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

Возможно, наша планета так бы и продолжала вести размеренный и спокойный протерозойский образ жизни, если бы около 800 млн лет назад новая тектоническая система не согнала бóльшую часть континентальной коры в один большой материк в экваториальной зоне. Геологи называют этот древний суперконтинент Родинией, от русского слова «родина». Как и все континенты, Родиния была лишь врéменной структурой и примерно 750 млн лет назад в результате рифтогенеза начала распадаться на части, что привело к образованию в тропических широтах новых протяженных береговых линий. Реки, питаемые мощными тропическими ливнями, несли осадочный материал и вымываемые из горных пород химические элементы в море, насыщая прибрежные воды питательными веществами и тем самым создавая условия для бурного роста микроорганизмов. Впервые в истории планеты изъятие органического углерода и его захоронение в осадках на континентальных шельфах достигло таких объемов, что привело к резкому снижению концентрации СО 2в атмосфере — и запустило процесс глобального похолодания.

В полярных регионах начали разрастаться нетающие ледяные шапки, которые увеличивали альбедо , или отражательную способность поверхности Земли, что, в свою очередь, способствовало ее дальнейшему охлаждению — классический пример положительной обратной связи. Несмотря на расширение ледникового покрова, углекислый газ продолжал в больших количествах выводиться из атмосферы через захоронение органического углерода и интенсивное химическое выветривание горных пород в низкоширотных регионах Родинии (посредством того же механизма Гималаи сократили концентрацию атмосферного СО 2и способствовали охлаждению Земли в кайнозое). Когда площадь ледникового покрова достигла критической точки, эффект альбедо вверг планету в состояние вечной зимы, превратив ее в «снежный ком».

Что именно произошло с Землей в криогении — одном из немногих периодов протерозоя, который упоминается довольно часто, — вызывает в геологическом сообществе жаркие споры. Нет лишь разногласий по поводу того, что в климатической системе планеты произошел серьезный сбой. Это ясно подтверждается геологической летописью: практически на всех континентах породы того периода представляют собой ледниковые (гляциальные) отложения — либо несортированную смесь глинистого вещества с валунами различных пород, оставленную ледником на суше, либо тонкослоистые морские отложения, перемежающиеся с окатанными обломками пород, принесенными айсберговым рафтингом (разносом). Поскольку значительная часть воды была превращена в лед, уровень моря должен был снизиться на десятки метров, обнажив обширные участки континентов для эрозии, которая продолжалась по крайней мере до тех пор, пока не наступила глубокая ледниковая эпоха и все поверхностные процессы не приостановились. Великое несогласие, наблюдаемое в Большом каньоне, между метаморфическими протерозойскими породами, такими как сланцы Вишну, и первой стратифицированной единицей — кембрийским песчаником Тапитс — отражает длительный перерыв в осадконакоплении в тот период, когда Земля была «снежным комом». Таким образом, если наступление резкого похолодания в конце протерозоя является общепризнанным фактом, то его конкретные детали — глубина промерзания, выживание биосферы и то, каким образом Земля вышла из гипотермического состояния, — служат предметом горячих научных споров.

В конце концов Земля снова начала нагреваться. Возможно, ей помогло дыхание вулканов, которые продолжали извергаться, в то время как другие геологические процессы остановились, и понемногу, за тысячи лет, вулканы вывели Землю из ледяной комы. Или же внезапная взрывная «отрыжка» давно секвестрированного биогенного метана с морского дна превратила ледяную планету в парник всего за несколько месяцев или лет. Уровень разрешения геологической летописи и точность существующих методов датирования пока не позволяют нам узнать такие детали.

В любом случае окончание периода «снежного кома» было ознаменовано тем, что можно было бы назвать Великой аэрацией, когда произошел второй большой скачок в повышении уровня свободного кислорода и формировании четвертой — современной — атмосферы Земли. Кислородчувствительные микроэлементы в осадочных породах наконец-то стали вести себя по-современному, что свидетельствует о возрастании концентрации свободного кислорода (O 2) с доли процента до почти близкой к нынешней. К сожалению, нам неизвестны подробности, как именно произошел этот переворот в стабильном квазиоксигенированном протерозойском мире. Возможно, массированный приток в океаны фосфора из раздробленного и перетертого материала горных пород, измельченных движущимися ледниками, привел к взрывному росту морской жизни [77] Planavsky, N., et al., 2010. The evolution of the marine phosphate reservoir. Nature , 467, 1088–1090. . Или же интенсивное смешивание верхних и глубоких слоев воды в океанах в переходный период между ледниковым и парниковым миром нарушило устойчивую геохимическую стратификацию, преобладавшую на протяжении 1,5 млрд лет.

Благодаря даже небольшому повышению концентрации кислорода организмы, использовавшие его в своих метаболических процессах, значительно повысили эффективность извлечения энергии из окружающей среды и получили возможность вырастать до гораздо бо́льших размеров, чем когда-либо прежде. В пределах миллиона лет после того, как Земля перестала быть «снежным комом», она была заселена необычной новой экосистемой мягкотелых макроскопических организмов, называемой эдиакарской биотой (или эдиакарской фауной). Эдиакарские (вендские) окаменелости найдены в осадочных отложениях в разных частях мира, в том числе в Южной Австралии, регионе Белого моря в России, графстве Лестершир в Англии и на острове Ньюфаундленд в Канаде. Это были необычные создания, похожие на стеганое одеяло, по форме напоминающие либо летающие диски фрисби, либо листья папоротников высотой до 1 м с прицепкой, с помощью которой они прикреплялись к морскому дну. Отсутствие у них кишок и минерализованных раковин свидетельствует о том, что они обитали в мирном подводном царстве, где преобладал осмотический способ питания и не было угрозы хищничества. Некоторые из этих организмов могли быть предшественниками более поздних и знакомых нам типов примитивных морских животных, таких как плеченогие (или брахиоподы). Но большинство представителей эдиакарской фауны, судя по всему, были результатом ранних эволюционных экспериментов по созданию макроскопических — многоклеточных — форм жизни и не оставили после себя потомков среди современных типов животных.