Мир протерозоя

// // Научно-популярные материалы //

Около 2,5 млрд лет назад архей сменился другой геологической эрой, которую назвали протерозоем. Это слово означает «первичная жизнь», хотя сейчас в древних горных породах уже найдены гораздо более ранние следы жизни.

В протерозое произошли важнейшие события истории Земли. Несколько небольших островков в огромном Мировом океане выросли до размеров континентов, которые покрыли одну четвёртую поверхности Земли. Атмосфера заполнилась кислородом, поступавшим от бесчисленных крошечных организмов, которыми уже в то время изобиловали огромные океаны. Все признаки указывают на то, что многие из этих организмов в процессе эволюции превратились в первые сложные многоклеточные формы жизни.

Никто не может точно сказать, ни сколько континентов было в те далёкие времена, ни какую форму они имели. Но, изучая горные породы и датируя их по состоянию распада радиоактивных изотопов, геологи обнаружили, что в сердце каждого современного континента есть древнее ядро, или «кратон». Современные континенты формировались на основе этих старых кратонов по мере присоединения или отпадания горных пород.

ГОРООБРАЗОВАНИЕ

Первые горные хребты, вероятно, появились в протерозое. Осадки (обломки горной породы, разрушенные под воздействием погодных условий) образовали тонкие слои породы по краям континентов. При сближении континентов эти слои сминались, образуя длинные горные хребты.

Ранними микроскопическими формами жизни, появившимися примерно 5 млрд лет назад, были прокариоты - одноклеточные организмы, не имевшие ядра, в котором содержится генетический материал (ДНК). Уже ближе к концу протерозоя, завершившегося около 540 млн лет назад, появились эукариоты, в клетках которых было ядро. Это произошло в результате того, что большие клетки вовлекали во взаимные, или «симбиотические», отношения мелкие организмы, которые со временем превратились всего лишь в части клетки.

Крупицы магнетита вели себя как маленькие компасы, нацеливаясь на Северный магнитный полюс и оставаясь в этом положении по мере формирования породы. Именно это позволяет судить о том, как перемещались и меняли свою форму континенты Земли на протяжении веков. Магнитные породы свидетельствуют, что кратоны, находящиеся в основе современных континентов, дрейфовали вдоль и поперёк всего земного шара, иногда сливаясь в единый огромный суперконтинент, окружённый всемирным океаном, а иногда раскалываясь, создавая новые континенты и новые океаны.

Горообразование. При столкновении континентов слои породы, которые накапливались у них по краям, часто спрессовывались и образовывали горы в процессе, который называется орогенезом.

Кислород и жизнь. Кислород, от которого зависит жизнь огромного количества животных, начал попадать в воздух благодаря некоторым живым существам в эпоху протерозоя. Подобно тому как сегодня растения выделяют в воздух кислород, так же это делали растениеподобные морские микроорганизмы в течение миллиардов лет. До недавнего времени учёные полагали, что медленное добавление кислорода в воздух этими микроорганизмами, которые называются цианобактериями, или сине-зелёными водорослями, и проложило путь к появлению сложных форм жизни 700 млн лет назад.

Магнитные карты. Хотя у каждого современного континента есть свой старый кратон, это не значит, что континенты всегда существовали в таком же виде, как сегодня. Ключевым открытием прошлого столетия стало то, что многие горные породы содержат крупицы магнетита - магнитной железной руды.

РОДИНИЯ

В конце архея малые континенты начали сближаться, в конечном итоге сформировав один гигантский суперконтинент, которому учёные дали название Родиния. Это произошло около 1,1 млрд лет назад. Примерно 750 млн лет назад этот суперконтинент начал вновь распадаться, и с северо- запада на юго-восток протянулся большой водораздел, который позднее стал Тихим океаном.

Вероятно, около 1,1 млрд лет назад все континенты были объединены в один, который геологи назвали Родинией. Он располагался на Южном полюсе. За время формирования Родинии произошло много эпизодов горообразования, например, гренвильский орогенез в том месте, где в настоящее время располагается Северная Америка. Когда примерно 750 млн лет назад протоконтинент Родиния начал разделяться, изменение условий, по- видимому, оказало очень большое влияние на развитие жизни. Земля стала очень холодной, а изменения в океанической среде обитания, как полагают, вызвали внезапное и быстрое развитие новых и сложных видов морской флоры и фауны.

Поворотным моментом, как полагали учёные, стала «кислородная катастрофа», произошедшая 2,4 млрд лет назад, в начале протерозоя. Тогдабактерии, наконец, начали производить больше кислорода, чем потребляли другие организмы. Но верна ли эта гипотеза?

Во-первых, некоторые учёные предполагают, что следы возрастом 3,5 млрд лет, обнаруженные в горных породах в Австралии и идентифици­рованные как окаменелые цианобактерии, могут быть просто химическими соединениями, а цианобактерии появились не ранее чем 2 млрд лет назад, то есть слишком поздно, чтобы быть причастными к кислородной катастрофе. Во-вторых, в море есть слои горных пород, называемые пластовыми железорудными формациями, которые формируются при ржавлении железосодержащих пород под воздействием воды и кислорода. Наличие этих слоёв позволяет предположить, что 1,9 млрд лет назад уровень кислорода сокращался, а не возрастал.

«Земля-снежок»

По карте можно определить, из каких частей протерозойского суперконтинента сформировались те или иные части современных континентов.
Действительно, геологические и химические процессы, возможно, добавили в атмосферу столько же кислорода, что и цианобактерии. Они также, вероятно, привели к тому, что уровень содержания кислорода в море стал выше, чем в воздухе. Если это так, то именно из-за этого мог нарушиться парниковый эффект, благодаря которому за счёт сокращения потерь тепловой энергии, проходящей через атмосферу, на Земле был тёплый климат. Таким образом, именно эти процессы ввергли мир в невероятно долгий ледниковый период, который длился полмиллиарда лет, согласно гипотезе

«Земли-снежка», предполагающей, что тогда вся планета была покрыта льдом. Холод сказался и на цианобактериях. Когда этот ледниковый период наконец закончился и цианобактерии отогрелись, к ним присоединились другие бактерии, производившие сероводород, из-за которых вода в океанах на миллионы лет стала застойной и дурно пахнущей. Важным событием, вероятно, стало озеленение суши водорослями и первыми лишайниками 800 млн лет назад. Это не только обогатило кислородом воздух, но также добавило в море питательные вещества в виде обломков горных пород с растительностью, что привело к бурному появлению сложных форм жизни в океанах.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Эукариоты - организмы со сложной структурой клетки, где чётко определено ядро, содержащее ДНК. Прокариоты - одноклеточные живые организмы, в которых генетический материал распределён в самой клеточной структуре. Орогенез - эпизод горообразования. Клоудина - небольшое ископаемое животное - одна из самых ранних скелетных окаменелостей, известных учёным.