Кратко об истории развития Земли. Эра девонского периода

Эра девонского периодаИстория Земли уходит корнями в далекое прошлое. Чтобы по-настоящему понять масштабы изменений, которые претерпела наша планета за всю историю своего существования, нужно проанализировать огромные исторические эпохи, останавливаясь на важных этапах развития нашей планеты. В прошлой статье было рассказано кратко об истории развития Земли во времена первых ледниковых периодов. Продолжим наше повествование.

Эра девонского периода

В прошлых статьях: жизнь на Земле, наконец, вышла из океанов на сушу. Произошло одно великое массовое вымирание, которое уничтожило большую часть живых организмов. Это совпало с ужасным ледниковым периодом. Суперконтиненты образовывались и распадались в процессе своей эволюции.

Суперконтинент трудно определить, континент это, или нечто другое. Первые несколько сформировавшихся континентов на Земле — Ваальбара, Ур, Кенорланд — назывались суперконтинентами только потому, что они были единственными массивами суши на планете. Эти ранние континенты, которые сформировались почти 4,4 миллиарда лет назад, были относительно небольшими — меньше, чем современные страны.

Континенты и суперконтиненты образуются из-за движения земной мантии. Под поверхностью Земли — корой, простирающейся на 60 км — существует слой вязкой расплавленной породы, называемый мантией. Глубина его почти 2500 км. А дальше под мантией находится ядро ​​Земли, разделенное на внутреннюю и внешнюю части. Внешнее ядро это то, что мы воспринимаем как «ядро» Земли — бурлящая жидкость из железа, никеля и других материалов. Внутреннее ядро ​​- это сплошной металлический шар из железа и никеля, вращающийся прямо в центре Земли, раскаленный добела при температуре 5400ºС. Температура внешнего ядра примерно 4000ºС, а мантии — где-то между 500º и 1000º С.

По мере вращения внутреннего и внешнего ядра, мантия нагревается. Жар распространяется сквозь 2500 километров того, что по сути является скальными породами. Процесс теплопередачи заключается в конвекции: горячий материал поднимается вверх, а холодный — вниз. Содержимое мантии всегда бурлит, не находится в покое. Конечно, изменение состава мантии и ее движение заметны только при наблюдении в течение геологического времени. Для нас сейчас мантия ведет себя как обычная скальная порода.

Этот процесс теплообмена под нашей земной корой, образно называемый мантийной конвекцией, управляет тектоникой плит и вулканизмом. Мантия не является однородной смесью пород. Иногда, когда из ядра поднимается тепло, некоторые части мантии могут нагреваться сильнее, чем другие. Когда одна часть мантии становится очень горячей, тепло распространяется вверх по направлению к нижней части земной коры, нагревая и ее тоже. По мере того, как область мантии, соприкасающаяся с корой, расширяется и становится менее плотной из-за тепла, кора в нее погружается. Этот процесс называется субдукцией.

Процесс субдукции

Схематичное изображение процесса субдукции

Мантия может содержать только фиксированный объем породы. Иногда, когда обширные области земной коры, такие как морское дно или большой массив суши, погружаются в мантию, они вытесняют часть мантии наверх и иногда заставляют ее вырываться из коры в другом месте. Это может происходить в одном или двух местах. Бывает, что часть породы подвергается субдукции и материал мантии выталкивается из другой части Земли в виде вулкана. В другом случае, если очень большой участок земли подвергается субдукции, он деформирует слой мантии так, что вулканизм и / или землетрясения происходят на двух концах зоны деформации. Иногда мантия вообще не вырывается наружу, а созданным внутренним давлением создает выпуклость виде холма.

Такая субдукция, вулканизм и выпуклости вызывают изменение формы Земли, геоида. Поскольку вулканизм толкает мантийный материал вверх, мантия набухает ниже вулкана, поднимая его высоту. Большие массивы суши имеют тенденцию перемещаться с более высоких мест к более низким, скорее всего, в направлении вулканически активной зоны к субдуцируемому району. Это медленное скольжение континентов — то, что создает или разрушает суперконтинент.

В процессе своего движения сухопутные массы иногда блокируют поступление теплых океанических течений к полюсам. Океанические течения играют важную роль в регулировании температуры Земли. Теплые течения облегчают жизнь на полюсах и помогают доставлять питательные вещества. Конфигурация континентов, при которой блокируются теплые течения, является катализатором возникновения оледенения. Помимо самоиндуцированного процесса отрицательной обратной связи, вызванного парниковым эффектом оледенение может закончиться из-за вулканизма, вызванного самими массами льда.

По мере того, как лед накапливается на земле, поверхность земли немного погружается в мантию под воздействием огромного веса льда над ней. Это вызывает искривление участка земли, изгиб, который выдавливает мантийный материал с противоположных концов области концентрации льда, что, в свою очередь, приводит к тому, что этот участок суши становится более тяжелым, чем тогда, когда он еще не был покрыт льдом.

Такие процессы являются основной причиной того, что ледниковые периоды обычно заканчиваются из-за смещения массивов суши, и, также как и  ледниковые периоды, дрейфы континентов сопутствуют крупным массовым вымираниям.

§

Последний суперконтинент, как мы видели, Родиния, разорвался на части 650 млн. лет назад, вслед за тем последовало рождение и быстрое разрушение  недолговечной  примерно 500 млн. лет назад. После распада Паннотии на Земле было три больших континента: Лаврентия, Гондвана и Балтика. Лаврентия содержала большую часть Северной Америки. В Балтику входила Украина и части России. Гондвана же, вообще-то, мог быть суперконтинентом. Он содержал кратоны — куски суши, которые являлись строительными блоками для континентов — Индии, Австралии, Африки и Южной Америки. Он существовал полностью в южном полушарии.

Следующие 200 миллионов лет для этих континентов были богаты событиями. Небольшая часть Гондваны, содержащая кратоны Ньюфаундленда и Новой Англии, откололась и медленно начала дрейфовать к северу. Тем временем Балтика дрейфовала к Лаврентии. Оба этих клочка земли в конечном итоге столкнулись и образовали то, что стало называться Лавразия, сокращенно от имен Лаврентия и Евразия.

Древние материки Гондвана и Лавразия
Гондвана и Лавразия

Эти столкновения были одними из последних на нашей планете, и поэтому сохранилось множество доказательств их существования. Они вызвали образование (а иногда и разрыв) нескольких горных хребтов. Некоторые из существующих сегодня гор, сформированных в результате этих столкновений, и создавших Евразию, — это Скандинавские горы, проходящие через Швецию, Норвегию и Финляндию, а также Аппалачи в Северной Америке. Сформировались и другие горные цепи, но в конце концов они были разрушены. По мере того, как продолжалось горообразование и столкновения континентов, формы жизни процветали после первого крупного массового вымирания.

Массовое вымирание не обязательно вредно для планеты и жизни в целом. Подобно лесным пожарам, которые разрушают лес до основания и обеспечивают поступление органических питательных веществ для развития новой жизни, массовые вымирания уничтожают формы жизни, которые заняли доминирующие в нише положение, давая возможность для роста новых разнообразных, подавляемых ранее, типов жизни. Только потому, что динозавры были уничтожены, люди стали доминирующим видом на планете.

Около 400 млн. лет назад жизнь достигла очень важного рубежа. На суше начали расти первые сосудистые растения. Это было большое дело, и означало то, что по крайней мере один вид жизни не только научился расти вопреки силе тяжести, но и смог выжить, не будучи погруженным в водную среду. Растения все еще нуждались в воде, как и все мы сегодня. Корневая система, которая служила в качестве опоры для роста растения в земле, подключилась к подземной воде и питательным веществам. Сосудистое растение — это растение, содержащее специализированные сосудисто-волокнистые ткани для проведения воды. Эти растения имеют ксилему и флоэму, чтобы получать воду и питательные вещества из почвы и перемещать полученные в результате фотосинтеза продукты к растению. 

