геологического времени, тектоники плит и эволюции – уточнялись и подтверждались в результате проверки гипотез, обсуждений и споров и использовались для прогнозов. Таков научный метод в действии. Все три гипотезы сначала были сформулированы и разработаны в результате наблюдений, размышлений и постановки вопросов. Каждая из теорий впоследствии была подтверждена с помощью количественных методов.

Геологические исследования продолжаются и дополняют современное понимание каждой из объединяющих геологических теорий. По мере сбора все большего количества данных и информации геологи открывают все больше деталей, касающихся конкретных стратиграфических и геологических комплексов и их влияния на геологическое время.

В будущем ученые, несомненно, узнают еще больше о важнейших особенностях океанического дна, глубоководных желобах, подводных горных цепях и силах, связанных с батиметрическими изменениями в океанах, что будет способствовать еще более глубокому пониманию геологии и тектоники плит. Национальная океаническая служба США отмечает, что по состоянию на 2014 г. было исследовано лишь 5 % океана[383]. Но океанами покрыто примерно 70 % поверхности Земли, и они являются местом, где происходит значительная часть тектонической активности. В настоящее время для отслеживания движения плит используются датчики GPS, которые предоставляют данные, позволяющие уточнять скорости движения различных плит. Векторы показывают направление и магнитуду движения плит на основе данных GPS.

Со временем теории, даже те, что определяют большинство догматов геологии, изменятся и станут еще более сложными. Это будет происходить по мере сбора данных, анализа и проверки информации геологами и проведения дальнейших исследований.

Ключевые принципы, касающиеся Земли, – это геологическое время, механизмы формирования и движения континентов и океанов и закономерности изменения живых организмов со временем в ответ на изменения условий среды. Так же, как ритм, гармония и мелодия являются элементами песни, так и эти геологические законы служат основой функционирования Земли как единого целого.

8

Биография Земли: история докембрия

Песнь Земли, начавшуюся 4,6 млрд лет назад, возможно, будет проще всего понять, исследуя ее составные части. Подобно тому, как теоретики музыки могут разобрать современную песню на фрагменты, в том числе вступление, куплеты, запев, припев, проигрыш, завершающие аккорды (концовка), геологи выстраивают последовательность развития Земли от огромных периодов, эонов, к более мелким подразделениям, включающим эры, периоды, эпохи и века (см. цветную вклейку 8.1). Докембрий представляет собой исключение – это суперэон, который и станет предметом рассмотрения в этой главе.

Докембрийский суперэон охватывает период с рождения Земли 4,6 млрд лет назад – после формирования Солнечной системы из газопылевого облака, образовавшегося после рождения Вселенной в результате Большого взрыва (13,8 млрд лет назад)[384], – до 541 млн лет назад. Докембрий представляет огромный промежуток геологического времени, почти 88 %, или более трех четвертей, времени существования Земли (рис. 8.1). Стратиграфы изменили классификацию докембрия, названного так для обозначения всего отрезка геологического времени до кембрийского периода палеозойской эры, с эона на суперэон[385]. До сих пор это единственный суперэон. В докембрии выделяют гадейский эон (назван по имени Гадеса[386]), 4,6–4,0 млрд лет назад, архейский («старый»), 4,0–2,5 млрд лет назад и протерозойский («ранняя жизнь»), 2,5 млрд – 541 млн лет назад. Архейский и протерозойский эоны подразделяются на эры.

Рис. 8.1. Гадейский эон глазами художника (художник Тим Бертелинк, 2016)

Хотя на докембрий приходится бо́льшая часть временной шкалы Земли, о нем известно меньше всего. Геологи с помощью количественного определения возраста установили приблизительные периоды в рамках докембрия, но что́ происходило в то время и когда именно, определено не столь достоверно. Многие докембрийские горные породы исчезли: они были переработаны в результате возникновения, движения и уничтожения литосферных плит. Геологи могут обнаружить эти древние породы лишь на устойчивых кратонах, представляющих неизменившиеся участки в центре континентов, или в разбросанных по поверхности планеты осколках. В Западном полушарии геологи находят докембрийские формации в Гренландии, Канаде, части территории США (в регионе Скалистых гор) и в Южной Америке.

Докембрий – это время в истории Земли, когда сформировались пять оболочек планеты (геосфер): 1) магнитосфера – защитное магнитное поле вокруг планеты; 2) литосфера – твердая оболочка Земли, включающая литосферные плиты и все горные породы и минералы, континенты и океаническое дно; 3) гидросфера – совокупность всей воды на планете, включая лед и жидкую воду на поверхности; 4) атмосфера – воздушная оболочка Земли, состоящая из газов и определяющая климат; 5) биосфера – все живые организмы на Земле. Между этими оболочками осуществляется динамическое взаимодействие; изменения в одной оболочке оказывают немедленное воздействие на остальные. В действительности жизнь на Земле в том виде, в каком мы ее знаем, не существовала бы без совместного функционирования всех оболочек нашей планеты. Это взаимодействие будет обсуждаться в главах с 8 по 11, в которых рассматривается биография Земли.

Одним из свидетельств динамического взаимодействия оболочек Земли являются три крайне отличающихся состава атмосферы (см. цветную вклейку 8.2), развитие которой происходило с докембрийского суперэона вплоть до формирования современной атмосферы. Первый состав атмосферы, который был бы токсичен для живых организмов, известных сейчас, сформировался в гадейском эоне и был представлен в основном водородом и гелием, газами из газопылевого облака и протопланетного диска. Солнце и планеты сформировались из вращающегося облака из частиц и газов. Эти легкие газы в конце концов улетучились из атмосферы Земли под действием солнечного ветра, потому что у планеты еще отсутствовали окончательно сформировавшиеся гравитационное и магнитное поля. В начале архейского эона атмосфера состояла из диоксида углерода, водяного пара, метана и азота, поступавших в атмосферу в результате выделения вулканических газов и тектонической активности. Атмосфера такого состава тоже была бы токсична для живых организмов в том виде, в каком они существуют сегодня. Азот, кислород и газовые примеси современной атмосферы стали результатом превращения газов того, второго состава атмосферы архейского эона. Цианобактерии, образующие строматолиты, стали все больше доминировать на протяжении сотен миллионов лет и в ходе непостижимо долгого процесса трансформации в результате фотосинтеза постепенно превращали атмосферный углекислый газ в кислород, создавая атмосферу, которая существует сегодня. Формирование современного состава атмосферы началось в конце архейского эона и продолжилось в протерозое. Эта атмосфера была и остается динамической системой: концентрации O2 и CO2 меняются на протяжении времени.

Гадейский эон, 4,6–4,0 млрд лет назад

Поэт Данте Алигьери и разные художники эпохи Возрождения представляли Аид как недра преисподней в центре Земли. Древние философы действительно предполагали, что Аид подобен преисподней (рис. 8.1). Тем не менее по мере изучения Земли научные открытия заменили фольклор, и ученые выяснили, что наша планета вместо Аида в центре имеет слои, а внутри находится ядро и мантия. Эти открытия были сделаны в результате изучения сейсмических волн, которые по-разному проходят