Что такое докембрийский фундамент
Обновлено: 17.05.2024
От кембрия и до сотворения мира.
Еще недавно практически единственными свидетельствами древней жизни были окаменевшие скелетные остатки – кости и раковины. Однако, как выяснилось, организмы «обзавелись» скелетом немногим более 500 млн лет назад – в эпоху фанерозоя. Сама же жизнь оказалась старше – много старше, чем можно было себе вообразить. Огромное количество новых находок позволило реконструировать общую картину эволюции биосферы в криптозое (эре скрытой жизни) – дофанерозойской эпохе бесскелетных организмов, примерно равной 7/8 истории Земли. Открытия последних лет, сделанные на основе междисциплинарного подхода и новых методов, не только все дальше и дальше в прошлое отодвигают время возникновения жизни на Земле, но и заставляют по-новому взглянуть на многие важнейшие геохимические процессы планетарного характера
Чем больше мы узнаем об окружающем
нас мире, тем все дальше и дальше
в туманное прошлое отодвигается
время его возникновения. Ориентирами
в зыбких пучинах времени служат
палеонтологические находки – скелеты,
раковины, отпечатки на камне,
«тени» в кристаллах…
Не прошло и столетия со времени, когда возраст Земли и населяющей ее органической жизни оценивался учеными какими-нибудь сотнями миллионов лет. Однако после появления возможности точного физического определения возраста горных пород стало ясно, что на самом деле наша планета старше. Много старше – ей приблизительно 4,5 миллиарда лет!
Параллельно увеличивался возраст и древнейших находок жизни. Ученые сходятся в мнении, что она зародилась заведомо более 3,5 миллиарда лет назад, но о времени отдельных этапов ее становления продолжаются жаркие дискуссии.
За окном – фанерозой…
Палеонтология дала немало для понимания ранних периодов существования жизни на Земле. Находки древнейших ископаемых помогают не только реконструировать давно вымершие жизненные формы, но и оценить условия, при которых они существовали, – содержание кислорода, температуру и многое другое.
В эволюционной истории живых существ нашей планеты можно выделить три судьбоносных события, не считая основного – возникновения самой жизни:
• переход от безъядерных одноклеточных организмов (прокариот) к эукариотам (организмам с оформленным клеточным ядром);
• переход от одноклеточных организмов к многоклеточным;
• возникновение жестких опорных конструкций – скелета.
Последняя инновация особенно близка сердцу палеонтолога – и недаром. Именно с этого момента история органического мира изучена наиболее полно благодаря многочисленным находкам остатков скелетных организмов, захороненных в породах. Более того, долгое время человечество черпало знания по эволюции жизни исключительно из изучения ископаемых фанерозоя, так было названо время (продолжающееся до наших дней), в котором организмы научились строить скелет.
Однако по мере накопления палеонтологических сведений по самым ранним этапам фанерозоя стало очевидно, что почти все современные типы организмов существовали уже в первом фанерозойском периоде – кембрии, нижняя граница которого отстоит от нас на несколько сотен миллионов лет. Естественным образом возникли вопросы: когда появились предшественники современных организмов, как они выглядели, какие следы оставили в природной летописи? Заглянем же вглубь времен, спускаясь вниз с временной точки, отстоящей от нас на 540 млн лет – с томмотского века, с которого и начался кембрийский период.
Кембрийский взрыв
Научного материала по фауне томмотского века накопилось огромное количество – отложения этого времени насыщены многочисленными и разнообразными остатками организмов, свидетельствующими о самом настоящем эволюционном расцвете, всплеске «таксономического» разнообразия. В первоначальной кембрийской фауне уже встречаются обычные для всего фанерозоя остатки губок, моллюсков, брахиопод. Правда, гораздо больше было других, менее привычных организмов, ставших известными только благодаря ископаемым скелетным фрагментам.
Еще недавно практически единственными свидетельствами древней жизни были окаменевшие скелетные остатки – кости и раковины. Однако, как выяснилось, организмы «обзавелись» скелетом немногим более 500 млн лет назад. Сама же жизнь оказалась старше – много старше, чем можно было себе вообразить…
Привлекают внимание необычно малые размеры томмотских ископаемых. Например, раковины взрослых моллюсков этого периода обычно измеряются миллиметрами, что на порядок меньше, чем у их ближайших ордовикских потомков. Хотя иногда попадаются и исключения, например среди археоциат, чье систематическое положение до конца не установлено. Эти вымершие организмы, про которых до сих пор неясно – являлись ли они примитивными губкоподобными животными или относились к самостоятельному типу, – были первыми активными скелетными биогермостроителями, предшественниками кораллов. Среди них встречались экземпляры до 1,5 (!) метров высотой. Такие окаменевшие останки – «столбы» – обнаружены в Туве, на реке Шевелиг-Хеме. Но все же в целом раннекембрийская эпоха характеризовалась очень мелкой фауной.
Еще одной интересной особенностью многих кембрийских скелетных окаменелостей является их химический состав. Именно в это время наряду с привычными для нас карбонатными и силикатными скелетами появились фосфатные, чья доля в древнейших отложениях кембрия огромна – до 50—70 %. Впрочем, большинство подобных созданий очень быстро исчезло с лица планеты – уже к началу ордовикского периода.