Первые растения - папоротники

Папоротники – наиболее многочисленный отдел высших споровых сосудистых растений, появившихся около 405 млн лет назад в девонском периоде палеозойской эры. Это древнейшие жители нашей планеты. Они дожили до наших дней, произрастая во всех климатических зонах и поражая своим многообразием.

Первыми настоящими растениями были папоротники, которые и до сих пор растут на планете. Папоротники размножаются спорами и не имеют ни цветов, ни семян. Они начали распространяться по суше в девонский период, развивая волокнистые корни. Эти корни уходили в песок глубже, чем что-либо прежде. Сначала они росли в прибрежных районах. Когда летом вода отступала, минералы оседали в почве, обеспечивая растения питательными веществами. Как только корни смогли эффективно использовать грунтовые воды, растения быстро развились, перемещаясь дальше вглубь суши. И по мере того, как папоротники покрывали все большую часть суши, они становились все больше в размерах. Появились примитивные леса, с обильным фотосинтезом, впервые теперь происходящим над землей.

Скорпионы. Отряд паукообразных

Скорпионы — древнейший отряд паукообразных, самые ранние находки которого известны, начиная с силура

Животные тоже переберались на землю. Первыми среди них были членистоногие. Около 450 млн лет назад эти многоножки эволюционировали, чтобы более эффективно зарываться в почву и выходить из нее. Червям потребовалось большее время, чтобы справиться с гравитацией и отрастить крепкие ноги. Несколько миллионов лет спустя появились маленькие скорпионы и клещи. Сегодня членистоногие включают пауков, крабов, скорпионов, креветок, цикад и даже бабочек. Через 100 миллионов лет после появления многоножек появились первые насекомые. Они были без крыльев, все еще развивая способность ходить по суше и расти в размерах.

Первые растения, имеющие семена, появились примерно в то же время, примерно 400 млн лет назад. За эти 100 миллионов лет растения взлетели с высоты 25 сантиметров до почти 25 метров. К концу девона, 375 млн лет назад, корни растений уже прочно укоренились в земле, а членистоногие с прочными, хорошо развитыми ногами могли бродить километры и километры. Распространение растительной и животной жизни в конечном итоге создало почвенный слой, но не без того, чтобы сначала разрыхлить верхние слои горных пород, вызвав, в первую очередь, эрозию почвы.

§

Между тем Мировой океан быстро превратился в калейдоскоп живого многообразия, где каждый вид произрастал в нескольких вариантах. В морях стали доминировать разнообразные рыбы. Трилобиты, которые царствовали в морях до первого массового вымирания, продолжали широко распространяться по мере того, как рыбы развивали свои челюсти и увеличивались в размерах. Морские скорпионы, ныне вымершие, были самыми замечательными видами того времени.

375 млн. лет назад эти существа были по сегодняшним меркам огромными. Они росли почти до двух метров в длину и были самыми большими известными нам членистоногими. Их окаменелые останки были найдены в океанах по всему миру, что указывает на то, что они были распространены по всему миру. Эти существа эволюционировали на мелководье вокруг суши. Учитывая их размер и панцирь, предполагается, что они охотились в водоемах. Их часто называют «первыми настоящими хищниками» на планете.

Морской скорпион
Реконструкция морского скорпиона в Смитсоновском музее естественной истории. Рис. сайта https://thewire.in/

В девонский период в морях было много рифов и кораллов. Это полые, твердые наросты на континентальных шельфах, образованные колониями морских животных. Коралл обычно строится как колония, каждая из которых состоит из нескольких существ длиной в миллиметр, называемых полипами, которые выделяют определенные вещества, являющиеся, по существу, их экзоскелетом. С годами все это накапливается, образуя колонию кораллов. Было найдено много окаменелостей кораллов и трилобитов того времени.

