Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Хотя Великое кислородное событие привело к кардинальному разрушению устоявшегося геохимического порядка, с точки зрения фактического масштаба оно было не таким уж великим, как предполагает его название. Некоторые металлические элементы-примеси в полосчатых железистых формациях, такие как хром, имеют стабильные изотопы, очень чувствительные к уровню кислорода — как своего рода докембрийские канарейки {9} 9 Для обнаружения в шахтах рудничного газа в качестве газоанализаторов в Британии перед Первой мировой войной начали использовать канареек. Эти птицы очень чувствительны к газам, в том числе метану и угарному газу, и гибнут даже от незначительной примеси их в воздухе. Сейчас птичек в шахты уже не берут, но детекторы угарного газа в шахтах до сих пор называют «канарейками». — Прим. ред . в неких вневременных угольных шахтах. Так вот, соотношения этих изотопов предполагают, что в раннем протерозое концентрация кислорода в атмосфере составляла лишь небольшую долю — менее 0,1 % — от современного уровня (сейчас на кислород приходится 21 % объема атмосферы) [73] Lyons, T., Reinhard, C., and Planavsky, N., 2014. The rise of oxygen in Earth'searly ocean and atmosphere. Nature , 307, 506–511. doi:10.1038/nature13068 . Нам, существам, живущим в фанерозое, этот мир вряд ли показался бы гостеприимным. Однако с точки зрения химических возможностей переломной является разница между отсутствием свободного кислорода и его присутствием даже в малом количестве, а не разница между «немного» и «немного больше».

После потрясений Кислородной катастрофы атмосфера Земли, судя по имеющимся у нас данным, вступила в длительный период геохимической стабильности. Хотя основной этап осаждения железистой формации закончился около 1,8 млрд лет назад, уровень кислорода оставался примерно постоянным, намного ниже нынешнего уровня, на протяжении еще миллиарда лет [74] Planavsky, N., et al., 2014. Low mid-Proterozoic atmospheric oxygen levels and the delayed rise of animals. Science , 346, 635–638. doi:10.1126/science.1258410 . Такое устойчивое равновесие (представьте себе национальную экономику, которая на протяжении столетий не испытывает инфляции, рецессий и рыночных потрясений) указывает на удивительный баланс между производством кислорода трудолюбивыми одноклеточными фотосинтетиками и его потреблением ненасытными металлами, сернистыми вулканическими газами и разлагающейся органической материей. По мнению ученых, такая стабильность может объясняться только жесткими ограничительными условиями, например острой нехваткой фосфора — важнейшего питательного вещества для всех форм жизни.

В то время как верхние слои океана постепенно насыщались кислородом, есть свидетельства того, что более глубокие слои оставались в переходном состоянии раннего протерозоя. В таких стратифицированных условиях железосодержащие минералы продолжали забирать из глубоководных слоев драгоценный фосфор, сохраняя его на своей поверхности, — подобно жуликам, которые контрабандой вывозят из бедной страны ценную валюту в подкладке пальто. Это, в свою очередь, вызывало хронический недостаток фосфора в верхних слоях, что сдерживало биологическую продуктивность, ограничивало захоронение органического углерода и в результате препятствовало увеличению концентрации кислорода в атмосфере [75] Reinhard, C., et al., 2016. Evolution of the global phosphorus cycle. Nature . doi:10.1038/nature20772 .

Этот «голодный» режим заставлял организмы переходить на диеты с низким содержанием фосфора и развивать новые стратегии рециркуляции. Но во всем остальном эволюция, казалось, выжидала время. Несмотря на относительное биоразнообразие, жизнь по-прежнему оставалась одноклеточной; в океанах процветали планктонные виды, включая некоторых эукариотических гигантов, известных как акритархи , которые достигали 0,8 см в диаметре, а береговые линии по всей планете были покрыты коврами из строматолитов. Этот мирный и спокойный протерозойский эон получил среди геологов неофициальное прозвище «скучного миллиарда лет». Однако это название в духе Гомера Симпсона {10} 10 Гомер Симпсон — главный герой мультсериала «Симпсоны», по словам его создателя, режиссера Дэвида Силвермана, «творчески блестящий в своей глупости», известен своими «глубокомысленными» высказываниями. — Прим. ред . абсолютно несправедливо и вводит в заблуждение, подобно тому как учебники по истории основное внимание уделяют только войнам, а длительные периоды мира и созидания пропускают как «время, когда ничего не происходило».