Наряду с богатой животной жизнью в морях кембрия, без сомнения, было много фитопланктона. Свидетельство тому – многочисленные остатки сферических форм размером 10—100 мк, которые добываются из кембрийских пород при растворении их в сильных кислотах. В карбонатных породах встречаются остатки известьвыделяющих водорослей в виде разнообразных кустиков размером до нескольких сантиметров. Что касается сине-зеленых водорослей (цианобактерий), то в кембрийских слоях нередко находят типичные для них строматолитовые постройки, хотя и мелких размеров.
Остались от козлика рожки да ножки
Всего же раннекембрийских ископаемых описаны сотни различных видов, но очень трудно сказать, какое количество систематических таксонов на самом деле «имеет место быть». Это связано с тем, что в кембрийских отложениях встречаются обильные «неопознанные» скелетные остатки. Эти небольшие образования, получившие в обиходе у палеонтологов название «рога и копыта», представляют собой трубочки, рожки, пирамидки, иголочки и т. п.
По поводу этих ископаемых существовало много разных мнений. В том числе некоторые исследователи (особенно увлекались этим китайские специалисты) описывали их как целостные организмы. Так, автору, которому вместе со шведским ученым Стефаном Бенгтсоном довелось быть в числе первых палеонтологов, посетивших Поднебесную после культурной революции, в 1978 году показали около 200 видов древнейшей фауны.
За миллиарды лет своего существования Жизнь пережила три важнейших «научно-технических революции» – ароморфоза: появление оформленного клеточного ядра, возникновение многоклеточности и, наконец, – появление минерализованного скелета
Но на самом деле их оказалось почти в 10 раз меньше! Многие из этих «видов» представляли собой не отдельные раковины, но склериты, т. е. скелетизированные части организма. В сложных сочетаниях они слагались в склеритомы, при этом удалось восстановить организмы, в склеритоме которых присутствовало до 10 вариаций склеритов! Другими словами, с первыми представителями скелетной фауны, особенно с теми, у которых нет аналогов в современном живом мире, разобраться далеко не просто.
В целом же кембрийский эволюционный «взрыв» – весьма показательный рубеж в истории биосферы, который ознаменовал этап массового появления организмов с минерализованным скелетом. Уже в ближайшем докембрийском подразделении количество таксонов со скелетной фауной катастрофически уменьшается. Тем не менее ясно, что первые организмы, обладающие подобием скелета, должны были появиться много раньше.
«…Следы невиданных зверей»
Спускаясь еще на одну ступеньку вниз по временной лестнице (550—560 млн лет назад), попадаем в конец докембрийского периода, в верхний протерозой, а именно – в венд. Долгое время считалось, что в докембрии практически не было высокоорганизованной жизни: породы этого периода считались «немыми», т. е. не содержащими явных ископаемых остатков жизни. Но эта безжизненность оказалась кажущейся.
Было обнаружено огромное разнообразие животных и растительных организмов достаточно высокой организации. По первому открытию в местечке Эдиакара (Южная Австралия) это сообщество организмов стало называться эдиакарской или вендо-эдиакарской фауной. Самое же богатое местонахождение вендских ископаемых обнаружено в России на побережье Белого моря.
Огромное количество новых находок позволило реконструировать общую картину эволюции биосферы в криптозое (эре скрытой жизни) – дофанерозойской эпохе бесскелетных организмов, примерно равной 7/8 истории Земли
Основная отличительная особенность этой биоты заключается в том, что практически вся она была бесскелетной и представлена отпечатками. И хотя многим представителям вендо-эдиакарской фауны свойствен гигантизм (некоторые из этих организмов достигали размеров до 1 метра), состояли они из желеподобного вещества, подобно современным медузам, относящимся к кишечнополостным. Считается, что именно кишечнополостные и составляли большую часть вендской фауны.
С помощью химического препарирования из пород венда получают множество микроскопических организмов и их фрагментов, хорошо сохранившихся в ископаемом состоянии благодаря пектиновой оболочке. Во всех регионах мира, где обнаружены карбонатные породы венда, обязательно присутствуют обильные строматолиты – свидетельство широкого развития цианобактерий. На вендском мелководье произрастали и довольно крупные (до нескольких сантиметров) вендотениды – ленточные неминерализованные водоросли, обладающие тканеподобной организацией.
На границе докембрия и кембрия встречаются и первые примитивные водоросли с обызвествленными чехлами. В поздневендских отложениях обнаружено несколько групп червеобразных организмов (сабеллидитид, анабарит и др.), строящих органическую или минеральную трубку – прообраз будущего скелета. А на плоскостях напластования пород можно заметить следы присутствия и передвижения каких-то организмов неизвестной морфологии…
Считалось, да и сейчас можно прочесть во многих учебниках, что именно с вендского периода на нашей планете началась эра многоклеточных организмов. Однако есть веские основания считать, что это совершенно не так: хрестоматийность «подорвали» обнаруженные палеонтологические «мины».
