Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Ржавчина являлась лишь самым наглядным из многих глубоких минералогических изменений. Наша последняя химическая модель предполагает, что Великое кислородное событие привело к рождению по меньшей мере трех тысяч видов полезных ископаемых, раньше не существовавших в Солнечной системе. Сотни новых химических соединений урана, никеля, меди, марганца и ртути появились только после того, как живые клетки научились производить кислород. Многие из кристаллов, хранящихся в музеях: голубовато-зеленые медные минералы, пурпурные разновидности кобальтовых, желто-оранжевые урановые руды и многие другие – красноречиво свидетельствуют об активности живой материи на планете. Эти новоиспеченные минералы вряд ли смогли бы образоваться в лишенной кислорода среде, так что именно жизнь, прямо или косвенно, стала причиной появления большей части из известных на Земле 4500 минералов. Стоит отметить, что, в свою очередь, новые минералы снабжали живое вещество новой средой обитания и новыми источниками химической энергии, так что жизнь на Земле развивалась в тесной взаимосвязи с минералами и горными породами.

В этой сложной истории важнейшую роль играет поразительно склонный к трансформациям кислород. Алчущие электронов, атомы кислорода охотно вступают в реакцию со всеми видами минералов, выветривая камни и формируя плодородные почвы. Когда более 2 млрд лет назад содержание кислорода в атмосфере впервые достигло значительного уровня, все формы жизни, способные к фотосинтезу, обитали в океанах. Суша была абсолютно безжизненна. Но кислород открыл путь для распространения живых клеток по всей планете.

Сегодня мы находимся в непосредственном контакте с кислородом. С каждым вдохом и выдохом порция воздуха становится частицей нас, а частица нас в свою очередь становится воздухом. День за днем наши тела таят и возрождаются в постоянных химических реакциях с участием кислорода и других жизненно важных элементов. Наши ткани постоянно обновляются в течение жизни, а Земля становится последним прибежищем атомов, циркулирующих в воздухе, воде, почве и во всех формах жизни. Большинство атомов, составлявших ваше тело при рождении, впоследствии рассеивается, и атомы, составляющие ваше тело в настоящий момент, ждет та же участь, если вам повезет и вы еще поживете на родной, богатой кислородом планете.

Минеральная революция

Возраст Земли: от 2,7 до 3,7 млрд лет

Австралийский геолог Роджер Бьюик, движущая сила сообщества исследователей ранней истории Земли, однажды описал период между палеопротерозойский эпохой (отмеченной Великим кислородным событием) и неопротерозойской эпохой (время господства ледников, распространившихся по всей планете и обусловивших любопытные направления в развитии жизни) в следующем категорическом выражении: «Мезопротерозойская эпоха – скучнейшее время в истории Земли».

Это, на первый взгляд, ничем не примечательное время, от 1,85 млрд до 800 млн лет назад, и является предметом рассмотрения в настоящей главе. Внушительный промежуток времени, именуемый промежуточным периодом (или более саркастически настроенными учеными-острословами – скучным миллиардом), вроде бы выглядит как эпоха относительного биологического и геологического застоя. Никаких явных драматических преобразований не происходит. Никаких заметных изменений в характере горных пород, крупных потрясений или перепадов климата. Граница между подвергшимися окислению поверхностными слоями океана и бескислородными придонными зонами постепенно опускается все глубже, но принципиально новых форм жизни вроде бы не возникает; не появляется, по всеобщему убеждению, и новых типов ископаемых или разновидностей минералов. По крайней мере такова общепринятая точка зрения.

Но я бы не рискнул называть это время скучным. Однажды я уже совершил ошибку, назвав скучными липиды – богатый и разнообразный класс живых молекул, включающих жиры, жироподобные вещества и воски. Это замечание, сделанное во время лекции и отражающее мою неграмотность в области химической природы липидов, оказалось вдвойне ошибочным. Во-первых, липиды – удивительно разнообразный класс органических соединений. Они играют интересные роли в регулировании химических реакций в живом веществе и в выстраивании его сложнейших наноструктур. Липиды разделяют внутреннюю и внешнюю сторону большинства живых молекул. Без них жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не могла бы существовать. Во-вторых, я совершил ошибку, неосмотрительно высказавшись подобным образом в присутствии внимательного химика, дамы без малейшего чувства юмора, чья научная карьера была построена как раз на исследовании липидов. Она совершенно справедливо сделала мне выговор, а затем обрушила на меня гору специальной литературы, дабы восполнить пробел в моем образовании. Во искупление вины я был вынужден прочитать все эти многословные (и очень скучные) труды.

Дело в том, что скука вызывается скорее нашим беспредельным невежеством, чем природной тупостью. Скучный миллиард в истории Земли можно уподобить тому периоду человеческой цивилизации, который называют Темными веками, или ранним Средневековьем, – весьма динамичному времени великих перемен и экспериментов, неумолимых и необратимых изменений, открывших путь к современному миру, но некогда полностью игнорируемых учеными. Наше невежество способно укореняться в нас самих. Честолюбивые молодые ученые, жаждущие утвердиться в науке в короткий промежуток времени между студенческой скамьей и получением докторской степени, вряд ли предпочтут в качестве предмета исследования геологическую эпоху, в течение которой, по всеобщему мнению, ничего особенного не происходило.

Однако геологические пласты того загадочного времени могут преподнести немало сюрпризов проницательному исследователю. Разгадки удивительных трансформаций кроются глубоко в недрах Земли, о которых мы еще так мало знаем. Именно тогда, по-видимому, сформировались некоторые из наиболее ценных пород полезных ископаемых – обширные месторождения свинца, цинка и серебра в Замбии и Ботсване (Африка) на пространстве от Невады до Британской Колумбии (Северная Америка), в Чехии и Австралии. В это же время возникли запасы и таких редких минералов, как бериллий, бор и уран. Появляется все больше данных, подтверждающих, что земные материки именно в течение этого «скучного» миллиарда лет вначале соединились в единственный гигантский континент, потом снова распались и вновь соединились в величественном цикле формирования земной поверхности. Именно за время этого миллиарда лет на мелководье и в прибрежных зонах скопилось огромное количество микроорганизмов – сегодня мы можем лицезреть их в виде хорошо сохранившихся окаменелостей. Иными словами, о «темных веках» Земли мы можем узнать много нового и интересного.