Во-первых, такое длительное поддержание равновесия может служить примером того, как нам, людям, следует изменить свои биогеохимические поведенческие модели, чтобы предотвратить надвигающуюся экологическую катастрофу, которая является результатом неконтролируемого потребления ограниченных ресурсов и колоссального дисбаланса между производством и удалением атмосферных газов. В отличие от нас, представителей голоценовой эпохи, земляне в протерозойском эоне «соблюдали» фундаментальные принципы устойчивого существования: весь интенсивный геохимический товарообмен происходил в рамках замкнутых циклов, где отходы одной группы микробных производителей были сырьем для другой.

Во-вторых, именно в ходе этого «скучного» миллиарда лет сформировались прочные ядра современных материков, когда в результате перехода Земли к новому тектоническому режиму произошло соединение блоков древней архейской коры (кратонов) и затем их постепенное обрастание вулканическими дугами. Породы фундамента, находящиеся у меня под ногами в моем родном Висконсине, а также скрытые под чехлом более молодых отложений по всему Среднему Западу и плато Великих равнин, почти все сформированы в ходе протерозойских горообразовательных процессов в течение «скучного» миллиарда лет, когда к древнему Канадскому щиту были присоединены обширные участки континентальной коры (рис. 11). В это, возможно, «скучное», но продуктивное время на Земле шло интенсивное инфраструктурное строительство — еще одна полезная практика, которую следовало бы позаимствовать нам, современным обитателям планеты.

Возможно, потому, что протерозойские породы и их история так хорошо мне знакомы, — некогда великие хребты Пеноки и Барабу в районе Верхнего озера, яростные вулканы над горячими точками в центральном Висконсине, огромный рифт Мидконтинента, почти разрывающий Северную Америку надвое, — «скучный миллиард лет» не кажется мне таким уж далеким временем. Меня охватывает приступ иррациональной печали при мысли о том, что примерно через такой же промежуток времени в будущем, т. е. где-то через 1,5 млрд лет, окно обитаемости для нашей планеты будет закрыто. Солнце, которое постепенно разгорается все ярче (по самым консервативным оценкам, на 0,9 % за 100 млн лет), станет настолько горячим, что океаны начнут испаряться, а повышение концентрации водяного пара в атмосфере запустит бесконтрольный парниковый эффект [76] Wolf, E., and Toon, O., 2015. Delayed onset of runaway and moist greenhouse climates for Earth. Geophysical Research Letters , 41, 167–172. doi:10.1002/2013GL058376. Хорошая новость состоит в том, что это исследование существенно продлило временнóе окно обитаемости нашей планеты по сравнению с прежними действительно удручающими оценками в 170–650 млн лет! . Солнечная радиация будет расщеплять молекулы воды на водород и кислород, которые будут улетучиваться в космос. Другими словами, если жизнь на Земле стала возможной 3,8 млрд лет назад, когда закончилась интенсивная метеоритная бомбардировка, к настоящему моменту истекло почти три четверти периода, когда наша планета пригодна для обитания. Тем не менее мы должны быть благодарны за огромное количество отведенного нам времени, которое мы получили благодаря тому, что Земля принадлежит к системе желтой карликовой звезды со сроком жизни 10 млрд лет. Звезды всего вполовину больше Солнца живут в среднем около 3 млрд лет — что по земным меркам равно промежутку времени от рождения планеты до середины «скучного миллиарда лет». Как видите, Земля — настоящий долгожитель.