Ископаемые «проблемы»
В более ранних по сравнению с вендом верхнерифейских отложениях Китая и Тиманского кряжа (Восточно-Европейская платформа) были найдены трубки со специфической поперечной полосчатостью, состоящие из органического вещества. Эти трубки почти ничем не отличались от уже упомянутых сабеллидитид, известных для венда и нижнего кембрия. Кроме главного – этим остаткам червеобразных созданий, которые большинство исследователей относит к полихетам, 700—750 миллионов лет!
Следующая поразительная находка, о которой часто по незнанию или умышленно умалчивают, – удокания проблематика (Udocania problematica Leites), описанная А. М. Лейтесом из удоканских отложений Сибири почти 50 лет тому назад. Внешне удокании представляют собой узкоконические трубки длиной до нескольких сантиметров и обнаруживаются обычно внутри строматолитовых построек. Известные палеонтологи (Р. Ф. Геккер, В. В. Меннер, Б. С. Соколов) признали, что удокании являются либо кишечнополостными организмами, либо кольчатыми червями. Все это было бы довольно обычно, но вот в чем проблема удокании проблематики: возраст! Самые осторожные оценки дают цифру 1,4—1,9 млрд лет.
Но чудеса на этих открытиях не заканчиваются. Ровесницу удокании грипанию (Grypania), известную из верхнерифейских отложений Китая и Северной Америки, большинство исследователей отнесли к многоклеточным водорослям – метафитам. Но затем в Канаде нашли ископаемую грипанию изумительной сохранности с предполагаемым возрастом в 2 миллиарда 100 миллионов лет. Правда, в результате дальнейшего изучения канадская грипания несколько «помолодела» – до 1.85 млрд. Тем не менее, по сравнению с этой временной точкой венд – признанный период возникновения многоклеточности – с его несколькими сотнями миллионов лет просто младенец!
Ошеломляющие результаты исследований архейских пород (также проигнорированные многими палеонтологами) опубликовал польский специалист З. Валенчак в начале 80-х годов. С помощью специальных оптических методов он исследовал разнообразные кристаллы в метаморфических древних породах. Выяснилось, что присутствие органического вещества влияет на само образование кристаллов, создавая специфические «тени» морфологически оформленных биологических объектов, подчеркнутые дефектами кристаллической решетки. Некоторые обнаруженные таким образом организмы из амфиболитов фундамента Восточно-Европейской платформы чрезвычайно напоминают цианобактерии, другие – грибы. Если это окажется правдой, мы будем вынуждены смириться с существованием многоклеточных эукариот уже в архее – 2,2—2,5 млрд лет тому назад!
Для полноты картины следует упомянуть находку М. А. Федонкиным и Э. Ехелсоном следов, удивительно похожих на колонии кишечнополостных животных, и хранящиеся в Новосибирске образцы следов из нижнего рифея (Сибирская платформа), обнаруженных Б. Б. Шишкиным. Последние по своей форме (т. е. – характеру движения) как две капли похожи на следы червеобразных организмов. То есть не просто многоклеточных, но уже высокоорганизованных, обладающих мышцами, с помощью которых они способны активно передвигаться. И датируются эти находки возрастом 1,4 млрд лет!
Но бог с ней, с этой непостижимой многоклеточностью, обратим внимание на последнюю, точнее – первую инновацию жизни, т. е. появление эукариот.
Ровесники планеты?
С эукариотами тоже не все так просто. Точное время появления ядерных организмов установить очень трудно потому, что первые одноклеточные эукариоты морфологически мало отличались от прокариот, тем более – в ископаемом состоянии. И все-таки вышеперечисленные находки многоклеточных, т. е. заведомо эукариотических организмов почтенного возраста, заставляют с большим сомнением отнестись к часто встречаемой цифре в 1,65 млрд лет.
Что касается одноклеточных эукариот, то их следует искать среди акритарх – так были названы сферические планктонные организмы с плотной, хотя и не минерализованной оболочкой, чьи ископаемые остатки обнаруживаются в осадочных отложениях вплоть до архея.
Нужно заметить, что акритархи – группа собирательная, не имеющая точной таксономической принадлежности. Однако более 2,5 млрд лет назад среди них стали появляться относительно крупные клетки, чьи размеры превышали 60 мкм (а практически все известные на сегодня прокариотные организмы существенно мельче). Можно достаточно уверенно утверждать, что в это время в приповерхностных слоях древних водоемов уже обитали эукариотные организмы, родственные современным планктонным водорослям и простейшим.
Но и это далеко не все. О существовании эукариот около 2,7 млрд лет тому назад свидетельствуют недавние находки в архейских породах «молекулярных ископаемых» из разряда специфических биомаркеров. Эти вещества, относящиеся к стеролам, в качестве структурных компонентов входят в состав мембран эукариотов. Биосинтез стеролов можно рассматривать как одну из отличительных особенностей метаболизма этих организмов. Благодаря такому стремительному «старению» эукариот период их зарождения закономерно приближается к временной точке в почти 3 млрд лет тому назад, от которой до возникновения прокариот уже «рукой подать».
Вот мы и дошли до архейских находок микрофоссилий и строматолитоподобных образований, сделанных У. Шопфом, М. Уолтером, Ф. Весталл и другими пале-онтологами. Это – самые древние ископаемые, интерпретируемые как бактерии, даже – как цианобактерии, возраст которых зашкаливает за 3,5 млрд лет. Нужно заметить, что следы бактерий сейчас отыскиваются абсолютно во всех породах, почти в каждом образце! Современными исследованиями установлено, что фоссилизация (окаменение) бактерий занимает всего несколько часов. За это время они не успевают разрушиться, в результате чего сохраняются даже лучше, чем вся остальная фауна. В породах обнаруживаются даже тончайшие ископаемые биопленки толщиной около 10—20 нм, дошедшие до нас в самом наилучшем виде. Таким образом, новые открытия последовательно отодвигают от нас и время появления первых прокариот, делая их практически ровесниками планеты.
Жизнь – ровесница планеты?
Для чего мы сделали такую палеонтологическую ревизию биогеохронологии, другими словами – обсудили столько «баек» из палеонтологической летописи? Не для того, чтобы убедить кого-то в своей правоте, но чтобы пунктирно наметить некоторые спорные моменты современной «биосферологии», обозначить вещи, над которыми нужно работать. Все цифры абсолютного возраста нужны нам лишь для того, чтобы верно оценить временной и иной масштаб явлений в истории органического мира и самой Земли.
Открытия последних лет, сделанные на основе междисциплинарного подхода и новых методов, все дальше в прошлое отодвигают время возникновения жизни на Земле. Планете, помнящей не только тяжелую поступь динозавров, но и легкий шорох червевидных сабеллидитид.
Находки древнейших ископаемых организмов довольно высокого уровня организации заставляют по-новому взглянуть на такие важнейшие геохимические процессы планетарного характера, как появление на Земле свободного кислорода и смена восстановительной атмосферы на окислительную; глобальные изменения климата, в том числе — периодические оледенения, процессы осадконакопления и т. п.
СИБИРСКАЯ ПЛАТФОРМА: ИСКОПАЕМЫЕ МИКРОБИОТЫ ПОЗДНЕГО ДОКЕМБРИЯ Сибирская платформа относится к древним стабильным участкам земной коры, возникшим еще в докембрии. Уникальность Сибирской платформы состоит в том, что именно здесь практически по всему разрезу в позднедокембрийских отложениях обнаружены богатые микробиоты, характеризующие период от нижнего рифея до венда.
Судя по этим находкам, темпы эволюции прокариотических организмов достигли максимума уже в раннем рифее (1650—1350 млн лет), в конце которого появились основные крупные таксономические единицы. Некоторые рода и единичные семейства возникли в более позднее время – в среднем и позднем рифее (1350—1150 и 1150—650 млн лет соответственно).
Первые морфологически выраженные эукариоты в сибирских микробиотах появляются в конце раннего рифея. Однако значительное увеличение их морфологического разнообразия произошло значительно позже – примерно 1150 миллионов лет назад. В добайкальском верхнем рифее (до 850 млн лет) темпы эволюции эукариот были еще относительно невысоки, и лишь в байкалии-венде можно наблюдать многократное увеличение их таксономического разнообразия.
СО РАН (Новосибирск)
Приведенные палеонтологические данные, например, недвусмысленно свидетельствуют о достаточно раннем – уже в архее – появлении свободного кислорода, об относительно невысоком (50—60° С) уровне приповерхностных температур на древней Земле. Требуют пересмотра и общепринятые взгляды на то, каким способом в природе образуются многие обычные минералы. Например, сейчас установлено, что образование кварца, полевого шпата, глинистых и других минералов осадочных пород (всего более 100!) может происходить с участием бактерий. Наконец, появились сенсационные данные, что и минерал форстерит (присутствующий в метаморфических изверженных породах) может образовываться в результате деятельности бактерий в условиях нормальных температур и давления. В случае подтверждения данных, это – очередная «бомба», заложенная под традиционные взгляды на историю Земли и ее органического мира.
И на этом давайте поставим точку. Даже если у читателя и остались некоторые сомнения и неуверенность относительно точных дат возникновения на Земле сложной жизни и жизни вообще. Ведь, во-первых, в этом он не отличается от многих специалистов. А главное – занятия проблемами происхождения и эволюции жизни подарили нам уникальную возможность выйти за рамки эфемерного человеческого существования и, с легкостью оперируя миллионами и миллиардами лет, пусть на мгновения, но почувствовать себя бессмертными.
Как сама Жизнь.
Редакция благодарит к.б.н. П. Ю. Пархаева (ПИН РАН, г. Москва), к.г.-м.н. А. А. Постникова и к.г.-м.н. К. Е. Наговицина (ИГНГ СО РАН, г. Новосибирск) за помощь в подготовке публикации
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Значительная часть Африканского континента на севере представляет собой плиту с докембрийским фундаментом , сложенную фанеро-зойскими образованиями. Южная часть Африки представляет собой щит, местами перекрытый маломощными толщами осадочных пород. Западная и восточная периферии континента опоясаны периконтинен-тальными ( шельфовыми) прогибами, в ряде мест нефтегазоносными. [17]
Ороген Серра-Пампа имеет резко выраженное блоковое строение с выходами на поверхность докембрийского фундамента на месте горных сооружений. Между ними заключены межгорные впадины. [18]
В 1980 году в штате Вайоминг поисковая скважина на глубине 1888 метров вошла в докембрийский фундамент , сложенный из гранита. Затем в скальных породах геонефтеразведчики прошли еще 2700 метров и обнаружили осадочные отложения мелового периода. Необъяснимое, казалось бы, чередование пород разного геологического возраста объяснялось весьма просто: на осадочные породы в свое время была надвинута плита гранита. [19]
Исходя из идеи о глубинном происхождении нефти, на Тимане поиски залежей нефти в докембрийском фундаменте следует вести в зонах развития быструхинских известняков и налегания на них девонских отложений непосредственно глинистыми горизонтами. Поскольку они представляют хорошие коллекторы, то их эрозионные, а также, если окажутся, то и тектонические выступы, покрытые девонскими глинами, представляют прекрасные ловушки для нефти и газа, мигрирующих с глубины. В таких ловушках могли сформироваться богатейшие их залежи. Задача геофизической разведки - научиться определять положение таких погребенных выступов, так же как она научилась отыскивать рифовые выступы известняков в Ишимбаевском Приуралье; буровая же их разведка не составит затруднений, так как глубина залегания таких выступов па юго-восточном Тимане не может быть большой. [20]
Исходя из идеи о глубинном происхождении нефти, на Тимане поиски залежей нефти в докембрийском фундаменте следует вести в зонах развития быструхинских известняков и налегания на них девонских отложений непосредственно глинистыми горизонтами. Поскольку они представляют хорошие коллекторы, то их эрозионные, а также, если окажутся, то и тектонические выступы, покрытые девонскими глинами, представляют прекрасные ловушки для нефти и газа, мигрирующих с глубины. В таких ловушках могли сформироваться богатейшие их залежи. Задача геофизической разведки - научиться определять положение таких погребенных выступов, так же как она научилась отыскивать рифовые выступы известняков в Иппшбаевском Прпуралье; буровая же их разведка не составит затруднений, так как глубина залегания таких выступов па юго-иосточном Тпмане тге может быть большой. [21]
На тектонической схеме В. И. Славина [1958] северная периклиналь мульды оборвана Волынским сбросом, по которому поднят докембрийский фундамент ; площадь мульды показана по контуру распространения отложений карбона под покровом мела; в этих границах площадь мульды составляет 12 000 км2, что, по-видимому, ближе к истине, чем ранее приведенная цифра. [22]
ЮАР расположена в пределах Южно-Африканского щита, характеризуемого наличием обширных площадей, занятых выходами пород докембрийского фундамента . Среди геологических систем докембрия здесь выделяются системы Свазиленд и Вит-ватерсранд. [23]
Анализ данных этих таблиц позволяет отметить ряд особенностей в деформационном поведении метаморфических и магматических пород докембрийского фундамента Русской платформы . [24]
К югу и западу от Балтийского щита в районах Северного и Балтийского морей и Среднеевропейской равнины докембрийский фундамент погружается на значительную глубину. Он распадается на отдельные блоки, чередующиеся на западе с каледонскими, а на востоке - с герцинскими структурами. Это гетерогенное образование, начиная с конца палеозоя, охвачено общим мощным погружением, в результате которого и возникла Северо-Западноевропейская впадина. Мощность осадочного чехла, выполняющего впадину, достигает местами 8 - 10 км. В нем выделяются три структурных горизонта, разных по возрасту и типу рудообразования. К нижнему, палеозойскому, приурочены основные нефте - и газоносные поля Северного моря. В среднем горизонте, сложенном верхнепермскими отложениями, сформировались мощные соляные толщи. В верхнем, мезозойском горизонте сосредоточены крупные скопления бурых углей, лигнитов, горючих сланцев. Все месторождения по происхождению осадочные. [25]
До настоящего времени нефтегазоносные бассейны, возникшие в палеозойской эре, сохранились лишь на платформах с докембрийским фундаментом , а также и предгорных и межгорных впадинах областей погружения палеозойских складчатых сооружений. [26]
Мигматиты широко распространены на древних щитах ( Украинский, Балтийский, Ана-барский и др.), в докембрийском фундаменте палеозойских платформ , а также в древних ядрах послекемб-рийских складчатых комплексов. [27]
Нефтегазоносные бассейны, приуроченные к внутриплатформенным областям прогибания земной коры, развиваются чаще всего на поколе, сложенном докембрийским фундаментом , либо на цоколе нижнепалеозойских прогибов, как это имеет место на Русской, Восточно-сибирской и Северо-американской платформах. [28]
Тигара; б-упиплатформенный ороген Брукса; в - надвиг; г - межбассейновое поднятие; д - схематические изогипсы кровли докембрийского фундамента , км; месторождения; е - нефтяные, ж - газовые, з - газонефтяные. [29]
В небольшом числе месторождений ( менее 0 3 % от всего числа) известны промышленные залежи нефти и газа в трещиноватых кристаллических породах докембрийского фундамента и в метаморфизованных осадочных породах доюрского фундамента ( например, в Калифорнии), при этом над залежами в фундаменте всегда имеются продуктивные горизонты в осадочном чехле, покрывающем фундамент. [30]
Докембрий. Жизнь. Начало
Количество песчинок-лет не укладывается в голове, ведь история одной из самых древних цивилизаций – Шумер – насчитывает всего лишь 2,8 млрд минут (около 5,5 тыс. лет). Сама же Земля существует уже 4,5 млрд лет, из которых четыре занял докембрий. Это означает, что почти 89 % всей геологической истории планеты она была совершенно безжизненной, если не считать примитивных бактерий и архей (простейших одноклеточных, не имеющих даже ядра и мембранных органелл), тоскливо плещущихся в океанах.
Фото: Машины и Механизмы Машины и МеханизмыЕсли вернуться к нашему пляжу и представить, что одна песчинка-год по объему равна одному кубическому миллиметру, то в одном кубическом сантиметре их должна быть тысяча. Но из-за того, что песчинки не плотно прилегают друг к другу, в одном кубосантиметре песка всего примерно 680 песчинок. Значит, возраст Земли займет объем в 6,6 кубометра песка. Можно представить себе размер такого пляжа: 13 м в длину, 25 см в глубину и 2 м в ширину.
Почти 9/10 этого пляжа занимал докембрий. Все остальные геологические эпохи, вместе взятые, уместятся на 0,66 кубометра, около 1/10 части пляжа. Динозавры, жившие на планете примерно 170 млн лет, равны объему песка, помещающемуся в садовую бочку (250 л). Современный период – время, когда появились первые самые примитивные Homo, – начался 2,5 млн лет назад, и на пляже он займет какие-то 0,0037 кубометра песка – объем кастрюли. А чтобы представить, сколько существует человек современного вида Homo sapiens, захватите с собой половник для супа – мы бы заняли на пляже всего 66 кубических сантиметров песка и 45 тыс. песчинок-лет. Наполните кастрюлю и половник песком и сравните их размеры с размерами пляжа. Можете даже посчитать число песчинок по числу ваших лет.
Докембрий еще называют криптозоем – от древнегреческого kryptós – «скрытный» и zoe – «жизнь». Сам же термин происходит от слова «кембрий» – следующий за ним геологический период, начавшийся 541 млн лет назад. Этимология последнего восходит к названию английского графства Кембрий, где впервые были найдены отложения кембрийского периода. А поначалу докембрий и вовсе называли азойской (то есть безжизненной) эрой. Хотя именно в это время и появилась жизнь – вопрос лишь в том, какой она была.
Докембрий – это почти вся история Земли. Несмотря на то что он несравнимо более велик по отношению к другим геологическим эпохам, изучен он из рук вон плохо. Это и понятно, ведь какие-либо артефакты такой давности крайне редки, как и сами докембрийские породы. И чем дальше в глубь времен, тем меньше «свидетелей». Так, осадочные породы самого первого геологического эона (отрезка времени, который объединяет несколько эр) – катархея или гадея, начавшегося с момента формирования Земли и закончившегося около 4 млрд лет назад, неизвестны вообще. Небольшая их часть найдена лишь в Гудзоновом заливе (Канада).
Что можно сказать о катархее? Очень мало. Из-за того что Земля после формирования вращалась быстрее, сутки в те дикие времена длились всего 10 часов, а огромная кривая Луна нависала над самым горизонтом. Кстати, о Луне. Она тоже появилась в катархее и, вероятно, стала результатом столкновения Земли с Тейей, планетой размером с Марс. На заре времен в Солнечной системе было неспокойно: повсюду шныряли астероиды и другие крупные небесные тела, оставшиеся от формирования планет. Удар прошел почти по касательной, разрушил незваную гостью и лишь небольшую часть Земли, обломки от которых стали вращаться на орбите и под воздействием гравитации сформировались в большое круглое тело – Луну, которая отныне попала в земной плен. Она вращалась на расстоянии всего 22,5 тыс. км, и до нее в те годы и впрямь можно было «дойти пешком» – сегодня нас разделяют 384 тыс. км. Наш верный спутник продолжает отдаляться от нас на 3,78 см в год. А еще из-за столкновения с Тейей Земля стала вращаться быстрее, и ее орбита наклонилась, поэтому у нас, в отличие от некоторых других планет, есть времена года.
Атмосфера в катархее была ядовитая, подпитываемая множеством вулканов, изрыгающих газ и магму. Никакого кислорода не было, зато была вода. Ученые полагают, что уже через 100 млн лет после «ДТП» с Тейей земная поверхность полностью стала водной: часть воды принесли с собой астероиды, а часть, вероятно, содержала материя самой планеты. Капли сливались в лужи, а те – между собой, пока не превратились в мелкий, теплый и очень соленый океан – как минимум в два раза солонее современного мирового. Помимо других причин, это связано с тем, что в теплой воде выделяющиеся из земной породы соли лучше растворяются. Суши, скорее всего, не было вообще – разве что считать ею небольшие пики вулканов из мягкого пористого базальта. Но это еще не суша: чтобы она сформировалась, нужен гранит, основа материков.
Как он появился – вопрос. Геологи говорят о сложных физико-химических процессах, часть которых известна, а часть – нет. Под воздействием тепла слой гранита становился все толще – так появились настоящие мелкие острова, которые, благодаря тектоническому движению плит, сливались в континенты. В отличие от современных, они были еще очень малы, и цвет их был не зеленым, а светло-серым из-за кварца и полевого шпата, составляющих гранит. Самый первый и самый спорный материк называют Ваальбара. Он мог существовать в период 3,6–2,8 млрд лет назад. Многие ученые не согласны с тем, что он был, ведь его наличие известно всего по двум кратонам (древним земным платформам), найденным в Южной Африке и в Западной Австралии. Главный соперник Ваальбары на роль «первого» – Ур, существование которого признают большинство геологов. Считается, что Ур появился 3,1 млрд лет назад и «дожил» до времени 200 млн лет назад. К нему принадлежали части современной Австралии, Южной Африки, Индии и Мадагаскара. Но, помимо Ура, стали появляться и другие материки: Кенорленд, Лаврентия, Колумбия и Родиния. Все эти суперконтиненты успели слиться и вновь разойтись в докембрийский период, и лишь Гондвана, появившаяся 542 млн лет назад, а также сменившая ее Пангея (300–175 млн лет назад) – это материки более поздней кембрийской эпохи, когда на планете уже существовала сложная жизнь.
Кстати, о жизни. Вернувшись в катархей, невозможно представить ее в таких условиях. А она была: именно характер молодой Земли стал основой для ее появления. Как это произошло – отдельная и сложная тема. Скажем лишь, что все ключевые узлы «загадки жизни» сегодня уже разгаданы и по частям воспроизведены в лабораториях, кроме создания самой клетки. Но то ли еще будет.
Жизнь появилась из неживой материи под воздействием ультрафиолета, электрических разрядов молний и других «погодных» катаклизмов, которые царили на планете на заре времен. А первыми органическими молекулами стали РНК (поэтому первые этапы жизни называют РНК-миром), из которых позже возникли одноклеточные организмы. Где именно это произошло? Вариантов много: в теплой луже, глубоководной впадине около вулкана, рядом с подводными щелочными источниками минеральных веществ. Но как сформировалась мембрана – «кожа» клетки, то, что ограничивает ее «внутренности» от внешнего мира? Поначалу, вероятно, РНК и белки ютились в микрополостях минералов и лишь потом обрели липидную оболочку. Она могла быть «изобретена» вирусами – еще одной ранней формой перехода из неживого в живое, либо органика могла изначально находиться в «первичном бульоне» – в так называемых коацерватных каплях. Вероятно, ДНК появилась уже после оформления органики в мембрану, но могла возникнуть и раньше. И где-то в эти темные катархейские времена на планете появился «Лука»: от английской аббревиатуры LUCA – last universal common ancestor – «последний универсальный общий предок». Следов его, конечно, не нашли, а вычислили по «уликам» – его существование вытекает из принципиального сходства всех живых существ и почти полной универсальности генетического кода. Как выглядел и что собой представлял LUCA? Сказать трудно. У него уже наверняка были ДНК и мембрана, но не такая, как у современных организмов, поэтому ученые предполагают, что он мог быть похож не на шар, как бактерии, а на блин. А еще вероятно, что таких организмов было много и они обменивались между собой обрывками генов.
Архей, следующий эон в истории докембрия, начался 4 млрд лет назад и продолжался 1,5 млрд лет. Одно из главных его событий – образование в недрах Земли жидкого железного ядра 3,2–3,6 млрд лет назад (железо с поверхности планеты погружалось в ее глубины многие миллионы лет). Ядро создало магнитное поле, которое стало защищать планету от губительной солнечной радиации. Отныне жизнь могла не прятаться на глубине. Поэтому в качестве питания стал возможен фотосинтез (хотя ученые полагают, что он мог существовать и раньше). Именно из архея известны первые материальные следы живых существ. Они относятся ко времени около 3,7 млрд лет назад (хотя есть мнение, что эта цифра больше – 4,1 млрд). Ученые находят отпечатки «цепочек из шариков». К каким типам бактерий они относятся – неясно.
Зато ясно, что одними из первых простейших организмов, которые мы можем увидеть и сейчас, стали так называемые цианобактерии, только появились они чуть позже, – 3–2,5 млрд лет назад. Именно эти маленькие гении изобрели оксигенный фотосинтез – процесс, при котором выделяется кислород. Благодаря цианобактериям атмосфера начала наполняться этим животворящим веществом, что стало залогом появления сложной жизни. Как же выглядели эти «чудотворцы»? Примерно как сейчас. Правда, сейчас их очень мало – в основном их можно встретить лишь у берегов Австралии и в Карибском море. Их называют строматолитами.
Они представляют собой круглый склизкий камень на ножке, стоящий на мелководье. И таких камней – целые колонии. Слизь – это бактерии, состоящие из трех слоев. Наружный – фотосинтетики, получающие энергию и «еду» из солнечного света и воды. Отходы их жизнедеятельности – то, что достается среднему слою, где также живут фотосинтетики, которые питаются частично светом, доходящим и сюда, частично – тем, что упало им на «головы». Но и они выделяют отходы, которые получает третий, самый невезучий нижний слой. То, что они производят, не годится для питания, смешивается с водным осадком и превращается в минерал – камень строматолит. Этот слоистый булыжник очень красив на срезе, поэтому его используют в качестве поделочного материала. Верхний слой современных строматолитов дышит кислородом, а древние его выделяли. Но нижний слой «отщепенцев» и в те времена вынужден был научиться питаться кислородом, ведь его выделяли верхние слои. Поэтому именно эти «изгои» через сотни миллионов лет стали основой той жизни, к которой все мы принадлежим, – аэробами, существами, дышащими кислородом. Другим докембрийским бактериям и археям мы, вероятно, обязаны нашим основным запасам нефти и газа.
В последнем эоне докембрия – протерозое, который начался 2,5 млрд, а закончился 541 млн лет назад, – кислород в атмосфере (выделяемый анаэробами), вступавший в реакцию с ультрафиолетом, формировал озоновый слой. Благодаря этому жизнь могла подниматься еще выше к поверхности, так как вредоносная солнечная радиация воздействовала на нее все меньше. Но этот процесс был долгим, поэтому протерозой – половина истории жизни на Земле – это сплошная тоска. Бактерии и археи уже появились, но ничего интереснее в течение 2 млрд лет природа не создала. Кроме одного – кислородного дыхания. Ведь для микроорганизмов тех времен кислород был ужасным ядом, который они выделяли. И в какой-то момент «яда» стало так много, что анаэробные бактерии начали массово вымирать, а те самые цианобактерии-отщепенцы, что умели питаться кислородом, обрели вторую и яркую жизнь. Яркую – потому что при окислении выделяется огромное количество энергии (чтобы убедиться в этом – подожгите лист бумаги), которую можно расходовать на что-нибудь полезное. Но пока это был лишь потенциал.
В протерозое появились первые грибы, но не подосиновики, а крошечные морские организмы, и первые малюсенькие водоросли-бактерии. И эти существа, вероятно, уже были ядерными, то есть эукариотами, к которым принадлежит вся живность на планете, кроме бактерий и архей.
Несмотря на это, жизнь и вправду могла прокрастинировать в таком виде, и не только не создать что-то более сложное, но и попросту вымереть. Ведь в те времена Земля переживала и яростные метеоритные атаки, и множество оледенений, одно из которых могло скрыть почти всю планету под километровым слоем льда. Этот период так и называют – Земля-снежок. Оледенение случилось 720 млн лет назад и продолжалось около 85 млн и было настолько мощным, что морозы на экваторе держались в районе от –23 до –43 °С. Но жизнь устояла, теплясь на глубине океанов, вблизи геотермальных источников и на вершинах гор.
Все самое интересное начало происходить во второй половине палеозоя – именно тогда появились первые многоклеточные макроорганизмы. Они имеют датировку 1,8–1,6 млрд лет назад и выглядят, как извилистые линии шариков. А живые существа давностью уже 1 млрд лет похожи на губку с сегментированным телом. Кто это был – водоросли, черви, грибы – неизвестно. И еще именно тогда жизнь изобрела смерть. Ведь одноклеточные, по сути, бессмертны – они только и умеют, что делиться, поэтому любая современная амеба – это тот же самый индивид, что жил в докембрии! Другое следствие многоклеточности – появление пола и полового размножения.
И лишь в самом конце протерозоя – в эдиакарии (635–541 млн лет назад) появились внятные сложные организмы, которые называют вендобионтами или эдиакарской фауной. И они – очередная загадка, потому что очень отличаются от того, к чему мы привыкли. Во-первых, вендобионты имели смещенную в шахматном порядке симметрию (все равно что наши левые руки и ноги находились бы выше уровня правых). Во-вторых, они обладали равномерным ростом: молодые особи выглядели совершенно так же, как и взрослые, и отличались лишь размером. В-третьих, у них не было следов органов пищеварения, движения, панцирей, зубов. Но в самом конце протерозоя эти существа создали-таки подобие этих органов. Они были полностью готовы к перерождению. Но это была уже другая – наша история.
ДОКЕ́МБРИЙ
ДОКЕ́МБРИЙ, название части геологич. истории Земли, предшествующей кембрийскому периоду, а также комплекса образовавшихся за это время горных пород. Продолжительность Д. ок. 3,5 млрд. лет, что составляет 86% всей геологич. истории Земли. Самый древний возраст (4,4–4,2 млрд. лет) имеют обломочные минералы цирконы в кварцитах района Джэк-Хилс (кратон Йилгарн, Зап. Австралия). Возраст наиболее древних из датированных докембрийских пород – гнейсов Акаста кратона Слейв Канадского щита 3,9–4 млрд. лет.
Читайте также: