История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие - Дональд Протеро
Но откуда же взялась вода на ранней Земле? Традиционно геологи считали, что это вода, оказавшаяся в земной мантии при остывании, которая постепенно в процессе дегазации уходила через вулканы. Однако в последнее время химический анализ внеземных объектов выявляет совпадение их состава с химическим составом земных океанов (особенно это характерно для углистых хондритов – см. главу 10). Такие результаты позволяют предположить, что в материале ранней Солнечной системы (остатки которого представляют собой хондриты) содержалось много воды. То же самое относится и к лунным породам, в которых сегодня воды немного, но которые, по-видимому, были довольно влажными при формировании Солнечной системы. Если так, то уже при рождении Земли на ней существовала вода. Когда планета остывала, для образования первых океанов было достаточно, чтобы температура ее поверхности упала ниже 100 ℃.
При этом мы можем исключить кометы в качестве источника. Хотя их часто называют «грязными снежками», поскольку они состоят в основном из пыли и водяного льда, химический анализ четырех комет показывает, что их геохимия сильно отличается от геохимии земной воды. Таким образом, можно отвергнуть популярную гипотезу, согласно которой кометы падали на древнюю Землю и таяли, создавая ее океаны.
В крошечных зернах циркона из Джек-Хиллз таился еще один сюрприз. В 2015 г. появилась статья о том, что в них нашли микроскопические кристаллы графита. Большинство людей знают графит как минеральную форму кристаллического углерода – минерал, который вставлен в карандаш. Удивительно, но геохимические данные графита соответствовали соотношениям изотопов углерода, характерным для жизни! Возраст этих конкретных зерен циркона составлял 4,1 млрд лет – меньше, чем у самых старых, подтверждающих существование воды, которым 4,4 млрд. И все же это впечатляет. Ранее самый древний углерод, химический состав которого говорил о том, что он порожден жизнью, а также, возможно, самые старые окаменелости происходили из пород формации Исуа в Гренландии, возраст которых составляет 3,8 млрд лет. Цирконы из Джек-Хиллз на 300 млн лет старше предыдущего рекордсмена. Древнейшие окаменелости, убедительно свидетельствующие о жизни, происходят из кремней Апекс Черт в составе группы Варравуна в Западной Австралии (3,5 млрд лет) и пород группы Фиг Три в Южной Африке (3,4 млрд лет). Таким образом, жизнь зародилась гораздо раньше, чем предполагалось прежде, и ненамного позднее появления первых океанов на прохладной ранней Земле.
Кроме того, такое свидетельство о существовании значительно более древней жизни, как и подтверждение существования ранних океанов, которое дали те же цирконы, заставляет нас пересмотреть представления об изначальной Земле. Основываясь на возрасте лунных кратеров (от 3,9 до 4,4 млрд лет), мы предполагали, что миллиарды обломков из космоса точно так же интенсивно должны были бомбардировать и Землю – от ее образования до момента, датируемого 3,9 млрд лет назад. Однако подтверждаемый факт наличия океанов с жидкой водой 4,4 млрд лет назад, а, возможно, даже и наличие жизни 4,1 млрд лет назад побуждают к выводу, что такая бомбардировка Земли была гораздо менее активной, чем предполагалось.
Велики шансы, что к моменту публикации этой книги объявят о еще более удивительных открытиях, и тогда появится новый претендент на звание древнейшей породы на Земле. И это хорошо. Это подтверждает, что исследование ранних стадий существования Земли – активная и динамичная область знаний, постоянно приносящая новаторские открытия. Кого-нибудь может разочаровать то обстоятельство, что книга имеет вероятность устареть еще до того, как ее напечатали. Однако наука идет вперед, и с каждой новой опубликованной работой мы всегда узнаём новые и всё более удивительные сведения о Земле.
13. Многоэтажки микроорганизмов: цианобактерии и древнейшая жизнь
Строматолиты
Если теория [эволюции] верна, до низших кембрийских слоев, бесспорно, прошли долгие периоды времени… и в эти периоды мир кишел живыми существами. [Однако] на вопрос, почему мы не находим относящихся к этим ранним периодам отложений, богатых окаменелостями, я не могу дать удовлетворительного ответа.
Чарльз Дарвин. Происхождение видов
Дилемма Дарвина
Когда Дарвин опубликовал в 1859 г. «Происхождение видов», одним из самых слабых мест его теории было отсутствие бесспорных окаменелостей докембрийского периода; в то время впервые появились сложные многоклеточные животные – например, трилобиты. Дарвин был знаком с кембрийскими породами и окаменелостями, потому что в 1831 г. в западном Уэльсе помогал работать с ними своему кембриджскому преподавателю – легендарному геологу Адаму Седжвику, первому человеку, носившему звание профессора геологии. Но даже без малого три десятка лет спустя, когда Дарвин писал свою книгу, такое отсутствие окаменелостей все еще оставалось загадкой.
Дарвин и большинство геологов знали, что одна из проблем тут заключалась в следующем: старые докембрийские породы обычно под воздействием огромной температуры и давления превращались в метаморфические[52], и все окаменелости при этом уничтожались. Кроме того, чем старше породы, тем больше вероятность того, что они не только будут метаморфизованы, но и просто разрушатся в результате эрозии. Наконец, действительно древние материалы обычно погребены под более поздними посткембрийскими отложениями и обнажаются лишь в нескольких местах на Земле, где старые подстилающие слои испытали поднятие, а перекрывающие их более молодые были снесены эрозией.
Тем не менее ученые приняли вызов Дарвина и продолжили поиски. Было много тупиков и ложных следов. Одна странная ветвящаяся структура, похожая на примитивное растение, получила название Оldhamia. Однако оказалось, что она образована ходами какого-то червя, но сама не является окаменелостью. Слизистый «организм», обнаруженный в сосудах с илом из самых глубин океана, который Томас Гексли, Бульдог Дарвина[53], провозглашал новым существом Bathybius, оказался продуктом химических реакций сульфата кальция со спиртом, используемым для сохранения образцов. В 1858 г., за год до публикации книги Дарвина, канадский геолог-изыскатель сэр Уильям Эдмонд Логан обнаружил на берегу реки Оттавы недалеко от Монреаля несколько слоистых структур (рис. 13.1). Находка не убедила большинство ученых, поскольку слоистые структуры в горных породах могут возникать множеством небиологических способов. Но один из сторонников Логана, канадский палеонтолог Джон Уильям Доусон, был уверен, что эти структуры породила жизнь, и назвал их Eozoon canadense (дословно «канадское рассветное животное» или «канадская заря жизни»). По мнению Доусона, эозоон – «один из ярчайших драгоценных камней в короне Геологической службы Канады». Однако вскоре другие геологи, изучив «окаменелость» и ее происхождение, пришли к выводу, что это полосчатое метаморфическое образование, состоящее из слоев кальцита и серпентина.
Рис. 13.1 Слоистая структура, названная эозооном. Некогда она считалась окаменелостью, но теперь известно, что это псевдоокаменелость неорганического происхождения. (A) Иллюстрация из книги Джона Доусона «Рассвет жизни» (Dawn of Life). (B) Типовой образец в Смитсоновском институте. Масштабные линейки равны 1 см. Фото предоставлено Джеймсом Уильямом Шопфом (J. W. Schopf)