734 (692899), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Однако синтез недолговечных органических соединений — это не то же, что возникновение жизни. Следующими шагами должен быть рост больших молекул и затем нуклеиновых кислот, который в конечном итоге приведет к возникновению генетического механизма воспроизведения, так что клетки могут делиться и порождать новые клетки, подобные им самим.
Нельзя точно сказать, каков должен быть диапазон химических условий, необходимый для поддержания жизни. (Неопределенность может быть уменьшена в результате полета американских космических аппаратов, которые должны были опустить на поверхность Марса в 1976 г. сейчас известно только, что Земля поддерживает жизнь, и это обстоятельство обязано продолжительному существованию жидкой воды. В настоящее время Земля является единственной планетой, про которую известно, что она удовлетворяет этому условию. Постоянно обнаруживаемые следы жизни на Земле, относящиеся по крайней мере к последним 3,5 млрд. лет, показывают, что жидкая вода имелась в течение всего этого времени.
Когда возникла жизнь, она начала оказывать важное влияние на поверхность Земли и газовую оболочку, окружающую ее. В формации Биттер Спрингс, расположенной в центральной Австралии, которой немного меньше 1 млрд. лет, палеоботаники обнаружили клеточные морские водоросли, подобные по многим геометрическим характеристикам сине-зеленым водорослям. Современные сине-зеленые водоросли, как и все другие фото-синтезирующие растения, выделяют кислород. К концу протерозойской эры, которая лежит между архейским периодом и началом палеозойской эры, в атмосфере должно было накопиться достаточное количество кислорода для поддержания эволюции высших организмов. Они были многоклеточными, т. е. живыми организмами, имеющими много клеток с различающимися характеристиками. Оказывается, всем этим организмам необходимы по крайней мере небольшие количества свободного кислорода для их биохимических процессов.
Кислород не является единственным атмосферным газом, возникшим при наличии жизни. В незначительных количествах присутствует, например, метан. По-видимому, его источником первоначально являлись метанообра-зующие бактерии, выделяющие обильно «болотный газ». Атмосфера также включает в себя другие газы, которые являются скорее продуктами деятельности биосферы, чем более простых небиологических химических реакций.
Протерозойская эра была временем, когда мир был населен бактериями, морскими водорослями и другими примитивными одноклеточными организмами, которые, вероятно, существовали и на суше, и на море. Их влияние на процессы, происходящие на поверхности, видно на протерозойских породах. Наиболее характерно это для стро-матолитов—формаций горных пород, состоящих из известковых выделений нитевидных водорослей и осадочных пород, задержанных ими. Строматолиты в настоящее время обнаружены в таких местах, как Багамские и Бермудские острова, где известняки лежат внизу на абиссальных равнинах. Другое свидетельство протерозойской жизни обнаружено в нескольких угольных пластах, образованных массами пропитанных углеродом остатков водорослей.
Если бы наблюдатель посмотрел вниз на Землю с искусственного спутника в протерозойское время, он описал бы ее поверхность так же, как наблюдатель, находящийся в подобной ситуации, сделал бы сейчас. Только прибор для определения химического состава атмосферы смог бы обнаружить какие-то различия. Доказательством этого подобия служат протерозойские породы, которые принадлежат к тем же типам и имеют тот же состав, что и породы всех более поздних периодов.
К поздней протерозойской эпохе система Земля — Луна после изменений, имевших место в начальный период, превратилась в основном в ту систему, которую мы видим в настоящее время. Приливы должны были быть несколько выше, чем сейчас, но отличие было небольшим. Примерно в то время, когда Луна стала холодной, длительный нагрев и дифференциация верхней мантии Земли и коры привели к интенсивному захвату больших тел гранитных пород и к образованию опоясывающих горных цепей, источником которых, как предполагают, является тектоника плит.
Из анализа как протерозойских, так и более поздних пород получены данные о периодических изменениях знака магнитного поля Земли, происходивших в течение большей части ее истории. По мере того как нагретая порода остывает, она намагничивается в направлении магнитного поля Земли, и силовые линии вмораживаются, когда порода отвердевает. Кроме того, определенные осадочные породы, которые содержат намагниченные частицы, сохранили, направление поля тех времен, когда они отлагались. Причины перемен лежат в нестабильности движений в жидком ядре, которые генерируют магнитное поле Земли.
Палеомагнитные данные рассказывают также и о движении полюсов. Это не означает, что северный и южный полюсы движутся; наоборот, детали поверхности Земли сдвигаются относительно полюсов. Этот вывод, подкрепляемый палеомагнитными данными, основан на геологических записях древнего климата, таких, как угольные пласты в полярных районах и ледниковые отложения вблизи экватора.
Оказывается, что в протерозойское время около южного полюса находился большой континент, и основным процессом, определяющим палеогеогра-фию, был его дрейф.
Породы хранят свидетельства о периоде главной ледниковой эпохи, первой, существование которой твердо доказано. Эти свидетельства оказываются недостаточными для точного установления возраста этого ледникового периода. Неизвестно, имел ли он ту же длительность, что и недавние (плейстоценовые) ледниковые периоды, состоял ли он так же, как и они, из многих эпизодов, когда ледники наступали и отступали. Можно лишь предположить, что механизмы, подобные тем, что приняты для ледниковых периодов плейстоцена, являются общими: это движение континентальной массы, лежащей у одного из полюсов и ограничивающей способность океана и атмосферы распределять тепловую энергию равномерно по сфере. Для внешнего наблюдателя Земля в то время выглядела немного похожей на Марс, за исключением того, что на экваторе уже были океаны. Один из интересных вопросов относительно ледниковых эпох Земли состоит в следующем: почему на Земле установилось тепловое равновесие при такой температуре, которая достаточно низка для того, чтобы образовались большие полярные шапки, но слишком высока для полного замерзания всей поверхности ?
Точно так же, как история человечества сливается с его предысторией, последние 570 млн. лет истории Земли (начиная с палеозойской эры) связаны с 9/10 продолжительности ее предшествовавшей эволюции, которая долгое время оставалась тайной. Более столетия последние 570 млн. лет рассматривались как геологически «известный» период; поэтому его часто называли «фанерозойским», от греческого «phaneros» — открывать. Хотя первые геологи обнаружили, что некоторые докембрийские территории поддаются картированию обычными геологическими методами, не было ископаемых, имеющих достаточное сходство с формами, существующими в настоящее время; и это делало докемб-рийский период «немым». Стратиграфическая шкала времени — исключительно детальные и точные часы — основана на быстрых эволюционных изменениях высших форм жизни, свидетельства о которых сохранились в ископаемых остатках кораллов и тысяч других видов многоклеточных организмов:
Изучающие историю Земли не перестают удивляться исключительной скорости изменений в период существования многоклеточных. 3 или 4 млрд. лет, т. е. в течение почти всей истории, Земля была населена одноклеточной жизнью. После этого не более чем за несколько сотен миллионов лет появилось фантастическое разнообразие беспозвоночных организмов. Быстро возникли все основные типы животного мира, и скоро за ними последовали сосудистые растения и позвоночных. Было ли все это случайностью, результатом удачного расположения континентов и морей, игрой окружающей среды ? Или это было неизбежным следствием возникновения кислородной атмосферы Земли в результате фотосинтеза, производимого водорослями?' Наиболее вероятным сейчас кажется, что именно эволюция атмосферы в направлении к современному уровню содержания кислорода стимулировала биологическую приспособленность. Одним из проявлений такой приспособленности было появление раковины у животных, которая служила броней, защищающей мягкие ткани от хищников, и базой прикрепления мускулов. Раковины дают нам основу для понимания последующего направления эволюции планеты и ее обитателей. Результаты палео-биологических исследований, основанные на изучении только мягких частей организмов, дали бы слишком тусклые очертания прошлого.
Раковины—это больше, чем временные метки в истории: они вызвали важные изменения в динамике внешних слоев Земли, Океаны стали населять организмы, в состав которых входили карбонат кальция, фосфат кальция и окись кремния в огромных количествах. Их остатки отлагались в осадочных породах, превращаясь в конце концов в известняк, сланец и фосфатный известняк или фосфатную породу (главный источник сельскохозяйственных удобрений).
Более точные сведения, относящиеся уже к палеозойскому периоду, позволяют геологам проследить эффекты дрейфа континентов. В частности, можно более уверенно установить очертания древнего Атлантического океана, который лежал между Европейско-Африканской массой суши и Америкой, перед тем как во времена, близкие к палеозойской эре, образовался сверхконтинент Пангея. Образование Панеи было одним из редких, особых событий более поздней истории Земли, одним из важных возмущений более или менее гладко протекающей эволюции планеты.
Одним из главных последствий образования Пангеи было исчезновение сотен видов беспозвоночных и начало всеобъемлющих изменений в типах и относительной населенности различных видов животных и растений. Большая часть пространства, занятого мелкими отмелями, окружающими каждый континент, исчезла, когда континенты столкнулись, оставив только узкую полосу вокруг сверхконтинента. Отмели служили убежищами наиболее продуктивного биологического населения палеозойского мира. Географическое сжатие и совпадавшие с ним климатические изменения, включая оледенения тех частей, которые теперь являются Африкой, Австралией и Южной Америкой, были достаточны для исчезновения многих видов. Выжившие закладывали основы новых видов послепа-леозойского мира.
Пангея раскололась в триасовый период (самую раннюю часть мезозойской эры), и, если отметить это событие, а также последующее рождение современного Атлантического океана и дрейф континентов к их теперешнему положению, рассказ о физической эволюции Земли можно считать в основном законченным. Самые старые части океанского дна, которые сохранились в настоящее время, появились в эту эпоху, и так началась поддающаяся расшифровке история мировых океанов. Ее можно проследить по магнитным «полосам» и зонам разломов морского дна, образовавших хребты и трещины посреди океана.
Новые формы жизни, которые эволюционировали в первый период мезозойской эры, дали начало новому миру. Появились цветковые растения, и Земля заиграла красками цветов и листвы деревьев, травы и огромного количества кустарников и цветов. В морях появился новый вид фотосинте-зирующих водорослей—диатомеи; это одноклеточные организмы, покрытые тонкой оболочкой из окиси кремния. Диатомеи ответственны за большую часть первичной продукции фотосинтеза органического вещества в морях.
Примерно в то же самое время появились известковые фораминиферы. Это одноклеточные животные, которые обитают вне растений на поверхности моря. Их раковины, состоящие из карбоната кальция, постоянно опускались на дно океанов, являясь источником нового типа глубоководных отложений — фораминиферального ила. Остатки этих фораминифер дали сюжет своеобразного детективного рассказа: температуру древнего мира и, следовательно, климат оказалось возможным определить по изотопному составу и внешней форме раковин. И форма раковины, и относительное содержание в ней нормальных атомов кислорода (кислорода-16) и редкого тяжелого изотопа (кислорода-18) зависят от температуры воды, в которой жило животное. Измеренная таким образом температура океана позволила обнаружить важные климатические изменения в прошлом.
В течение большей части последних 50 млн. лет (т. е. большей части кайнозойской эры) температура поверхности Земли падала. Это остывание достигло кульминации в последние несколько миллионов лет и проявилось в повторяющихся оледенения. Самые современные из них стали свидетелями появления нового вида — человека и повлияли на его эволюцию. Достаточно продвинувшись в своей эволюции, человек в период первобытного состояния перемещался по мере того, как ледники покрыли большую часть Северной Европы, Азии и Северной Америки. В течение короткого 10000-летнего периода после того, как ледники отступили и заняли свое теперешнее положение полярных шапок (возможно, это было временное отступление), человек стал видом, который распространился и занял почти всю поверхность планеты и превратился в биологическую популяцию, способную глубоко повлиять на ход истории Земли как планеты. Только сейчас он стал отдавать себе отчет в том, что некоторые аспекты его деятельности могут изменить тонкую оболочку атмосферы, океанов и пресных вод, которые делают возможным его существование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
