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

где теперь находятся горы, существовал океан. Кварциты и другие метаморфические породы гор Медисин-Боу у озера Мари первоначально формировались из песка, рифов и прибрежных глин на мелководье океанов, это было до того, как в результате процесса литификации, включая цементацию, они превратились в песчаник, известняк и сланцы соответственно. Океан просуществовал достаточно долго для того, чтобы осадки накопились и литифицировались, по меньшей мере до процесса сдвига, когда литосферные плиты сталкивались и скользили относительно друг друга. Более того, до сдвига известняк претерпел дальнейшее превращение в доломит, поскольку магний в результате циркуляции воды просачивался в его матрицу. В результате столкновения начали действовать метаморфические силы сжатия и сдвига, и песчаник превратился в кварцит, который мы видим сегодня, доломит – в метадоломит, а сланцы в филлиты. Знаки ряби от океанических течений и плоскости напластования по-прежнему видны в кварцитах.

Рис. 8.4. Вверху: стрельчатые складки, сланцы Френч, пояс Шайенн, Вайоминг; внизу: строматолит в метадоломитах из формации Нэш-Форк, Снежный хребет, Вайоминг (фотографии автора, 2017)

Метадоломиты из формации Нэш-Форк немного моложе, чем кварцит, и содержат большое количество строматолитов (рис. 8.4, внизу). Эти строматолиты Вайоминга, возрастом 2 млрд лет, относятся к одним из самых крупных и известны во всем мире. Геологи обнаружили три древние структуры рифов в зоне Снежного хребта, протяженность которых составляет от 55 до 966 м. Были также найдены более 150 биогермов (холмов из водорослевых матов), образованных из строматолитов шириной 1–33 м и длиной 3–33 м. По мнению геологов, протерозойские строматолиты имеют такие большие размеры, потому что никакие роющие или другие животные не мешали их росту.

Строматолиты Снежного хребта, сохранившиеся в метадоломитах, тоже подвергались сдавливанию и деформации во время сжатия и сдвига суши, но их сущность, формы и строение по-прежнему можно увидеть. Изменения окружающей среды были катастрофой для создавших строматолиты древнейших форм жизни. Эти существа, конечно, не осознавали, какая судьба им уготована, но их воплощение в камне стало посланием, отправленным в будущее, которое рассказывает о давно ушедших временах на Земле.

В позднем протерозое, в период между 800 и 750 млн лет назад, суперконтинент Родиния раскололся на меньшие массивы суши, в результате чего образовались три континента: Северная Родиния, Южная Родиния и Конго. Всего через 150 млн лет в результате панафриканского столкновения (панафриканской коллизии), когда эти три массива суши опять слились, сформировался новый континент, Паннотия (Большая Гондвана). Континенты поворачивались и сталкивались в период между 650 и 560 млн лет назад. Но затем суперконтинент Паннотия почти сразу после образования раскололся на четыре континента палеозойской эры: Лаврентию (Северная Америка), Балтику (Европа), Сибирь и Гондвану. Паннотия просуществовала примерно 50 млн лет[420]. В результате панафриканского столкновения, создавшего Паннотию, появились горы, климат стал холоднее, поэтому снизился уровень моря. Ледниковые щиты существовали на обоих полюсах, хотя палеоклиматологи считают, что в районе экватора океан был свободен ото льда, и называют такое состояние «ледниковым миром».

Геологи делают выводы о существовании Паннотии на основании того, что континенты – их шельфы и края – соответствуют друг другу, как кусочки мозаики. Хотя доказательств мало, ученые обнаруживают согласующиеся осадочные и магматические породы одного возраста и состава на когда-то разделившихся континентах. Геологи также подтвердили местоположение Паннотии в неопротерозойскую эру, используя палеомагнитные данные о положении полюсов в тот же период времени.

Цианобактерии, которые в архее начали вырабатывать кислород, продолжили ритмично наполнять его избытками протерозойскую атмосферу. Результаты недавних исследований показывают, что «кислородная революция» охватывает период с начала палеопротерозоя, 2,426 млрд лет назад, до 2,06 млрд лет назад[421]. Возможно, этот процесс привел к первому массовому вымиранию – вымиранию анаэробных бактерий. Ученые утверждают, что окисление было взаимосвязано с формированием крупных магматических провинций на суше, а также с началом обледенения.

В протерозое было запущено несколько механизмов обратной связи между диоксидом углерода, метаном, выветриванием силикатных пород и составом океанской воды, которые привели к понижению глобальных температур. Этот эон знаменит тем, что впервые сформировались условия Земли-снежка, которые на протяжении протерозоя наблюдались три раза, когда вся планета замерзала в результате снижения концентраций углекислого газа и метана, приведшего к глобальному похолоданию, выпадению снега и массовому образованию льда. Как только температура резко упала и более половины поверхности Земли оказалось покрыто льдом, лед стал отражать солнечный свет, что привело к еще большему похолоданию. Это оледенение, известное как Гуронское, состояло, по меньшей мере, из трех периодов и продолжалось с 2,4 млрд до 2,25 млрд лет назад[422]. Последнее оледенение известно только в Южной Африке.

Земля-снежок и появление более сложных живых организмов

В конце протерозойского эона, в неопротерозойскую эру было еще несколько периодов с условиями Земли-снежка, когда вся планета замерзла и на ней господствовали ледники. Первый из этих периодов, начавшийся 720 млн лет назад и продлившийся, вероятно, до отметки 660 млн лет назад, когда он вдруг закончился, известен как стертское оледенение. Геологи отмечают возможное существование еще более раннего, кайгасского оледенения (800–735 млн лет назад), но горные породы, использовавшиеся для определения этого периода, вероятно, имеют не ледниковое происхождение, поэтому сам период сомнителен. Еще один эпизод начался 637 млн лет назад и продлился 2 млн лет. Оба этих эпизода полного или почти полного замерзания Земли относятся к промежутку времени, который из-за двух ледниковых периодов называют криогеновым периодом неопротерозойской эры[423]. Геологам известно, что планета почти полностью замерзла, потому что на юге Австралии, в Южной Африке и на других континентах найдены ледниковые отложения, которые по результатам изотопного анализа относят к указанным периодам[424].

Наряду с ледниковыми отложениями (часть которых была найдена на тех участках, где сейчас находится экватор), во множестве мест были обнаружены неопротерозойские эрратические камни, что подтверждает наличие ледниковых щитов. Такие эрратические камни наблюдаются в местах, где лед встречается с океаном. В результате таяния льда горные породы, увлекаемые ледниковым щитом, высвобождаются и погружаются в залегающий ниже материал, а затем оказываются полностью заключены в оболочку, когда окружающие осадки превращаются в горную породу.

Ученые продолжают спорить о том, покрывал ли лед Землю полностью, или оставался открытый участок воды около экватора («Земля—талый снежок»)[425]. Неважно, какую концепцию ученые сочтут более точной, и та и другая указывают на существование на Земле множества периодов крайнего холода. Условия Земли-снежка, которые мы обсудили здесь, относятся только к тем, что существовали в докембрии. Они представляют криогеновый период.

Сложное равновесие газов в атмосфере, состав океанов, эрозия суши и деятельность живых организмов всегда оказывали огромное влияние на климат на Земле. Пусть содержание углекислого газа в атмосфере в позднем протерозое и было низким, но он все равно был парниковым газом,