Книга Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты - Элизабет Эрвин-Бланкенхайм

и он называется периодом поздней тяжелой бомбардировки. Физики и астрономы связывают рост интенсивности бомбардировки астероидами и кометами с периодом, когда происходило перемещение газовых планет-гигантов Юпитера и Сатурна с внешних орбит на внутренние и назад[403]. К этой же эре относятся первые свидетельства образования коры на Земле. Возраст горных пород из Западной Гренландии, которые называются зеленокаменным поясом Исуа, составляет 3,8 млрд лет. Геологи предполагают, что кора уже должна была существовать и начинались тектонические движения плит, потому что эти горные породы сформировались в условиях тектонической активности. По мере остывания планеты началась ее дифференциация на различные слои, наблюдаемые сегодня. Эти преобразования привели к «современной тектонике плит»: движению коры и мантии в результате конвекции, которое требовало наличия твердой литосферы и латерального движения кратонов. Кора начала разделяться на более легкие породы, такие как граниты, и более плотный материал – базальты. В период с 3,5 до 2,7 млрд лет назад происходило формирование массивов суши в результате агрегирования коры в легкий, богатый диоксидом кремния материал, объединявшийся в протоконтиненты, и плотный, богатый железом материал, составляющий океаническую кору.

Архей славится тем, что в этом эоне началось взаимодействие оболочек Земли, сформировался первый суперконтинент, происходило обогащение химического состава океанской воды, а также начался переход от второго состава атмосферы к третьему, современному, при помощи первых живых организмов. Основу второго состава атмосферы составляли диоксид углерода, водяной пар, метан и азот. Такая атмосфера уже не исчезала, но почти не содержала молекулярного кислорода. Следовательно, в то время не существовало защитного озонового слоя в стратосфере. Ученые полагают, что как только на Земле начались тектонические процессы, из мантии стали выделяться большие количества азота через трещины, а также в местах столкновения и погружения литосферных плит[404].

Ученые не пришли к единому мнению об источнике воды и времени ее появления на Земле, и исследования продолжаются. Как уже отмечалось, многие исследователи полагают, что условия на Земле в гадейском эоне были слишком жаркими для существования жидкой воды, и она могла появиться только после остывания Земли в архее. При таком сценарии, по утверждению ученых, происхождение воды на Земле связано с астероидами, которые содержали молекулы воды и сталкивались с нашей планетой в период поздней тяжелой бомбардировки[405]. Современные астероиды почти не содержат воды, но наиболее вероятно, что в более ранний период истории Солнечной системы древние астероиды несли гораздо большие количества воды.

Недавние исследования, основанные на анализе изотопов водорода астероидов и метеоритов, показали, что вода на Земле имеет тот же изотопный сигнал, что и изотопы водорода в метеоритах с астероида Веста, находящегося рядом с Землей во внутренней части Солнечной системы. Геохимические данные позволяют предположить, что аккреция планеты могла происходить во «влажных» условиях, при наличии воды, еще с рождения Земли 4,6 млрд лет назад[406]. Согласно этой версии, богатые водой метеориты обеспечили 30 % всего количества воды на Земле с самого начала существования планеты, а остальная вода появилась в результате столкновений с астероидами позднее.

Вероятным источником воды на ранней Земле были не только астероиды и, возможно, метеориты, но и вулканы, которые начали выбрасывать водяной пар наряду с углекислым газом и сероводородом. Геологи считают, что после формирования атмосферы второго состава вулканические извержения служили дополнительным источником воды на планете. Земля занимает уникальное положение в Солнечной системе: это место, где вода может существовать в трех формах – газообразной, твердой и жидкой. Без жидкой воды жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не могла появиться.

Примерно 3,8 млрд лет назад (хотя некоторые ученые считают, что это могло произойти раньше) Земля остыла до температуры ниже точки кипения (100 °C), и началась конденсация воды и формирование древнего океана[407]. Ученые предполагают, что в архее дождь, возможно, шел тысячелетиями. Круговорот воды во времена второго состава атмосферы начинался с испарения над молодым океаном. Между тем, когда атмосфера Земли уже была защищена магнитосферой, порожденной внешним ядром планеты, в результате вулканической активности выбрасывался углекислый газ и метан.

Первыми живыми организмами на Земле, возможно, были анаэробные бактерии, экстремофилы, из жерл глубоководных гидротермальных построек, которые называются черными курильщиками. Тем не менее фотосинтезирующие живые организмы в составе планктона, возможно, существовали гораздо ранее, чем показывает геологическая летопись. Геологи обнаружили изотопные маркеры биогенного происхождения в горных породах зеленокаменного пояса в провинции Исуа на юго-западе Гренландии, датируемые периодом 3,7 млрд лет и свидетельствующие о наличии одноклеточных организмов и процессе фотосинтеза[408]. Через несколько сотен миллионов лет – 3,4 млрд лет назад – в геологической летописи появляется новая форма жизни – одноклеточные цианобактерии. Цианобактерии были первыми организмами, в отношении которых достоверно установлено, что они осуществляли фотосинтез, преобразовывая углекислый газ в кислород, и образовывали структуры, известные как строматолиты. Сначала весь кислород, произведенный цианобактериями, растворялся в океанской воде, в которой было много восстановленного растворенного железа, делавшего воду зеленой. По мере увеличения концентрации кислорода в воде железо осаждалось в океанических бассейнах, и цвет воды океанов стал голубым. Геологи говорят, что океаны «проржавели» в результате этого процесса около 2,6–2,4 млрд лет назад, в конце архея и начале протерозоя. В результате отложения железа на океаническом дне образовалось огромное количество полосчатых железистых кварцитов, которые являются источником большей части железа, добываемого сегодня.

Строматолиты – древнейшие ископаемые на Земле. Долгие годы самыми древними считали строматолиты возрастом 3,5 млрд лет из австралийской провинции Пилбара, но в 2016 г. геологи обнаружили – тоже в супракрустальных поясах горных пород Исуа на юго-западе Гренландии – гораздо более старые слои строматолитов, возрастом около 3,7 млрд лет[409]. Строматолиты создаются цианобактериями. Большинство цианобактерий жили и по-прежнему процветают на мелководье в чистой воде или в пределах литоральной зоны, слой за слоем создавая округлые холмики из колоний с захваченными частицами между слоями. Геологи обнаружили несколько строматолитов (куполовидных) на глубоководных участках, до 700 м, во Флоридском проливе[410]. Возможно, цианобактерии не были самыми первыми формами жизни на Земле, но они стали первыми фотосинтезирующими организмами и обладали важнейшей способностью поглощать углекислый газ и высвобождать молекулярный кислород как побочный продукт и, как уже говорилось ранее, оказали огромное влияние на изменение состава атмосферы Земли. Современные строматолиты образуются, например, в Индийском океане в заливе Шарк у побережья Австралии и в других местах.

Недавно проведенные исследования показали, что первые живые организмы, появившиеся на Земле в архее, не имели защиты от ультрафиолетового излучения Солнца, но часть первых бактерий, возможно, разработали собственный солнцезащитный экран[411]. Железоокисляющие бактерии обитали в богатых железом океанах и превращали железо из одной формы в другую, обеспечивая себе защиту от солнечной радиации. Такой способностью