Питер Уорд - Новая история происхождения жизни на Земле

Сильные выветривания зависят не только от температур. Быстрый подъем горной цепи может способствовать усилению эрозии кремниевых пород, и температура здесь роли не играет. Образование гор стимулирует быстрое выветривание таких элементов, а также уменьшение содержания углекислого газа в атмосфере — Земля быстро теряет тепло. Многие геологи уверены, что «скоростное» рождение таких массивных и неровных гор, как Гималаи, привело и к быстрому сокращению углекислоты, и в результате около 2,5 млн лет назад, в плейстоцене, начался ледниковый период [35] W. F. Ruddiman and J. E. Kutzbach, «Plateau Uplift and Climate Change,» Scientific American 264, no. 3 (1991): 66–74, and M. Kuhle, «The Pleistocene Glaciation of Tibet and the Onset of Ice Ages — An Autocycle Hypothesis,» Geojournal 17 (4) (1998): 581–95; M. Kuhle, «Tibet and High Asia: Results of the Sino-German Joint Expeditions (I),» Geojournal 17, no. 4 (1988). .

Третий фактор, влияющий на уровень химической эрозии, это тип и количество растительной жизни. «Высшие» (многоклеточные) растения весьма энергичны в деле физической эрозии различных пород и тем самым освобождают пространства и для химического выветривания. Стремительное увеличение растительного покрова или развитие нового типа растений с более глубокими корнями, как, например, у многих деревьев, приводит к тому же результату, что и быстрое возникновение горных массивов: выветривание усиливается, и мировые температуры падают. И наоборот: исчезновение растений — либо из-за массового вымирания, либо по причине человеческой деятельности — приводит к быстрому увеличению тепла в атмосфере.

Даже континентальный дрейф может повлиять на выветривание в мировом масштабе, а значит, и на климат всей планеты. Поскольку выветривание идет быстрее при более высоких температурах, даже в середине очень холодного периода мир станет еще холоднее, если континенты перемещаются от экватора к более высоким широтам.

Химическое выветривание очень медленно проходит в Арктике и Антарктике, а на экваторе — быстро. Перемещение континентов к экватору окажет влияние и на мировой температурный режим. Также многое зависит и от расположения континентов относительно друг друга. Никакие объемы химического выветривания не окажут влияния на температуру планеты, если в океан не попадет достаточное количество минералов и пород, из которых создаются скелеты-основы. Чтобы они достигли моря, нужна текучая вода, но если все континенты сошлись воедино, как это было 300 млн лет назад во время формирования Пангеи, огромные территории суперконтинента будут лишены дождей и рек, которые впадают в океан. Сколько угодно двууглекислых соединений, растворенного кальция и кремниевых материалов может образовываться в центре гигантских материков, но большая их часть никогда не попадет в Мировой океан.

Рано или поздно без дождей выветривание замедлится даже при высоких температурах, и цикличность процессов не сработает так, как это было бы при разделенных континентах. Из-за слияния материков общая длина побережий будет намного меньше, а это коренным образом скажется на климате, ведь многие приморские области и прочие влажные места окажутся далеко от воды. Пустыни и арктические регионы демонстрируют низкий уровень выветривания и, таким образом, способствуют общемировому потеплению, поскольку атмосферный углекислый газ поглощается слабее.

Возможно, наибольшее по важности физическое влияние, помимо температурных режимов, на развитие жизни на Земле имели изменения в объемах углекислого газа (для растений) и кислорода (для животных организмов). Относительные количества и углекислоты и кислорода в земной атмосфере определялись и продолжают определяться широким спектром физических и биологических процессов, и для многих людей является большим откровением то, что уровень обоих газов значительно сместился буквально недавно (с точки зрения геологического времени). Но почему же соотношение этих газов вообще меняется? Основными причинами являются множественные химические реакции, в которых участвует все богатство элементов земной коры, включая углерод, серу и железо. Эти химические реакции бывают как окислительными, так и восстановительными. В каждом случае свободный кислород O 2соединяется с молекулами, содержащими углерод, серу или железо, возникают новые химические соединения, и кислород уходит из атмосферы на «хранение» в форме новых веществ. Кислород высвобождается и попадает обратно в атмосферу посредством других — восстановительных — реакций. Это, например, то, что происходит при фотосинтезе, когда растения выделяют свободный кислород как побочный продукт восстановления углекислого газа в цепи промежуточных реакций.

Было уже много моделей, специально разработанных для того, чтобы показать, как менялся в прошлом уровень углекислого газа и кислорода, в том числе с помощью ряда уравнений, известных как модель GEOCARB — самая ранняя из всех и наиболее подробная [36] Биография и работы Роберта Бернера: R. A. Berner, «A New Look at the Long Term Carbon Cycle,» GSA Today 9, no. 11 (1999): 1–6; R. A. Berner, «Modeling Atmospheric Oxygen over Phanerozoic Time,» Geochimica et Cosmochimica Acta 65 (2001): 685–94; R. A. Berner, The Phanerozoic Carbon Cycle (Oxford: Oxford University Press, 2004), 150.; R. A. Berner, «The Carbon and Sulfur Cycles and Atmospheric Oxygen from Middle Permian to Middle Triassic,» Geochimica et Cosmochimica Acta 69, no. 13 (2005): 3211–17; R. A. Berner, «GEOCARBSULF: A Combined Model for Phanerozoic Atmospheric Oxygen and Carbon Dioxide,» Geochimica et Cosmochimica Acta 70 (2006): 5653–5664; R. A. Berner and Z. Kothavala, «GEOCARB III: A Revised Model of Atmospheric Carbon Dioxide over Phanerozoic Time,» American Journal of Science 301, no. 2 (2001): 182–204. . Эта модель, используемая для вычисления уровня углерода, была выведена Робертом Бернером из Йельского университета. К модели GEOCARB Бернером и его учениками были дополнительно разработаны несколько других отдельных моделей — для вычислений уровня кислорода. Вместе эти модели показывают основные тенденции изменений уровней углекислого газа и кислорода во времени. Эти разработки являются одним из величайших триумфов научного метода познания. Понимание увеличения и уменьшения со временем уровней упомянутых газов есть одно из наиболее важных для изучения развития жизни на Земле открытий последнего времени.

Некоторые считают, что четыре миллиарда лет назад условия и состав элементов на планете были подходящими для возникновения жизни. Но быть подходящей для обитания не означает стать обитаемой. Формирование жизни из неживых элементов, что будет темой следующей главы, кажется нам самым сложным химическим экспериментом, который когда-либо проводился. Суждения астробиологов позволяют думать, будто жизнь на Земле получилась «легко», однако при более внимательном рассмотрении все получается совсем наоборот.