Коралл

Коралловый оазис

Бронированная морская флора и фауна, подобно морским скорпионам и другим членистоногим, быстро росла и крепла в первые миллионы лет силурийского и девонского периодов. Однако потом их популяция стала постепенно сокращаться, поскольку им приходилось конкурировать за добычу с быстро развивающимися рыбами. Рыбы выросли от маленьких существ до костистых рыб, бронированных рыб, мелких акулоподобных рыб, плоских рыб и, в конечном итоге, до настоящих акул и скатов. Они различались по размеру и форме, и каждый вариант имел множество цветовых оттенков. По мере развития они также увеличивались в размерах, уверенно завоевывая моря. Самое большое из известных окаменелостей этой эпохи — рыба длиной почти семь метров.

Девонский период также видел, как некоторые рыбы эволюционировали, чтобы дышать воздухом. Некоторые из них могли скользить по земле, отталкиваясь плавниками, и часами оставаться вне воды. Эти сильные плавники в конечном итоге превратились бы в ноги первобытных земноводных. В пример можно привести тиктаалик — вымершую рыбу, которая считается переходной ступенью между морскими обитателями и первыми земноводными. 

Таким образом, девонский период — в котором наблюдался всплеск морских разновидностей и эволюция рыб — также известен как эпоха рыб.

Тикталик
Так выглядел тиктаалик — вид ископаемых лопастепёрых рыб из позднего девона, имевших много общих черт с четвероногими

Климат в эти примерно 100 миллионов лет, о которых мы говорили, начался с теплого. Это было связано с увеличением тектонической и вулканической активности. Но температура неуклонно падала по мере того, как растения колонизировали Землю и начинали расти новые леса. В тот период было четыре коротких массовых вымирания. Затем последовало очень большое вымирание, второе из Большой пятерки.

Следуя известной схеме, основное вымирание, известное как Позднедевонское вымирание, было вызвано глобальным падением температуры в сочетании с потерей кислорода в воде. Как и в первом крупном массовом вымирании, но в гораздо больших масштабах, глубокие корни растений вызвали вытеснение большого количества горной породы и их отложение в водоемы. Поскольку этот грунт был богат питательными веществами, то большая часть минералов оставалось в воде. Избыточное поступление питательных веществ (т.н. «биогенных элементов») в водные системы называется эвтрофикацией. Сегодня эвтрофикация происходит в водоемах путем слива в них сточных вод, удобрений, моющих средств и мыла. Повышенное содержание питательных веществ вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона и водорослей) и дальнейшую цепь событий, результатом которых являются:

  • резкое уменьшение прозрачности воды, уменьшение глубины проникновения солнечных лучей;
  • гибель донных растений от недостатка света, гибель других оранизмов, которым донные растения создают места обитания или для которых они являются источником пищи;
  • уменьшение содержания кислорода в водоемах;
  • гибель требовательных к содержанию кислорода организмов;
  • анаэробный распад отмерших организмов в лишенном кислорода донном грунте, с образованием таких сильных ядов, как фенолы и сероводород, и такого мощного «парникового газа» (по своему эффекту в этом плане превосходящего углекислый газ в 120 раз), как метан.

В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема.

Проникая своими корнями глубоко в почву, растения колонизировали так много поверхности земли, что потеря некоторой части верхнего слоя почвы с растущими на ней растениями едва ли повлияла на жизнь на суше. Кислород в атмосфере оставался почти стабильным. В этом крупном массовом вымирании понесли потери только морская флора и фауна: более 50% всех видов и родов.

§

Начало оледенения, совпавшее с этим массовым вымиранием, не было крупным ледниковым периодом. И это было связано не только с массовым вымиранием или наоборот. Есть более важные факторы, которые вызывают периодические крупномасштабные изменения климата. Эти факторы, а точнее три из них, вместе называются циклами Миланковича.

По мере того как Земля вращается вокруг своей оси, двигаясь  вокруг Солнца, ее угол наклона и орбита с каждым днем немного меняются. На протяжении тысячелетий эти незначительные изменения накапливаются, вызывая резкие изменения климата Земли. Это происходит из-за изменения количества солнечного света, доходящего до нас. За эту изменчивость ответственны три фактора: осевой наклон Земли, эксцентриситет орбиты и прецессия.

Осевой наклон: мы знаем, что Земля вращается вокруг оси, которая не точно перпендикулярна плоскости Солнечной системы (эклиптике). Земная ось наклонена под углом, и именно этот осевой наклон дает нашей планете времена года: у полушария Земли, которое наклонено к Солнцу, лето, а у другого полушария зима. Общепринято, что угол наклона составляет 23,5º. Но в действительности, осевой наклон смещается между 22º и 24,5º в цикле, который повторяется каждые 41 000 лет. В настоящее время осевой наклон Земли составляет 23,2º.

 Прецессия оси вращения Земли

Прецессия оси вращения Земли.

Когда наклон увеличивается, у полюса, повернутого ближе к Солнцу, более теплое лето, а полюса, который повернут в другую сторону, более холодные зимы. И наоборот, когда наклон уменьшается, лето становится прохладнее, а зима теплее. 

Прецессия: когда Земля вращается вокруг своей оси, сама земная ось также движется. Прецессия представляет собой очень медленное движение земной оси вращения, которая меняет свое направление в космосе, описывая при этом коническую поверхность. Это колебание меняет ориентацию Земли по отношению к звездам. По сути, происходит то, что это медленное движение заставляет ось Земли указывать на другое место на небе.

Звезда Тубан

Звезда Тубан является частью созвездия Дракона. Хотя это и не очень яркая звезда, ее достаточно легко обнаружить в темную ночь. На полпути воображаемой линии, соединяющей звезды Пикар и Мизар находится Тубан.

Северная звезда называется Полярной звездой. Это звезда, на которую ось нашей Земли направлена ​​сейчас прямо над северным полюсом и поэтому остается неподвижной в небе. Она часто используется как ориентир во время навигации. Однако северной звездой не всегда была Полярная звезда. Прецессия меняет ориентацию оси. Именно это, как полагают, заставило египтян построить Великую Пирамиду там, где она находится сейчас. Когда древние египтяне закончили ее строительство в 2560 году до нашей эры, северной звездой была звезда Тубан, и пирамида указывала прямо на нее. Примерно через 12000 лет северной звездой станет яркая голубая Вега.

Цикл прецессии Миланковича повторяется каждые 26000 лет.

Эксцентриситет орбиты: мы знаем, что орбита Земли вокруг Солнца является эллипсом. Однако, эллипсом она является не всегда. На планету Земля (и другие тела тоже) постоянно воздействует гравитация других крупных тел, особенно Юпитера и Сатурна. Это меняет форму орбиты. Орбита Земли изменяется от почти идеального круга до эллипса в течение 21000 лет.

По оценкам ученых, осевой наклон цикла Миланковича сыграл решающую роль в наступлении ледникового периода, совпавшего с вымиранием большой массы живых организмов в позднем девоне. (Не забывайте, что многие противники изменения климата используют циклы Миланковича в качестве объяснения глобального потепления. Хотя Земля всегда находится в какой-то фазе цикла Миланковича, крайне важно не игнорировать неопровержимые доказательства глобального повышения температуры, вызванного деятельностью человека.)

В следующей статье речь пойдет о первых деревьях на суше, о первых позвоночных, о диверсификации акул, о первых летающих животных, о самых высоких уровнях кислорода в атмосфере в истории, о гигантских насекомых и образовании угля.

по материалам: https://thewire.in/science/devonian-continent-mass-extinction-milankovitch

c-sin






Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *