Кратко об истории развития Земли. Каменноугольный период

В каменноугольный период жизнь восстановилась после массового вымирания и быстро развилась, заполняя экологические ниши, которые ранее были заняты живыми существами.

В прошлой статье: интенсивный фотосинтез в сочетании с замерзанием океанов привел к уменьшению углекислого газа в атмосфере. В конце девонского массового вымирания, произошедшего 375 млн лет назад, за  25 миллионов лет погибло более 50% всей жизни в воде. Растения же на недавно колонизированной земле почти не пострадали. Это второе  из пяти основных массовых вымираний, вероятно, было вызвано понижением температуры как из-за цикла Миланковича, так и из-за растений. На Земле существовало два гигантских континента, Лавразия и Гондвана.

Жизнь в каменноугольном периоде

Когда мы слышим слово «ископаемые останки», то сразу думаем о динозаврах. Однозначно, это самые большие окаменелые останки живых организмов, которые были найдены. Однако топливо, которым мы пользуемся в виде угля, нефти и природного газа, образуется, в основном, из останков мертвых растений, когда-то произраставших как на земле, так и в воде.

Когда морские растения и животные погибали, их останки опускались на дно океана. Поскольку океаны были аноксичными (т.е. лишенными кислорода), органическое вещество поступало на дно быстрее, чем могло разложиться. Вместо этого органическое вещество сжималось огромным весом воды над ним. Эти отложения постепенно уплотнялись, обезвоживались и опускались все ниже. Давление и температура в этих отложениях постоянно увеличивались. Под воздействием анаэробных бактерий, из остатков живых организмов стали образовываться так называемые углеводороды, собиравшиеся в маленькие маслянистые капли.

Останки растений и животных на дне океана смешивались там с грязью и песком, накапливаясь слой за слоем. Частицы нефти и газа просачивались в пустоты между частицами осадочных пород, оседая все ниже и ниже, пока на их пути не попадался слой непроницаемой породы, не имевшей пор или трещин, — и таким образом, они оказывались в геологической «ловушке».

Морское дно не остается неизменным. Геологические процессы вызывают постоянные сдвиги в земной коре. Поверхность суши и дно океана полностью изменяются каждые 200 миллионов лет из-за вулканизма и смещений земных пластов. Эти процессы формировали различные типы нефтяных геологических «ловушек».

К сожалению, ученые пока не могут точно ответить на вопрос, какие именно процессы в органических отложениях привели к образованию нефти.

Похожая ситуация была и с растительной массой, отмирающей на суше, превращающейся в сжатый углерод и покрывающейся горной породой. За миллионы лет это породило уголь. Несмотря на то, что массовое вымирание не затронуло столько наземной флоры и фауны, сколько морской флоры и фауны, огромные запасы угля этого времени обнаруживаются и сегодня, особенно в Китае, что свидетельствует об огромных масштабах массового вымирания.

Период, который последовал за девоном, называется каменноугольным периодом. Он начался 360 млн. лет назад. Жизнь в этот период восстановилась после массового вымирания и быстро развивалась, заполняя экологические ниши, которые занимали живые существа до вымирания. Почти все сегодняшние наши запасы угля происходят из этого периода.

Растения действительно выросли, и земля была покрыта лесами, где преобладали папоротники. Зелень была везде, где только было можно расти. В изобилии произрастали хвощи, мхи, примитивные хвойные деревья. Жизнь растений во время каменноугольного периода была здоровой, густой и богатой. Она простиралась от морских берегов до обширных внутренних частей континентов. Этот стремительный рост и колонизация земли растениями оказали серьезное влияние на атмосферу Земли.

Экспоненциальный рост фотосинтеза вызвал резкое повышение уровня кислорода в атмосфере. Сегодня кислород составляет 21% атмосферы. В каменноугольном же периоде, кислорода было почти 35%. Этот избыток кислорода оказывал влияние на увеличение размеров живых организмов. В среднем жизнь была везде больших размеров. Растения вырастали до 20 метров в высоту, рыбы стали такими же большими, как сегодняшние акулы, не отставали от них и амфибии, а в воздухе летали насекомые размером с маленьких кошек. Поэтому неудивительно, что из жизни, существовавшей в этот период, образовалось так много угля.

В океанах процветали акулы. Этот период характеризовался наибольшим разнообразием акул, как по форме, так и по размеру. Поскольку предыдущее массовое вымирание убило основных хищников в океанах, акулы заполнили эти экологические ниши. Они быстро и причудливым образом адаптировались. У кембрийских акул были необычные очертания тела. На морде Palaeoxyris был клюв; Orthacanthus был стройным, длинным и был похож на угря; Akmonistion имел характерный плавник в форме наковальни; позвоночник Cladoselachidae разделен на две части и переходил в плавники; Thrinacoselache был удлинен как змея или червь; у Xenacanthida были крючки во рту; а у Cobelodus были щупальца.

Другой доминирующей группой морских существ были иглокожие, отличающиеся симметричной формой. В качестве примера можно привести морских звезд, морских ежей и морских огурцов. В пресной воде доминировали крупные рыбы с мощными челюстями. Более того, некоторые рыбы вылезли из воды с развитыми сильными плавниками, которые впоследствии превратились в ноги. Как только первые амфибии появились, они стали в изобилии размножаться. Пытаясь эволюционировать, чтобы выжить, амфибии этого периода были более разнообразными, чем сегодня.

