
«Санитарами» кембрийских морей были трилобиты: они ползали по дну и поедали мелких животных и их остатки.
Другие обитатели кембрийских морей – плеченогие – вели прикрепленный образ жизни. Прикрепившись к скалистому морскому дну, жили «древние бокалы» – археоциаты.
В морях кембрия также обитали губки, черви, начали развиваться головоногие, пластинчатожаберные и брюхоногие моллюски, морские пузыри.
Главные особенности. В кембрийский период появилась первые наземные растения – псилофиты; в морях наиболее широко были распространены трилобиты, брахиоподы и археоциаты.
Во время кембрийского периода жизнь процветала. Жизнь оставалась практически неизменной на протяжении миллионов лет, но в кембрийский период вдруг начали появляться новые формы. Экзотические ракообразные и трилобиты стали доминирующей формой жизни в огромном количестве и разнообразии. Моллюски и гигантские водные членистоногие, похожие на насекомых, наполнили море. Эти существа имели жёсткий экзоскелет. Бурному развитию жизни способствовало накопление кислорода в атмосфере и воде в начале кембрия. Жизнь процветала до тех пор, пока более 40% всех видов внезапно не исчезли 488 млн лет назад. Те, что остались, подверглись трансформации из-за изменений в суровой окружающей среде. Что это были за изменения – мы не знаем. Одна теория говорит, что произошёл ледниковый период. Крайние перепады температуры могут легко привести к исчезновению огромного количества видов. Это событие ознаменовало исчезновение границ между кембрийским и ордовикским периодами.
Ордовикский период начался 486 млн лет назад и окончился 443 млн лет назад. Продолжался, таким образом, около 43 млн лет. В распределении платформ и геосинклинальных областей существенных изменений не произошло. Продолжалось расширение моря, морская трансгрессия в палеозое достигла первого максимума, и климат поэтому стал более ровным, тёплым, влажным. В отложениях ордовика встречается необычайно богатая морская фауна. В отложениях других периодов органические остатки в таком изобилии не обнаружены. Это указывает на наличие благоприятных условий для развития органической жизни. Атмосфера Земли насытилась кислородом, что дало толчок развитию кислорододышащих организмов, более прогрессивных по сравнению с анаэробными. В ордовикский период появляются новые группы морских животных. К ним относятся кораллы (трубчатые и четырёхлучевые), головоногие моллюски (наутилиды), граптолиты. Особенно широкое распространение в морях ордовика получили трилобиты, брахиоподы, граптолиты, кораллы. В ордовикский период достигли вершины своего развития морские пузыри, морские лилии, которые были украшением ордовикских морей, образуя красивые подводные заросли. Те и другие вели прикреплённый образ жизни. В водной среде выделялись прозрачные шляповидные и колоколообразные медузы с лентообразными щупальцами. Разбойничали в ордовикских морях хищные наутилиды, нередко достигавшие крупных размеров.
Трилобиты, защищаясь от них, приобрели способность свёртываться, чем они существенно стали отличаться от кембрийских трилобитов. Граптолиты в основном вели планктонный образ жизни, образуя кустообразные и лентовидные колонии или прикрепляясь к водорослям. Среди четырёхлучевых кораллов встречаются одиночные и колониальные формы. Трубчатые кораллы исключительно колониальные животные. Они образовали на дне морей живописные рифы. В конце ордовика появились первые рыбоподобные бесчелюстные водные позвоночные.
Из растений развиваются бактерии, водоросли, примитивные псилофиты.
Главные особенности. В ордовикский период морская трансгрессия достигла первого в палеозое максимума, произошло потепление климата. Необычайно пышно развилась органическая жизнь в морях; на это время приходится расцвет беспозвоночных. Доминируют ракоскорпионы, гигантостраки, группа вымерших водных членистоногих. Жили с ордовикского периода по пермский включительно. Тело более или менее веретеновидное, длиной 10—20 см (у некоторых до 1—1,8 м и более). Вероятно, обитали в пресных или солоноватоводных бассейнах. Хищники. Изучение ракоскорпионов важно для понимания эволюции членистоногих, так как, очевидно, от них в силуре произошли скорпионы, перешедшие из морской среды к обитанию на суше и положившие начало завоеванию суши членистоногими.
Жизнь стала процветать в очередной раз в течение ордовикского периода. Наутилоидеи (примитивные осьминоги), трилобиты, кораллы, морские звёзды, угри и челюстные рыбы заполнили море.
Уже в ордовикский период появился отряд эндоцерид, которые имели удлиненную прямую форму. Эти животные выглядели как огромные телеграфные столбы, и некоторые представители достигали действительно невероятных размеров. Так, камероцерас достигал 10 м в длину.
Однако охотиться и плавать при таком прямолинейном строении было весьма непросто, и вскоре им на смену пришли более мелкие, но маневренные родственники, умевшие нападать сверху. В том же ордовике появляются спиральные формы – первые предвестники аммонитов и наутилоидов.