Кратко об истории развития Земли

Планетарная катастрофа

Чтобы по-настоящему понять масштабы изменений, которые претерпела наша планета за всю историю своего существования, нужно проанализировать огромные исторические эпохи, останавливаясь на важных этапах. В этой статье мы поговорим кратко об истории развития Земли, начиная с самых ранних эпох.

Как считают ученые, около 4,6 миллиардов лет назад гигантское облако газа, называемое туманностью, сжалось под действием сил гравитации, превратившись во вращающийся диск газообразного вещества. Этот диск называется протопланетным диском. Через сто тысяч лет после сжатия в центре этого диска образовалось Солнце, вокруг которого вращалась остальная часть газового облака. Почти 98% этого газа составляли только водород и гелий. (Наше Солнце сегодня составляет 98% массы всей нашей Солнечной системы).

Протопланетный диск
Протопланетный диск

Газы и другие материалы в этом протопланетном диске за пределами Солнца начали группироваться в различные по размеру космические тела. Постоянные столкновения между этими телами образовывали миниатюрные планеты, называемые планетезималами. Эти зародыши планет в конечном итоге выросли в размерах, наращивая свои массы из-за растущих сил гравитации, и стали настоящими планетами в течение 100 000 лет после образования Солнца. Газовые гиганты, Юпитер и Сатурн, и ледяные гиганты, Уран и Нептун, сформировались намного быстрее, чем четыре земные планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс.

Согласно некоторым теориям, приблизительно 4,54 миллиарда лет назад крупное космическое тело врезалось в молодую Землю, в результате чего часть вещества планеты выбросило в космос. 

Столкновение Земли с космическим объектом
Столкновение…

Из этого выброшенного вещества впоследствии образовалась Луна. Остаточные газы все еще медленно кружились вокруг Солнца, вызывая гравитационные волны в космосе. Гигант Юпитер попал под влияние этих волн и начал двигаться внутрь, к Солнцу. Движение этого гиганта, с его мощной гравитацией, сеющей хаос, сместил астероиды со своих орбит и направил их на ближние к Солнцу планеты. В последующие несколько миллионов лет Земля и другие планеты земной группы пережили период постоянных ударов астероидами и другими более мелкими телами. Этот период в истории солнечной системы называется поздней тяжелой бомбардировкой. К счастью, Сатурн вскоре начал «тянуть» Юпитер назад туда, где он находится сейчас.

В этот момент Земля все еще остывала после образования Луны, а период бомбардировок поддерживал ее в вулканически активном состоянии. На определенном этапе астероиды или кометы, содержащие водяной лед, врезались в Землю, доставляя много водяного пара на Землю. Как только Земля остыла, этот пар сконденсировался и выпал в виде дождя. Вулканическая активность все еще продолжалась, и даже под новообразованными океанами сохранялись супервулканы. Лава постоянно текла по поверхности в течение почти 700 миллионов лет.

Все эти детали мы знаем приблизительно, изучая горные породы нашей планеты. Горные породы содержат информацию о всех видах трансформаций, которые они претерпевали. Они образовывались в течение миллионов лет, сохраняя свидетельства о планетарной активности. 

Геохронологическая шкала

Область геологии, которая изучает и датирует слои горных пород, называется стратиграфией. Она помогает ученым выяснить возраст многих геологических процессов и позволяет составить геологическую шкалу времени для нашей Земли. Данная геохронологическая шкала представляет собой время, прошедшее после образования Земли, разделенное на интервалы, каждый из которых отличается геологическим событием, информация о  котором содержится в образцах горных пород. Геологическое время делится на эоны, которые делятся на эры, которые в свою очередь делятся на периоды. Периоды далее делятся на эпохи, а эпохи на века. Эоны же сгруппированы в супер-эоны.

В геологии различают четыре эона:

Фанерозой542млн лет(от 542 млн лет назад до н.в.)
Протерозой1958млн лет(от 2500 до 542 млн лет назад).
Архей1500млн лет(от 4000 до 2500 млн лет назад).
Катархей600млн лет(от 4600 до 4000 млн лет назад).

Первые три эона сгруппированы под докембрийским суперэоном. Четвертый эон, называемый фанерозой, продолжается до настоящего времени. Хотя первые три эона вместе составляют большую часть истории Земли, растянувшейся на почти четыре миллиарда лет, там было мало примечательного с точки зрения биологической активности или геологического разнообразия. Таким образом, они обычно все вместе называются докембрийскими. Докембрий содержит эон Катархей, в то время формировалась Земля и произошла поздняя тяжелая бомбардировка; эон Архей, тогда впервые появилась вода и появились первые формы жизни; Протерозойский эон, в это время появились первые многоклеточные организмы, и атмосфера Земли впервые получила кислород в результате распространения цианобактерий.

