Алексей Розанов - Что произошло 600 миллионов лет назад

• Название: Что произошло 600 миллионов лет назад
• Автор: Алексей Розанов
• Издательство: Наука
• Жанр: География
• Год: 1986

В истории развития органического мира Земли было несколько важнейших событий, таких, как возникновение жизни, появление эвкариот, затем многоклеточных организмов. 600 миллионов лет назад многоклеточные животные впервые получают возможность строить скелет, и о тех пор органический мир Земли приобретает все более сходные с современностью черты. Об условиях, в которых произошло это важное событие, и гипотезах о причинах появления скелета у животных идет речь в предлагаемой читателю книге.

---

Долгое время на основании исследований верхов юдомия (венда), непосредственно подстилающего томмотский ярус кембрия, существовала тенденция к удревнению возраста границы. Ряд исследователей считали, что граница проходит где-то в пределах 600 млн. лет.

Однако в самое последнее время стали развиваться две совершенно противоположные тенденции. По материалам из Китая, где также находится один из лучших разрезов переходных толщ от докембрия к кембрию, китайские и австралийские ученые стали получать цифры более 600 млн. лет, причем относящиеся уже даже к относительно более молодым отложениям, чем томмотские. Эти данные были получены с помощью самых современных радиоизотопных методов (Rb/Sr) и вызвали полную растерянность среди исследователей. Правда, вскоре к этим цифрам стали относиться более скептически, ставя под сомнение методическую сторону исследований.

Самые последние опубликованные результаты несколько более обычны. Для аналогов томмотского яруса приводятся значения 602±15 млн. лет, а для атдабанского — 568—573±7—32 млн. лет.

В то же самое время группа исследователей во главе с французским ученым Ж. Одэном стала доказывать, что граница кембрия и докембрия проходит в пределах 530— 540 млн. лет. Ж. Одэн и его коллеги вернулись снова к старому методу определения возраста К/Ar по глаукониту (минерал из группы слоистых силикатов), «реанимировали» его, показав, что при соблюдении определенных условий этот метод может давать очень точные результаты.

Не вдаваясь в обсуждение самого метода, отметим, однако, что материал, использованный Ж. Одэном, со стратиграфической точки зрения вызывает большие сомнения. В большинстве случаев, если не во всех приводимых этой группой исследователей, невозможно доказать, что определения относятся к отложениям собственно пограничных отложений верхов венда и томмотского яруса. Более того, датировки, приводимые этими исследователями, говорят скорее о возрасте крупных тектонических перестроек, которые происходили в послетоммотское время на обширных территориях Северной Европы и, естественно, не могли не повлиять на смежные регионы. А именно данные по Европе и Северной Африке лежат в основе рассуждений Ж. Одэна и его коллег.

Таким образом, сегодня вопрос о реальной датировке границы кембрия и докембрия, как и прежде, остается нерешенным. Цифра 570 не была поколеблена, но и цифра 600 с той же степенью достоверности (или, вернее, недостоверности) может быть принята. Сегодня лишь ясно, что цифры 630—650 указывают уже заведомо на венд (таких данных вполне достаточно), а цифры 540—530 — на кембрий (и таких данных тоже уже весьма достаточно).

Я обсуждаю здесь ситуацию с датировками границы кембрия и докембрия не только потому, что было бы интересно знать точную цифру, но и для того, чтобы показать еще раз, что калибровка стратиграфических подразделений и определение границ с помощью геохронологии («абсолютного возраста») не может быть произведена. Все цифры абсолютного возраста нужны нам лишь для того, чтобы прикинуть временной масштаб явлений в истории Земли и органического мира, которые мы обсуждаем.

Глава I. Первые 3-4 миллиарда лет

Итак, начнем все сначала. Еще лет 60—70 назад представления о возрасте Земли и времени образования жизни были таковы, что речь шла всего лишь о первых сотнях миллионов лет. Однако в связи с бурным развитием ядерной физики и изотопной геохронологии, т. е. с появлением возможности определения абсолютного возраста горных пород, мы стали получать данные о более древнем возрасте пород Земли. В последние два десятилетия сложилось устойчивое представление о том, что наиболее достоверные цифры, полученные по породам, составляют несколько более 3,5 млрд. лет. Но вот совсем недавно австралийскими учеными были получены цифры более 4 млрд. лет. Сегодня господствует представление об образовании Земли 4,5 млрд. лет тому назад.

Параллельно с годами и возраст древнейших находок жизни все увеличивался. Сегодня это уже более 3—3,5 млрд. лет тому назад. А что скажут ученые завтра? А послезавтра?

Следует, однако, заметить, что те находки органических остатков, возраст которых приближается к 3 млрд. лет, представлены организмами, хотя и очень примитивными, но, возможно, уже использующими в своем жизненном цикле кислород. С другой стороны, несмотря на многообразие представлений о механизме возникновения жизни, все современные исследователи более или менее едины в представлении о том, что атмосфера, в которой зародилось живое, была, безусловно, бескислородной. И, таким образом, возникает мысль о том, что жизнь зародилась заведомо ранее 3,5 млрд. лет, т. е. до появления кислородпотребляющих и кислородвыделяющих организмов.

Итак, 3—3,5 млрд. лет тому назад в атмосфере, вероятно, присутствовал кислород. Однако обычно считается, что в то время содержание кислорода составляло менее 0,1% от современного его содержания в атмосфере, Но ряд исследователей, занимающихся изотопией таких элементов, как сера и углерод, в древних породах архея и протерозоя, предполагают, что процент содержания кислорода в атмосфере был значительно выше.

Советский исследователь В. И. Виноградов прямо пишет: «Детальное, насколько это возможно, изучение изотопного состава серы и углерода в архейских метаосадочных породах показывает сходство изотопного состава сульфатной серы и карбонатного углерода с фанерозойскими и современными осадками. Это служит убедительным доказательством принципиальной неизменности условий осадконакопления в течение всей геологической истории планеты. В свою очередь, это означает, что газоводная оболочка Земли в ее современном виде (составе) тоже существует свыше 3500 млн лет. И столь же длительное время существует биосфера, и активность ее по отношению к круговороту циклических элементов остается практически постоянной.

Наиболее сложно представить себе, в каких формах была архейская биосфера и как достигался ее высокий уровень активности. Сегодня на эти вопросы трудно ответить даже гипотетически. Во всяком случае, ответ на них должен быть связан с коренным пересмотром современных представлений».

В этой связи интересно, что группа ученых Сибирского отделения АН СССР во главе с Ю. П. Казанским пришла к близкому заключению, но совершенно на другой основе. Они исследовали газовые включения в древних породах. Вывод — в архее кислорода было уже очень много, а в протерозое состав атмосферы практически уже одинаков с современным.

Однако многие исследователи полагают, что находки так называемых строматолитов, образованных бактериями и синезелеными водорослями, не позволяют утверждать существование продуцентов кислорода. С их точки зрения, синезеленые водоросли (и, конечно уж, бактерии) использовали фотосистему, при которой CO2 + 2Н2 → CH2O + H2O + 2S. И, таким образом, находки этих организмов в древнейших толщах не противоречат наличию в то время восстановительных условий в присутствии сульфидов.

В конечном итоге все исследователи приходят к мысли о насыщении атмосферы кислородом, но разным ученым представляется, что это произошло на разных этапах истории Земли. Однако существенных противоречий в том, что водная оболочка Земли возникла в результате дегазации мантии, нет. Проблема лишь в том, что одни считают, что дегазация мантии происходила более или менее постепенно, другие — достаточно быстро и очень давно. Одни считают, что это произошло ранее 3,5 млрд. лет, а другие — в интервале 4,6—2,5 млрд. лет.

На сегодняшнем уровне наших знаний кажется достаточно очевидным, что существует два основных источника кислорода. Первый из них — это вода, в результате диссоциации которой, под влиянием ультрафиолетовых лучей, образуется водород и кислород. Водород в основном уходит в космос, а более тяжелый кислород остается.

Второй источник — это фотосинтез. В течение времени, естественно, второй источник стал несоизмеримо более существенным.

Следовательно, для нас очень важны два момента в истории Земли. Момент появления больших масс воды, который мы можем в грубых чертах считать и моментом появления свободного кислорода, и момент появления фотосинтезирующих организмов, который опять же с определенными допущениями можем считать моментом, с которого началось резкое увеличение свободного кислорода в атмосфере.

Есть целый ряд показателей, которые, по мнению многих исследователей, дают основания думать, что еще 2,5 млрд. лет тому назад кислорода в атмосфере было значительно меньше, чем сейчас. К ним относятся такие показатели, как преобладание FeO в породах над Fe2O3, большая редкость в древних породах глауконита; высокие отношения марганца к железу в докембрийских толщах по отношению к фанерозойским. Но все это говорит лишь о том, что кислорода было меньше, но его могло быть достаточно много.