Глава 12. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ (1119274), страница 3
Текст из файла (страница 3)
4.3) с высокойконцентрацией в нем металлического железа. Поэтому масса железа, поступавшего в351раннем протерозое через рифтовые зоны Земли в океаны, значительно превосходилавозможную генерацию кислорода в биосфере раннего протерозоя. Отсюда следует, что ватмосфере раннего протерозоя было исключительно мало кислорода, скорее всего невыше 10–6 атм, а во время массового отложения джеспилитов, около 2,2–2,0 млрд летназад, и того ниже (вероятно, около 10–8–10–9 атм), но в отличие от архейской атмосферыв ней уже было не более нескольких мбар углекислого газа. Это позволяет предположить,что именно в эпохи массового отложения железорудных формаций, вероятно, появились ижелезобактерии, потребляющие кислород благодаря восстановлению трехвалентногожелеза до фазы магнетита.
Недавно существование таких архиобактерий было доказаноэкспериментально (Слоботкин и др., 1995; Zavarzin, 1996). Не исключено, что дефициткислорода мог активизировать и симбиотические процессы в жизни простейших бактерий,образование в них метахондрий и клеточных ядер, послуживших позже основойпоявления эвкариотных форм жизни.Таким образом, атмосфера Земли в раннем протерозое, около 2,5–2,0 млрд летназад, в основном состояла только из азота, лишь с небольшими добавками водяного пара,аргона и углекислого газа.Такие резкие изменения условий обитания не могли не сказаться на биоте тоговремени.
Сообщество термофильных прокариот должно было уступить место болеехолодолюбивым бактериям и микроводорослям. С этими событиями в биоте океанов быласвязана еще одна революционная перестройка: уже в начале раннего протерозоя широкораспространились фотосинтезирующие микроорганизмы − сине-зеленые водоросли ипроизошел резкий в геологической истории рост обилия строматолитов (Семихатов и др.,1999), пришедшийся на эпоху массового отложения железорудных формаций (рис. 12.1 и11.8).Рис. 12.1. Гистограммы изменения количества строматолитовых формаций в архее (А) и протерозое (Б), поМ.А.
Семихатову и его коллегам (1999): N – количество свит (формаций) со строматолитами. При сравненииприведенных гистограмм необходимо учитывать, что архейские строматолиты по массе значительноуступают раннепротерозойским (палеопротерозойским по терминологии М.А. Семихатова)В начале раннего протерозоя в интервале возрастов 2,6 и 2,5 млрд лет, но уже послевозникновения серпентинитового слоя океанической коры, когда резко падалаконцентрация углекислого газа в атмосфере, а в гидросферу поступали огромные массымагнезиально-кальциевых карбонатов, возникавших по реакциям (10.1) и (10.2), должныбыли образоваться мощнейшие толщи хемогенных и органогенных доломитов.
Идействительно, в это время отложились мощные карбонатные толщи (до 500–1700 м)серии Уален Мичигана в Северной Америке и серии Трансвааль в Южной Африке сприуроченными к ним строматолитами (на гистограмме М.А. Семихатова они почему-тоотнесены к концу архея). По насыщенности строматолитами уаленские и трансваальскиедоломиты не уступают более молодым раннепротерозойским образованиям, а вТрансваале эти толщи перекрываются свитой Грикватаун с ледниковыми отложениямиуже явно раннепротерозойского возраста (Чумаков, 1978).352В среднем протерозое, т.е. после окончания эпохи массового отложенияжелезорудных формаций раннего протерозоя (после 2,0–1,8 млрд лет назад), в земнойатмосфере происходит некоторое повышение парциального давления кислорода.
Врезультате бурно развиваются многие виды одноклеточных бактерий и водорослей (рис.12.2) и, вероятно, появляются первые эвкариотные одноклеточные организмы,образовавшиеся вероятнее всего благодаря эндосимбиозу прокариотных бактерий.Метаболизм эвкариотных микроорганизмов уже был связан с поглощением небольшихколичеств кислорода, поэтому они могли широко распространиться только послеповышения парциального давления этого газа в атмосфере Земли до уровня порядка 10–3от его современного значения (точка Юри). Поэтому на рубеже среднего и позднегопротерозоя началась следующая глубокая перестройка трофической структуры океана,связанная с бурным распространением эвкариотных организмом и фитопланктона.Не исключено, что в среднем протерозое произошло и заселение сушибактериальной флорой, о чем, в частности, могут свидетельствовать впервые появившиесятогда красноцветные коры выветривания (Анатольева, 1978). В этой связи необходимоотметить, что связывание азота в органическом веществе таких бактерий и дальнейшеезахоронение соединений азота в осадочных толщах должно было приводить кпостепенному снижению общего давления земной атмосферы.
Следствием такогоснижения атмосферного давления стало постепенное похолодание климата в концепротерозоя (см. раздел 10.5). В результате этого, а также благодаря дрейфу частиконтинентов Гондваны и Лавразии в высокие широты (см. рис. 8.8) в позднем рифее–венде, а также в раннем и среднем палеозое (см. рис. 8.9) наблюдалась новая эпохаоледенений.Рис. 12.2. Схема распределения остатков основных типов микрофоссилий в архее и раннем протерозое, поМ.А.
Семихатову и его коллегам (1999). В архее были распространены в основном одиночные сферическиеи нитчатые нанобактерии (1, 2), трихомы (3) и, возможно, нити цианобактерий (4). Разнообразиераннепротерозойских микрофоссилий простирается от цианобактерий (5–7), коккоидных форм (8, 9),трихом (10) до отпечатков крупных морфологически сложных (11–17) спиральных (18), лентовидных (19),круглых и сферических (20) формПереход атмосферы на рубеже архея и протерозоя от химически активногоуглекислотного состава к нейтральному, безусловно, должен был сказаться и наорганизации земной жизни.
По-видимому, с этим следует связывать появление впротерозое принципиально новых форм эвкариотных одноклеточных организмов иводорослей с четко обособленным ядром и другими органами. Отсюда видно, что ивторой крупный тектоно-геохимический рубеж докембрия, радикально изменивший всюгеодинамику Земли, одновременно столь же резко изменил экологическую обстановку на353Земле и предопределил появление более совершенных эвкариотных форм земной жизни.Это, а также последующее развитие биоминерализации, рост биологическойпродуктивности и прогрессирующая колонизация бентали повлекли за собойсущественные изменения в характере седиментогенеза.М.А.
Семихатов и его коллеги (1999) обращают внимание, что на период расцветастроматолитов в Ятулийское время раннего протерозоя (2,3–2,06 млрд лет назад)приходится крупная положительная аномалия изотопного состава карбонатного углерода(δ13C до +12…+15 ‰ PDB). Авторы этой статьи считают, что ведущим факторомпоявления крупнейшей в истории Земли ятулийской положительной изотопной аномалиикарбонатного углерода была уникальная по масштабам экспансия цианобактериальныхэкосистем, запечатленная в строматолитовой летописи.Наверное, это так.
Однако напрашивается вопрос почему такой расцветбиопродуктивности приходится именно на период массового отложения железорудныхформаций, когда парциальное давление кислорода должно было быть минимальным завсю историю развития жизни на Земле? Вероятно, это связано с тем, что цианобактериимогут успешно жить и развиваться в совершенно бескислородной среде.
Но в раннемпротерозое, одновременно с выносом окислов железа из рифтовых зон происходила иобильная генерация метана по реакциям типа (9.13). При этом, несмотря на достаточнонизкое давление углекислого газа в атмосфере раннего протерозоя, его дегазация измантии тогда была приблизительно в три раза выше, чем сейчас (см. рис. 10.2). Отсюдаследует, что во время отложения раннепротерозойских железорудных формаций скоростьгенерации абиогенного метана так же была, по меньшей мере в три раза вышесовременной, а по нашим оценкам (Сорохтин, Леин, Баланюк, 2001), она достигает 10 млнт/год (при скорости дегазации ювенильного СО2 около 32 млн т/год). В бескислороднойсреде раннего протерозоя этот метан не окислялся, а почти целиком расходовался напитание метанпотребляющих бактерий, что, вероятно, и предопределило расцветстроматолитов.
С другой стороны, благодаря изотопному фракционированию углерода вобменных реакциях углекислого газа с метаном (см. реакцию 9.17):12СО2 + 13СН4 → 13СО2 + 12СН4метан всегда обогащается легким изотопом углерода, а остающийся углекислый газ,который затем переходил в карбонаты, наоборот, становится изотопно более тяжелым. Сэтим связано возникновение отрицательных изотопных аномалий органического углеродаδ13Cорг во время отложения железорудных формаций конца архея и в раннем протерозое(см. рис.
11.8). Это явление, вероятно, также могло стать одной из главных причинвозникновения ятулийской положительной аномалии изотопного состава карбонатногоуглерода в раннем протерозое δ13Cкарб, достигавшей +12…+15‰ (Семихатов и др., 1999).В дальнейшем после окончания эпохи железорудного накопления и последовавшего заэтим некоторого повышения парциального давления кислорода в атмосфере, большаячасть метана стала им окисляться по реакции СН4 +2О2 →СО2 +2Н2О, а “легкий” углеродметана стал возвращаться в его карбонатный резервуар.
В результате роль реакции (9.17) всреднем протерозое заметно снизилась, что и привело к исчезновению положительнойизотопной аномалии углерода.Суммарная биомасса фитопланктона, генерирующего кислород в океане,определяется количеством растворенных в его водах соединений фосфора (Шопф, 1982),но его концентрация в океанских водах всегда оставалась равновесной по отношению кбазальтам океанской коры и близкой к современной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