Молодая планета Земля
Возможно так выглядела молодая Земля

В первые годы докембрия произошло формирование Луны, расплавленная Земля медленно остывала, и планета подвергалась бомбардировкам разнообразных космических тел. Вода, доставленная на Землю астероидами и кометами, и существовавшая в атмосфере в виде пара, начала конденсироваться и выпадать на поверхность планеты дождями. Океаны образовывались на фоне сильной вулканической активности. Части поверхности периодически охлаждались, образуя случайные массивы суши, но они сразу же поглощались лавой. Затем, примерно через 100 миллионов лет после образования Земли, температура стала достаточно стабильной для образования земной коры. Атмосфера была токсичной, почти без кислорода, но с большим количеством углекислого газа, азота и серы из-за вулканической активности.

Еще через полмиллиона лет появилось множество крошечных массивов суши. Они стали центром, вокруг которого сформировались современные континенты. К этому периоду относятся самые древние известные породы на Земле, сейчас они находятся в Австралии и датируются 4,4 млрд лет.

Песчаные скалы в Джек Хиллз
Песчаные скалы в Джек Хиллз в Западной Австралии, в которых был обнаружен кристалл циркона возрастом 4,4 миллиарда лет. Этот минерал — самый древний на Земле. Возраст этого обнаруженного зерна циркона, по крайней мере, примерно на 100 миллионов лет старше, чем возраст самых старых из изученных пород.

К середине докембрия земля достаточно остыла. В атмосфере еще не было кислорода. Кислород на нашей планете сегодня вырабатывается исключительно растительной жизнью. При недостатке кислорода, естественно, был и недостаточный слой озона, что подвергало Землю воздействию ультрафиолетовых лучей от солнца. Однако, атмосфера Земли  сохранилась, потому что началось формирование ее магнитного поля. Это защитило атмосферу от солнечного ветра.

Кристалл циркона

Самая древняя частица — кристалл циркона. Как говорят ученые, возраст этого кристалла составляет около 4.4 миллиардов лет. Кристалл такого возраста говорит о том, что кора Земли была сформирована спустя совсем непродолжительное время (в рамках Земли, конечно) после того как завершился процесс формирования нашей планеты в целом. Подобная находка послужила доказательством теории, утверждающей, что ранняя Земля не была столь горячей, как ее привыкли считать, а стало быть, раньше появились все условия для гидросферы и жизни на нашей планете.

Около 3,5 миллиардов лет назад с интервалом примерно в полмиллиарда лет образовались два суперконтинента, называемые Ваальбара и Ур. Эти участки суши были на самом деле довольно маленькими, вероятно, размером с Индию. Но так как они были единственными массивами суши в то время, их называют «суперконтинентами».

Недостаток кислорода в атмосфере не означал отсутствие жизни. Жизнь на Земле зародилась в начале докембрия, 4,1 млрд лет назад, когда Земля только начала охлаждаться. Обнаруженный крошечный фрагмент кристалла циркона (его размеры составляют всего лишь 200 на 400 микрон) имеет очень специфические углеродные вкрапления, что, возможно, указывает в сочетании с уже существовавшей в то время водой на признаки биологической активности.

Принято считать, что одним из факторов появления жизни является наличие больших океанов. Жидкая вода считается универсальным растворителем. Она доставляет все виды питательных веществ в самые отдаленные уголки планеты, тем самым позволяя веде развиваться жизни.

Ур Суперконтинент

Суперконтинент Ур

Земные вулканы помимо азота, метана и аммиака, также выделяют в атмосферу много углерода. Вместе с конденсирующимся водяным паром земля стала тиглем для формирования жизни в этой ранней среде, известной как первобытный суп. Считается, что в такой влажной среде образуются простые клетки. Небольшие водоемы, в которые могли попадать разряды молний, и глубоководные гидротермальные источники, содержащие питательные вещества для синтеза клеточной структуры, могли быть вероятным местом для формирования жизни. Подтвердить или опровергнуть данное предположение пока не удается. Ученые не смогли искусственно синтезировать жизнь. Как возникла жизнь, остается неразгаданной тайной.

Тем не менее, вода была единственной средой, которая содержала самые ранние одноклеточные формы жизни. Они могли просто поглощать питательные вещества из окружающей среды и расщеплять их в своей системе для поддержания жизни. Этот очень примитивный процесс сделал жизнь зависимой от питательных веществ из камней и воды. Но ко второй половине докембрия ранние одноклеточные бактерии стали поглощать инфракрасный свет вместо видимого и начали выделять кислород. Это был примитивный фотосинтез.

Фотосинтез позволил организмам впервые создать собственную пищу. Этот механизм дал большое преимущество и ускорил рост жизни: от прокариот до эукариот, которые начали размножаться половым путем, до многоклеточной жизни.

Прокариоты и эукариоты

Одноклеточные живые организмы прокариоты и эукариоты

Среди пород Земли существуют так называемые пластинчатые железные образования — слои породы из океана, показывающие периоды отложений нерастворимого оксида железа на дне океана в результате окисления кислородом растворенного в океане железа, датируемые 3,7 млрд лет. Эти образования свидетельствует о том, что в воде через определенные промежутки времени растворялось большое количество кислорода — явление, которое можно объяснить только как биологический процесс.

Остатки микроорганизмов находят в биохимических породах, которые называются строматалитами. Их возраст датируют 3,5 млрд лет. Образователями строматолитов являются цианобактерии и другие виды бактерий; в постройке некоторых из них принимали участие и эукариотические водоросли (цианобактерии еще называются сине-зелеными водорослями). Это древнейшая известная форма жизни.

 Архейский строматолит

Архейский строматолит возрастом 3,5 млрд лет в разрезе. Северо-западная Австралия. www.Carleton

Строматолиты
Строматолиты в Акульей бухте, Шарм-эль-Шейх, Египет 
Протерозойские строматолиты

Протерозойские строматолиты. Анабарское плато. Северная Сибирь. Фото Виталий Горшков

Наибольший расцвет цианобактерий пришелся на протерозойский эон, затем их роль резко снизилась. Цианобактерии были и остаются самой распространенной группой организмов на планете. Эти бактерии выделяют свободный кислород, одновременно химически связывая водород и углерод. В течении прошедших 3-х миллиардов лет до начала кембрия они являлись основным, наряду с фотохимическими реакциями в верхних слоях атмосферы, источником свободного кислорода в атмосфере Земли.

Таким образом, благодаря жизнедеятельности древнейших микроорганизмов, спустя два миллиарда лет после образования Земли, впервые в воздухе появился постоянный запас кислорода.

 Пластинчатые железные образования
Пластинчатое железообразование в районе Мезаби, штат Миннесота.

Примерно в то же время в Неоархее (от 2,8 до 2,5 млрд лет назад) был сформирован новый суперконтинент под названием Кенорленд, после того, как Ваальбара распался, и его части оказались в современной Австралии и Африке. Кенорланд был намного больше, чем Ваальбара или Ур. Он был таким же большим, как Африка, и существовал где-то недалеко от экватора в течение ста миллионов лет, прежде чем распался.

Между тем атмосфера Земли претерпела радикальные изменения по мере усиления фотосинтеза. Атмосфера превратилась из тошнотворной смеси угарного газа, метана, аммиака и азота в гораздо более токсичную смесь с большим количеством чистого кислорода, что было настоящей катастрофой для существующих форм жизни. Чистый кислород и сегодня все еще остается токсичным для всей жизни на Земле, включая человека. Поскольку цианобактерии были водными, они также насыщали и океаны кислородом. Это называется Кислородной катастрофой, случившейся 2,45 млрд лет назад. Повышение уровня этого нового газа в земной экосистеме привело к двум крупным событиям на Земле: первому массовому исчезновению живых организмов и первому ледниковому периоду.

Данное вымирание живых организмов, более известное как массовое вымирание, — это вымирание большого числа видов в течение короткого периода геологического времени. За всю историю Земли произошло 24 случая вымирания — до того, как люди появились около 200 000 лет назад. Пять из них были особенно масштабными. Эти  массовые вымирания называют «Большой Пятеркой».

Классическая «большая пятёрка» вымираний выглядит так:

450—443 млн лет назад — Ордовикско-силурийское вымирание — массовое вымирание на границе ордовикского и силурийского периода — третье из пяти сильнейших вымираний по процентной части в истории Земли и второе — по потерям в количестве живых организмов. В ходе этого события всего исчезло от 22 до 27% всех семейств и от 43 до 61% всех родов, в частности, от 72 до 86% видов и более 100 семейств морских беспозвоночных.

372 млн лет назад — Девонское вымирание — массовое вымирание видов в конце девона. Всего вымерло за этот период 19 % семейств и 50 % родов.

253—251 млн лет назад — Массовое пермское вымирание.  Это вымирание было самым массовым из всех вымираний, приведшее к исчезновению 57% всех семейств и 83% всех родов, более 90% (по некоторым данным, даже 95%) морских видов и более 70% видов наземных позвоночных. После этого вымирания на восстановление биоразнообразия наземных организмов понадобилось 50 млн лет, а морских — до 100 млн лет.