Довольно внезапно в каменноугольном периоде появились крылатые насекомые. Мы до сих пор не знаем, кто из них полетел первым и почему. Но менее чем за 10 миллионов лет насекомые размножились. Они вырастали больших размеров и были быстры, летая густыми тучами над болотами. Из-за огромного количества растений, на суше было много болот. Повышенное содержание кислорода в воздухе заставляло растения и животных расти крупными и высокими. Деревья достигали высоты 30 метров, а стрекозы, летавшие среди них, имели размах крыльев почти 0,7 метра.

Ближе к середине каменноугольного периода произошло короткое вымирание, причины которого до сих пор неясны. Около 300 млн лет назад, жизнь на суше внезапно за короткий промежуток времени сократилась. Отмирание большого количества растений привело к образованию угольных пластов, а также к сокращению болот и появлению пустынь. Это событие известно как Кризис карбоновых лесов, и оно значительно повлияло на климат планеты.

Всего лишь через пару миллионов лет после того, как высохли болота, развились рептилии. Возможно, самым большим стимулом для жизни в каменноугольном периоде было развитие амниотического яйца, вида яйца, откладываемого во всем мире сегодня яйцекладущими животными. Земля была теплой и кишела жуткими ползучими тварями: многоножками, улитками, скорпионами, пауками. Появились первые тараканы, которые быстро размножились почти до 200 видов, расселившись по бескрайним просторам суши. Беспозвоночные были повсюду.

Между тем активный вулканизм возобновился. Два суперконтинента, Лавразия и Гондвана, медленно двигались, почти незаметно сближаясь друг с другом. В каменноугольном периоде, когда жизнь становилась все выше и больше, росли и горы. Африка Гондваны столкнулась с Еврамерикой (также известным как Лавруссия — не следует путать с Лавразией), в месте образования участка Аппалачской горной цепи.

Это был период интенсивного горообразования. Когда Балтика приблизилась к Лавразии, образовались Уральские горные цепи. При столкновении Южной Америки с Лавразией сформировались горы Уачита, находящиеся теперь в Центральной Америке. Индия и Китай находились в самой южной части Гондваны, ближе к южному полюсу и были покрыты слоями льда.

В конечном счете, примерно 300 млн. лет назад практически все суши Земли объединились в один суперконтинент, что совпало с Кризисом карбоновых лесов. Этот гигантский суперконтинент, названный Пангея, расположился на экваторе и был последним известным суперконтинентом. Он был в форме буквы «О», с небольшим океаном, окруженным массивами суши.

Пермский период начался около 298 млн лет назад и характеризовался ростом разнообразных рептилий на пустынных землях. Они стали первыми настоящими крупными позвоночными на суше. Рептилии процветали на протяжении всего Пермского периода, в конце концов, разделившись на две группы: предков динозавров, птиц и крокодилов, и предков современных ящериц и змей. Самые первые прямые предки динозавров появились именно в этот период — так же, как и предки млекопитающих. Однако в действительности, на земле господствовали предки тараканов. Они были настолько разнообразны, что почти 90% всех насекомых на земле были той или иной разновидностью тараканов. 

В Пермский период на суше появились первые настоящие деревья. Семена начали вытеснять споры. Появились разнообразные хвойные растения (такие как сосна, с семенами, содержащимися в шишках). Этими растениями и деревьями питались первые крупные травоядные, которыми, в свою очередь, питались крупные хищники. В Пермский период появились представители мегафауны — крупные животные. Обычно это были животные весом в среднем более 40 кг.

Пока жизнь процветала на суше и на морях, Земля снова заволновалась. В Пермский период опять началось усиление вулканической активности, в частности тип вулканизма, известный как базальтовое наводнение. Это такой тип вулканизма, когда поверхность земли и дно океана медленно покрываются базальтовой лавой вулканов. Огромные территории, залитые потоками базальтовой лавы, называют Трапповой провинцией —  от шведского trappa, что означает «лестница». Когда вся территория заливается потоками базальтов, которые выравнивают поверхность, сверху ложится следующий поток. Если смотреть с большой высоты, то все это, действительно похоже на некую гигантскую лестницу.

Трапповые провинции — это сотни тысяч кубических километров лавы, а иногда (в случае Сибирских траппов) — это миллионы кубических километров лавы.  Примерно каждые 20 млн лет формируется как минимум одна магматическая провинция. Одна из последних магматических провинций — это Коламбия-Ривер (ей 16 млн лет). И именно с ней связан супервулкан Йеллоустоун как продолжение магматической провинции.

Печально известное историческое событие, связанное с разливом базальта, произошло в конце Пермского периода в регионе, называемом Сибирскими траппами.  И когда в конце пермского периода в Сибири стала извергаться лава…

В следующей статье: Перестройка Пангеи и крупнейшее массовое вымирание в истории, пермско-триасовое вымирание.

По материалам: A Brief History of Earth: the Lives and Time of the Carboniferous

---