Болота
Суша становится миром тропических болот. Болота Окефеноки (штат Джорджия, США), что в переводе с индейского означает «колышущаяся земля», считаются современным аналогом болот, которые существовали на Земле в ту эпоху.
Профессор Фредерик Рич (Fredrick Rich) из университета южной Джорджии – специалист по доисторическим болотам, как и его коллеги, верит, что это болото очень похоже на те, которые существовали повсюду около 300 млн лет назад – в каменноугольный период или карбон. По его словам, именно в это время впервые за всю историю нашей планеты на ее поверхности развивается обширный растительный покров. Растения достигали 20-30 м в высоту, росли плотными массивами, создавая влажный тропический климат. Здесь летают гигантские насекомые – меганевры (гигантские стрекозоподобные насекомые, жившие в каменноугольном периоде), ползают метровые многоножки. Гигантизм насекомых и животных в ту древнюю эпоху связывают с высокой концентрацией кислорода в атмосфере.
Тропические болота занимали большую часть материковой поверхности Земли в течение десятков миллионов лет. Свидетельства тому можно найти сегодня на всех современных континентах – в месторождениях угля. На суше останки растений превращались в уголь, а на мелководье в течение миллионов лет накапливались останки живых организмов. Они станут другим видом ископаемого топлива – нефтью и газом.
Возникновение Солнечной системы и особенности ее формирования
Зарождение Солнечной системы произошло в недрах гигантского газопылевого облака (рис. 1). По-видимому, «родам» способствовало участие некой сверхновой звезды, засеявшей облако короткоживущими изотопами. Продукты их распада позволяют расшифровать некоторые особенности становления планетной системы (включая Землю) на ранней стадии ее формирования.
Мы полагаем, что картина, представленная Батыгиным с коллегами, наиболее полно объясняет особенности ранних этапов развития Солнечной системы, в том числе разделение планет на две большие группы — каменные и газово-ледяные. Вполне понятны обоснования появления планет небольших масс во внутренней части Солнечной системы и их каменный облик. В значительной степени предложенная модель объяснила и смену галсов планет-гигантов. В то же время наши знания о рождении Солнечной системы еще очень скудны, и, очевидно, описанная картина будет модифицироваться по мере появления новых данных.
Историю формирования и развития Земли необходимо начинать практически с зарождения Солнечной системы, ранний этап которой характеризовался путешествием планет газовых гигантов к центру системы и обратно. Он-то во многом и определил особенности строения нашей планеты и ее дальнейшую геологическую историю.
Кембрийский взрыв
Несмотря ни на что, подо льдом планета остается горячей. Под одеялом льда продолжают жить вулканы. Накопившееся тепло приводит к тому, что со временем они начинают просыпаться один за другим. Но пока горные породы, впитывающие углекислый газ от вулканических извержений, все еще скрыты подо льдом, поэтому ничто не мешает ему накапливаться в атмосфере, удерживая солнечное тепло и постепенно плавя ледник. Таяние льда порождает трещины, изломы и неровности в земной коре, а значит, еще больше вулканов. Серией химических реакций таяние также высвобождает огромное количество кислорода, который был заключен во льду многие миллионы лет. А еще накопившееся тепло приводит к расколу Родинии. Это произошло около 750 млн лет назад.
Продолжительность суток уже равна примерно 22 часам. Концентрация кислорода в атмосфере достигла невиданных до того показателей. В этот момент, примерно 540 млн лет назад, происходит так называемый Кембрийский взрыв: словно ниоткуда в океане появляется великое множество видов сложных живых организмов.
Теория Кембрийского взрыва призвана объяснить внезапное появление окаменелостей животных на нижней границе кембрия и их отсутствие в более древних отложениях. Более поздние исследования, однако, показали, что многие сложные животные, сходные с современными видами, возникли задолго до начала кембрия. Тем не менее, подавляющая часть современных типов впервые появилась, похоже, именно в кембрии. Причем произошло это, видимо, действительно быстро. Увеличение размера живых существ и появление большого их разнообразия в числе прочего связано, вероятно, с повышением уровня кислорода.
Млекопитающие
50 млн лет назад. Планету все уверенней заселяют млекопитающие. На самом деле они появились еще во времена динозавров, но массовое их расселение по понятным причинам могло произойти только после исчезновения гигантских плотоядных. 47 млн лет назад – эволюция млекопитающих набирает обороты.
Продолжительность суток, между тем, уже почти равна 24 часам, температура около 24° С, уровень кислорода практически такой же, как сегодня.
Темные эоны
В результате столь мощного импакта произошло массовое плавление мантии Земли с образованием глубокого (до 700 км) магматического океана, эволюция которого способствовала вещественной дифференциации верхних оболочек планеты в гадейское время.
Пангея
Около 250 млн назад – суша вновь почти безжизненна. Прошло 50 млн лет, и материки опять соединяются, образовав единый континент – Пангею. Во время пермского вымирания погибло 70% всех видов наземных позвоночных, а это значит, что есть место для нового вида, который будет править на планете как никто другой – ни до, ни после него – динозавры. Считается, что эти «ужасные ящеры» произошли от небольшого количества рептилий, переживших пермское вымирание.
Пока они крепнут и развиваются, беспокойные плиты вновь разрывают Землю на части: 190 млн лет назад Пангея распадается. А 180 млн лет назад мир обретает привычные для нас формы, образуется Атлантический океан.
История Земли за полчаса
30 минут – примерно столько вы потратите на прочтение этого текста. Для вас пройдет всего полчаса, а для планеты Земля – это миллиарды лет.
Рождение Земли
Начнем с самого начала: 5 млрд лет назад. Но где же прекрасная голубая планета? Нашему взору предстает лишь только что родившееся Солнце, окруженное протопланетарной пылью. Промотав ленту времени немного вперед, мы заметим миллиарды кружащихся вокруг Солнца камней, которые путем аккреции стягивает вместе. Пройдут миллионы лет – и эти камни станут, по меньшей мере, сотней планет, вращающихся вокруг Солнца.
4 млрд 540 млн лет назад – Земля появляется на свет. Удивительно, но на заре времен «жизнь» на нашей планете больше похожа на ее конец – тот, каким видит его религия. Твердой «суши» почти нет. Вместо нее – огненное море расплавленной породы. Вместо воздуха – углекислый газ, азот, сера и водяной пар.
В свое время религиозные схоласты рассчитали, что возраст Земли – не менее 6 тыс. лет. Только к началу XIX века геологи начали догадываться, что наша планета – настоящая «старушка». В этом им помогла Южная Африка – в одном из ее районов сохранились останки древнейшей континентальной плиты. Ученые поняли – породы в этой местности очень древние.
Вооружившись данными о скорости остывания материалов, идеей о том, что Земля изначально была расплавленным шаром, и многими годами, потраченными на расчеты, британский физик и механик лорд Кельвин в XIX веке сделал вывод о том, что Земле, скорее всего, от 20 до 40 млн лет.
Это был большой прогресс. Но для геологов-практиков даже эта цифра показалась слишком маленькой. Неизвестно, как долго бы наука пребывала в сомнениях, если бы к молодому ученому Эрнесту Резерфорду не пришло понимание того, что внутри нашей планеты находятся радиоактивные элементы. Все они создают большое количество тепла. Это в корне подрывало расчеты Кельвина, ведь выяснилось, что Земля не остывала постепенно – наоборот, в ней сокрыты постоянные источники тепла. Но главное – распад радиоактивных элементов позволил рассчитать точный возраст Земли.
Рождение Луны
Прошло несколько миллионов лет (младенческий возраст по меркам планеты) после рождения Земли, а ее уже ждали совсем «не детские» испытания. Молодая планета под названием Тейя размером с Марс несется прямо на нас. Считается, что Тейя хоть и столкнулась с Землей, но, по счастью, прошла по касательной. Тем не менее, этого хватило, чтобы обе планеты стали напоминать жидкие шары: по Земле прокатывались настоящие волны породы, а в космос выбросило триллионы тонн обломков. В этой космической катастрофе Земля уцелела. И не только уцелела, но и обрела «украшение»: очень быстро сила тяжести нашей планеты превратила обломки, оставшиеся от катастрофы, в кольцо.
Из этого кольца постепенно формируется шар – Луна. Она гораздо ближе, чем та Луна, которую знаем мы. Сейчас она находится примерно в 400 тыс. км от нас, тогда же она была всего в 22 тыс. км. Можно только представить какой вид открывался с Земли по ночам! Увы, этими красотами не суждено было насладиться никому.
Метеориты атакуют
У Земли воистину было «трудное» детство. 3 млрд 900 млн лет назад ее бомбардируют обломки, оставшиеся от формирования Солнечной системы. Именно они, по мнению многих ученых, и принесут на планету воду. В каждом из них заключено крошечное количество воды, но они атакуют нашу планету более 20 млн лет. Поэтому Земля постепенно покрывается океанами. Когда в следующий раз вы будете утолять жажду прохладной живительной минералкой – вспомните, что каждой капле воды, каждой луже на Земле – миллиарды лет.
Ядро планеты остается расплавленным, а поверхность остыла до 70-80° C. Из-за очень быстрого вращения Земли (Солнце садится спустя всего 3 часа после рассвета!), на ней дуют страшные ветры. Их скорость превышает скорость самого разрушительного современного урагана. Гигантское притяжение близко расположенной Луны поднимает огромные волны, которые прокатываются по планете. Но со временем спутник отдаляется, волны успокаиваются, и Земля начинает вращаться медленнее.
Бактерии
3 млрд 800 млн лет назад – Земля полностью покрыта водой. Но если приглядеться – можно увидеть крошечные острова – это расплавленная горная порода, вулканами прорывающаяся через океан. Со временем такая лава остынет, образуя вулканические острова. Позже они соединятся, сформировав первые континенты. Впрочем, атмосфера по-прежнему токсична, стоит невыносимая жара – вряд ли нам понравилось бы проводить здесь отпуск.
Метеориты бомбят Землю с момента ее появления на свет, но 3 млрд 800 млн лет назад наступила еще более ожесточенная стадия. Видимо, что-то повредило орбиты этих метеоритов – они градом посыпались на Землю.
И все-таки наша планета страдала не зря – метеориты уже принесли сюда воду, но ученые считают, что в них было и еще кое-что – минералы, простейшие белки и аминокислоты. Сейчас, когда стихли ураганы, а Земля остыла, вероятно, пришло их время.
Жизнь на нашей планете появилась вблизи подводных горячих источников. На глубине, куда почти не проникают солнечные лучи, а температура опускается до отметки чуть выше ноля, подводные трубы извергают нечто похожее на сизый дым. На самом деле это не дым, а горячая жидкость. Морская вода даже на дне океана способна просачиваться еще дальше – через трещины в коре, по пути собирая газы и минералы. Вся эта подогретая смесь и выбрасывается назад в океан. Там ее уже поджидает «бульон» из минералов и химических веществ, оставленных метеоритами.
Из этой биохимии, по мнению многих исследователей, и появилась жизнь. В результате процессов, известных, как абиогенез все эти вещества соединились и образовали одноклеточные бактерии – самые ранние формы жизни на Земле. Есть, впрочем, предположения, что жизнь на нашей планете зарождалась бесчисленное количество раз, пока, наконец, не приобрела привычные для нас формы. Жизнь появилась. И что же? Проходят миллионы лет, но кардинально ничего не меняется – эволюция, похоже, не спешит порождать более сложные организмы.
Строматолиты
3 млрд 500 млн лет назад. Если мы посмотрим на мелководную зону океана, то увидим под водой нечто напоминающее камни. На самом деле это цианобактериальные сообщества, представляющие собой конгломераты живых бактерий. Останки этих матов называют строматолитами. Их питание происходит с помощью фотосинтеза, превращающего солнечный свет и воду в глюкозу – простую форму сахара. В ходе этого превращения высвобождается побочный продукт – кислород. Миллионы лет эти невзрачные «камни» творили чудеса, наполняя кислородом океаны и атмосферу. Если бы не они, то на Земле, вероятно, не существовало бы почти ничего живого, включая и нас с вами.
Родиния
1 млрд 500 млн лет назад – сутки длятся не менее 16 часов. И все же, прошло 3 млрд лет с момента появления планеты, а еще нет ни одного сложного организма.
Но земное ядро по-прежнему активно, оно горячее поверхности Солнца. Это тепло раскалывает земную кору, и она разделяется на огромные литосферные плиты. Они двигаются и тянут по всему миру океаны и острова, сталкивая их между собой. Так, 1 млрд 100 млн лет назад появляется суперконтинент – Родиния. Этот гигантский материк широко известен, но по мнению ученых, до него существовал также и самый первый гипотетический континент – Ваальбара, просуществовавший с 3,6 до 2,8 млрд лет назад, и сформировавшийся еще в Архее. Вторым гипотетическим единым материком был континент под названием Ур, образовавшийся 3 млрд лет назад. На нашей планете, возможно, существовало не менее шести суперконтинентов, но мы расскажем лишь о самых известных из них. Кстати, по многим прогнозам, в будущем – через 200-300 млн лет – все материки Земли вновь соединятся для того, чтобы снова образовать единый суперконтинент. Для него даже придумано название – Пангея Ультима («Последняя Пангея»).
«Земля-снежок»
Из-за большой геологической активности родилось огромное количество вулканов. Углекислый газ, который они выбрасывают, смешивается с водой и превращается в кислотный дождь. Горные породы впитывают его в себя, не давая ему накапливаться в атмосфере, сохраняя тепло. Сейчас этих горных пород намного больше, чем раньше: они обнажились из-за столкновения континентов. В то же время из-за естественных климатических флуктуаций и изменений в солнечной радиации Земля охлаждается. Количество парникового газа, попадаемого в атмосферу, не в состоянии удерживать тепло Солнца.
Возможно и то, что образование суперконтинента Родиния привело к блокированию экваториальных вод, несших теплые течения. Полярные регионы оледенели и стали отражать все больше солнечного света, что, в свою очередь, повлекло «расползание» льда на другие участки. Температура на поверхности Земли упала до -40 градусов. Лед сковал океаны на глубину более 1 км.
Наступил, возможно, один из самых длительных и холодных ледниковых периодов в истории Земли. Приверженцы этой теории называют его эпохой «Земли-снежка». Предполагается, что наша планета была полностью покрыта льдом в части криогенийского и эдиакарского периодов неопротерозойской эры, а, возможно, и в другие геологические эпохи.
Теория о существовании этого грандиозного ледниковья была создана для того, чтобы объяснить отложения ледниковых осадков в тропиках в период криогения (850-630 млн лет назад), а также другие странные черты геологии того же периода. Не все ученые, однако, принимают эту гипотезу, говоря о том, что столь грандиозное оледенение едва ли могло быть возможным, если учесть энергетический баланс и климатические модели глобальной циркуляции.
Жизнь на суше
750 млн лет назад сдвиг литосферных плит произошел снова. Родиния раскололась, образовав Гондвану и Лавразию. Температура – около 30° С, уровень кислорода приближается к современному. Но суша по-прежнему безжизненна, на ней почти ничего нет, кроме отдельных участков с водорослями.
Солнце продолжает разрушать поверхность Земли смертельно опасной радиацией. Однако примерно в 50 км над Землей, там, где лучи проникают в земную атмосферу, происходит нечто интересное: встречаясь с солнечной радиацией, кислород превращается в другой газ – озон. Постепенно он обволакивает всю планету, поглощая смертельную радиацию. Если бы не он, жизнь на суше просто не существовала бы. Спустя миллионы лет, озоновый слой становится толще, и суша покрывается зелеными комочками, напоминающими мох. Эта крошечная зелень, тем не менее, делает важную работу – она выбрасывает еще больше кислорода, уровень которого резко растет. Привлекательную для жизни сушу мало-помалу начинают обживать земноводные.
Профессор Фредерик Рич (Fredrick Rich) из университета южной Джорджии – специалист по доисторическим болотам, как и его коллеги, верит, что это болото очень похоже на те, которые существовали повсюду около 300 млн лет назад – в каменноугольный период или карбон. По его словам, именно в это время впервые за всю историю нашей планеты на ее поверхности развивается обширный растительный покров. Растения достигали 20-30 м в высоту, росли плотными массивами, создавая влажный тропический климат. Здесь летают гигантские насекомые – меганевры (гигантские стрекозоподобные насекомые, жившие в каменноугольном периоде), ползают метровые многоножки. Гигантизм насекомых и животных в ту древнюю эпоху связывают с высокой концентрацией кислорода в атмосфере.
Тропические болота занимали большую часть материковой поверхности Земли в течение десятков миллионов лет. Свидетельства тому можно найти сегодня на всех современных континентах – в месторождениях угля. На суше останки растений превращались в уголь, а на мелководье в течение миллионов лет накапливались останки живых организмов. Они станут другим видом ископаемого топлива – нефтью и газом.
Пермское вымирание
Примерно 250 млн лет назад. К тому моменту сушу уже населяют предки динозавров – горгонопсы и их добыча – скутозавры. Но участь их, как и 96% морских видов и 70% видов наземных позвоночных, предрешена. Около 252 млн лет назад начинается пермское вымирание – самое массовое вымирание всех времен, одно из пяти массовых вымираний, когда-либо происходивших на нашей планете.
Причины его доподлинно неизвестны до сих пор. Однако наиболее вероятной версией и одной из основных причин считается извержение сибирских траппов, происходившее именно в этот период. До сих пор неизвестно, что именно спровоцировало эти извержения. По всему миру воздух наполнен пеплом, который закрывает солнечный свет. Атмосфера наполняется токсинами и углекислым газом. Время от времени потоки горячей магмы выходят на поверхность. Это продолжается от 500 тыс. до 1 млн лет. Количество базальта, извергнувшегося из недр Земли за это время, хватило бы для того, чтобы похоронить США под почти 6-километровой толщей.
Около 250 млн назад – суша вновь почти безжизненна. Прошло 50 млн лет, и материки опять соединяются, образовав единый континент – Пангею. Во время пермского вымирания погибло 70% всех видов наземных позвоночных, а это значит, что есть место для нового вида, который будет править на планете как никто другой – ни до, ни после него – динозавры. Считается, что эти «ужасные ящеры» произошли от небольшого количества рептилий, переживших пермское вымирание.
Конец динозавров
65 млн лет назад. Кажется, что правящая династия под названием «динозавры» будет господствовать на планете вечно. Но если на Земле нет силы, способной разрушить эту монополию, она есть в космосе – к нам уже несется огромный астероид. Он летит к побережью полуострова Юкатан. Сегодняшний Мексиканский залив – не что иное, как кратер, образовавшийся от удара этого гиганта.
Это настоящий Апокалипсис для динозавров. Астероид разрушает все на многие тысячи километров, даже сам он мгновенно испаряется. Энергия, высвободившаяся при ударе, равна энергии взрыва миллионов атомных бомб. Осколки астероида и земной коры разлетаются за тысячи километров. Идут метеоритные дожди, от землетрясений земля ходит ходуном, на побережья обрушиваются цунами. Поверхность Земли нагревается, растительность самовоспламеняется. Дым и пепел в течение нескольких месяцев окутывают планету мощной пеленой, не пропуская солнечные лучи. Господство динозавров, длившееся 165 млн лет, подходит к концу. К счастью, это шанс для непритязательных в еде мелких зверьков, похожих на землеройку, – млекопитающих.
50 млн лет назад. Планету все уверенней заселяют млекопитающие. На самом деле они появились еще во времена динозавров, но массовое их расселение по понятным причинам могло произойти только после исчезновения гигантских плотоядных. 47 млн лет назад – эволюция млекопитающих набирает обороты.
Наши предки
При столкновении Индийской и Азиатской плит образуется огромная горная гряда – Гималаи. Раньше на этом месте бушевал океан.
4 млн лет назад. Вдоль Восточного побережья Африки между плитами, образующими земную кору, появляется огромная расселина. Она тянется почти на 6 тыс. км. По ее краю вырастают горы, которые не дают влаге из Индийского океана течь по земле. Становится жарче и суше – плодородный влажный лес Африки превращается в засушливую саванну. Одна из самых популярных версий гласит, что именно в связи с этим нашим предкам пришлось слезть с деревьев и, выпрямив спину, отправиться на поиски пропитания на двух ногах. Впрочем, есть и другие гипотезы о происхождении прямохождения, как правило, дополняющие ее множеством удивительных фактов.
Например, не так давно в Африке обнаружены останки очень древних гоминид, которые жили как раз тогда, когда произошло разделение линий, ведущих к шимпанзе и человеку. И что же? Выяснилось, что эти гоминиды, возможно, уже ходили на двух ногах – то есть до того, как их потомки слезли с деревьев.
Ходили они, конечно, не так уверенно, как мы, но факт остается фактом. А вот резкий скачок развития разумной деятельности человека начался всего примерно 10-12 тыс. лет назад – былинка, невероятно малая толика «секунды» на шкале времени, которая прошла с момента рождения нашей планеты. А ведь Земля, по оценкам многих специалистов, прошла лишь около половины своего жизненного пути. То ли еще будет.