208—200 млн лет назад — Триасово-юрское вымирание. В результате этого вымирания вымерло 23% всех семейств и 48% всех родов, около половины известных нам видов, живших в то время на Земле.

65,5 млн лет назад — Мел-палеогеновое вымирание.  Последнее из всех массовых вымираний, уничтожившее 17% всех семейств и 39—47% всех родов, 68—75% всех видов, в том числе и динозавров. Это вымирание вызывает большой интерес, поскольку форсировало эволюцию млекопитающих.

Массовые вымирания
Возникновение массовых вымираний

Массовые вымирания всегда происходят после внезапных, быстрых и неконтролируемых изменений в глобальном климате — что очевидно, потому что только такие широко распространенные изменения могут убить разнообразные виды, распространенные на суше и в воде за короткий промежуток времени. И наоборот, массовые вымирания могут также повлиять на глобальный климат, поскольку, к примеру, исчезновение большинства людей на Земле, вероятно, нарушит кислородный баланс.

По мере увеличения фотосинтеза было очень мало жизненных форм, способных потреблять достаточное количество этого нового газа — кислорода. Организмы того времени были анаэробными, неспособными существовать при значимых концентрациях кислорода. Ядовитому кислороду некуда было деваться, потому что не было его поглотителей. По мере увеличения содержания кислорода в атмосфере и океанах, только что сформировавшаяся ранняя жизнь также быстро угасала. Вот почему Кислородная катастрофа стала первым известным случаем исчезновения живых организмов.

Другим следствием Кислородной катастрофы было образование ледников. Увеличение концентрации кислорода естественным образом удаляло из атмосферы много парниковых газов, в особенности метан. Кислород понижает температуру воздуха, поэтому, кстати, лесные массивы намного холоднее современных городов. Насыщение кислородом в атмосфере привело к тому, что средняя температура стала на 5°C ниже, чем сегодня. Атмосфера стала неспособной сохранять планету теплой. Температура начала резко падать, предвещая ледниковый период.

Ледник Маласпина Аляска

Ледник Маласпина, Аляска, США. 1966г. Из коллекции фотографий ледника. Боулдер, Колорадо, США: Национальный центр данных по снегу и льду.

Интервалы холодного климата длительностью в сотни миллионов лет, в течение которых образуются обширные материковые ледниковые покровы и отложения, называются ледниковыми эрами. Ледниковые эры подразделяются на ледниковые периоды — периодически повторяющиеся (продолжительностью до нескольких миллионов лет) этапы геологической истории Земли, во время которых происходит значительное понижение температуры. Ледниковый период состоит из периодов сильного холода, называемых периодами оледенения (ледниковой эпохой, гляциалом), во время которых появляются большие ледниковые покровы и ледники на континентах, и периодов с относительными потеплениями — эпохами сокращения оледенения, называемыми межледниковьем (межледниковой эпохой, интергляциалом), когда расположение ледовых щитов ограничено полюсами. Ледниковая и межледниковая эпоха вместе образуют один ледниково-межледниковый цикл.

Ледники. Антарктида
Южный полюс. Антарктида. Ледники, так называемые «ледяные реки», текут вокруг гор так же, как жидкая вода течет по скалам. Фото Джека Флетчера

Ледниковый период, вызванный Кислородной катастрофой, был первым из нескольких ледниковых периодов, которые произошли на Земле, и называется Гуронским ледниковым периодом. Это было одно из наиболее продолжительных оледенений на Земле, произошедшее в палеопротерозое и длившееся около 300 млн лет. Сколько всего было на протяжении истории Земли ледниковых периодов точно неизвестно. Есть сведения о пяти, возможно, семи ледниковых периодах, начиная с докембрийского. А вот, ледниковых эпох, установлено, за последние 800 тыс. лет было восемь. Каждая из них продолжалась от 70 до 90 тыс. лет. Соседние ледниковые эпохи разделялись относительно непродолжительными (10-30 тыс. лет) межледниковьями. Сейчас мы находимся в очередном межледниковье, начавшемся примерно 12 тысяч лет тому назад. Этот этап когда-нибудь закончится, и в будущем нас ждет очередная ледниковая эпоха.

В следующей статье обсуждается гуронский ледниковый период, криогенный или второй ледниковый период, распад суперконтинента Кенорланд и образование новых суперконтинентов, а также первый из пяти основных массовых вымираний и гамма-всплески.

По материалам: https://thewire.in/science/a-brief-history-of-the-earth-how-it-all-began

c-sin






Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *