Геохимические революции в истории Земли

В истории Земли можно установить несколько геохимических револю­ций, каждая из которых резко отражалась на характере осаждения СаС0₃. Таким образом, мы можем использовать СаС0₃ в качестве палеоклиматического индикатора. Эти революции обусловлены метаболической эволюцией и поэтому являются одновременно и результатом, и возможной причиной развития организмов.

↑ Революция 1

Синтез аминокислот (опыт Мюллера) привел к эволюции, выразившейся в переходе от первичной атмосферы, состоявшей из NH₃, СН₄, Н₂0 и, воз­можно, H₂S, к атмосфере, богатой Н₂0 = N, которая постепенно обогаща­лась СО2. Свободный водород первичной атмосферы, возможно, выносился из гравитационного поля Земли; метан и аммиак в отсутствии водорода ста­новились неустойчивыми и, возможно, также диссоциировали с образованием СО₂ и N — газов, весьма важных в современной атмосфере. В результате активной вулканической деятельности в атмосферу дополнительно вносился СО ₂. Первичная атмосфера должна была определять резко выраженную вос­становительную среду. Жизнь должна была быть исключительно анаэробной (были развиты бактериальные автотрофы). Весьма вероятно, что состав морских вод быстро изменялся благодаря вулканическим извержениям. Поэтому «добиологический океан», возможно, составлял всего лишь 5—10% современного Мирового океана. Соответственно атмосфер­ное давление пара было быть крайне низким и потому неблагоприят­ным для субаэральной эрозии. Время революции (3,8 ± 0,3) -10⁹ лет (преобладало постепенное разви­тие без каких-либо резких скачков).

↑ Революция 2

По мере обогащения атмосферы СО ₂ для одноклеточных хлорофилловых растений становился возможным фотосинтез сахаров из воды и С0₂. Имеются многочисленные геохимические признаки широко развитой в то время актив­ности организмов. Постепенно образовывался свободный кислород, значительное количество которого вступало в реакции окисления. Содержание кислорода было все же значительно ниже современного даже в конце докембрия. Кроме того, если атмосферное давление водяного пара было все еще низким, очевидно, отсутствовал верхний атмосферный экран, который мог бы препятствовать проникновению ультрафиолетового излучения. Сле­довательно, озон (0₃) мог находиться на поверхности Земли в свободном состоянии, способствуя быстрой эрозии, поскольку он является энергичным агентом окисления. Быстрое развитие осадконакопления грауваккового типа характерно для этой фазы истории Земли.

В известняках, накопившихся в это время, как правило, были строма­толиты. В течение рассматриваемой фазы, вероятно, только фотосинтезирующие водоросли могли поглощать достаточное количество С0₂, тем самым способствуя осаждению СаС0₃ (возможно, во время низких приливно-отливных циклов). Предполагается, что сложные многоклеточные организмы (морские черви и др.), дышащие кислородом, были уже широко развиты, но их остатки не сохранились в ископаемом состоянии. Либо их карбонатно-хитиновая раковина, если она образовывалась, растворялась после смерти организма (однако даже отпечатки таких раковин не сохранились!), либо раковины вообще не было, так как парциальное давление С0₂ было слишком высоким, чтобы позволить секрецию СаС0₃, поскольку низшие организмы по сравнению с высокоорганизованными беспозвоночными более чувст­вительны к изменению среды (в данном случае осмотическому давлению). В морях середины докембрия значение рН было крайне низким (примерно 4—5). Лишь в резуль­тате систематического поглощепия СО 2 водорослями и его накопления в виде СаС0₃ значение рН возросло до 7 к началу кембрия. Время революции (2,9 ± 0,2)-10⁹ лет.

↑ Революция 3

Постоянное поглощение С0₂ как при образовании известняков, так и в процессе гранитизации осадков в позднем докембрии привело к возра­станию рН до величины 7, как указывалось выше. Поскольку более развитые многоклеточные организмы могут изменять значение рН своей жидкости в больших пределах (даже в кислой среде), появилась возможность формиро­вания твердых раковин. Мы должны допустить, что у мягкотелых организмов позднего докембрия в связи с ухудшением условий выделения избытка кальция из системы кровообращения в местах соприкосновения мантии с морской водой, более щелочной и с повышенным рН, началось отложение СаС0₃. Такое непроизвольное «затвердение артерий» (в действительности, эпидермы) было полезным, так как постепенно полностью обызвествленная мантия или раковина защищала мягкотелые организмы от врагов. Время революции (6 ± 0,3)• 10⁸ лет.      \

↑ Революция 4

Почти на всем протяжении палеозоя наблюдалась постепенная эволю­ция организмов, сопровождаемая поглощением С0₂ в результате образова­ния органогенных карбонатов или же химического осаждения. Резкое воз­растание поглощения С0₂ из атмосферы началось в карбоне. Континенталь­ная растительность начала развиваться в силуре (Австралия) и девоне (повсеместно), однако в незначительном масштабе. Расцвет континенталь­ной флоры в карбоне обусловил сокращение С0₂ в атмосфере. В Южном полушарии пермь явилась эпохой грандиозного угленакопления. Предпо­лагается, что рН морей медленно возрастало от 7 до 8 по мере падения пар­циального давления С0₂. Это не отразилось заметно на многих морских организмах, но тем не менее к концу перми некоторые организмы исчезли.

Время революции (2,5 ± 0,5)-10⁸ лет.

↑ Революция 5

 Это было время необычайно широкого распространения выделяющих известь пелагических организмов (водорослей, фораминифер). В результате жизнедеятельности этих организмов в меловом периоде образовалась формация белого мела. Эта типично «английская» формация в действительности имеет мировое распространение, что отражает расцвет известьвыделяющих орга­низмов во всех позднемеловых океанах. О чем же говорит этот расцвет? Несомненно, что парциальное давление С0₂ было низким, а поверхностные воды океанов были пересыщены СаС0₃. Концентрация ионов Са²⁺ и темпе­ратура были высокими, привнос Са²⁺— значительным. Почвоведы предпо­лагают, что источником Са²⁺ является выветривание кристаллических пород континентов латеритного (тропическое) и подзольного (умеренное) типа. Выветривание развивается при наличии лесного покрова. Время революции (1,2 ± 0,2)-10⁸ лет.