Когда на Земле появилась грязь и к чему это привело
Грязь — это любое химическое соединение, находящееся не на своем месте, — так шутят химики. Геологи называют грязью скопление микрочастиц глинистых минералов, образующих при добавлении воды полужидкую пластичную массу. По их расчетам, грязь появилась полмиллиарда лет назад. Откуда она взялась и как повлияла на окружающую среду. Самые твердые горные породы на Земле не могут устоять перед постоянным воздействием климата, осадков, природных стихий и со временем распадаются на мельчайшие частицы. Немалый вклад в этот деструктивный процесс, называемый выветриванием, вносят растения, микробы и грибы.
Если среди продуктов выветривания больше зерен кварца, образуются пески, а если глинистых частиц размером сотые доли миллиметра — мелкая природная пыль, основа грязи. Кажется, что грязь на нашей планете существовала всегда. Но это не так. На протяжении большей части истории Земли, которой четыре с половиной миллиарда лет, тонкие продукты выветривания сносились с суши водными потоками и оседали в виде ила на дне водоемов. Ситуация коренным образом изменилась примерно 500 миллионов лет назад, когда первые растения — цианобактерии и водоросли — начали осваивать сушу.
Самые древние свидетельства массового скопления грязи на суше относятся к ордовикскому периоду. По всему миру в прибрежных отложениях возрастом 458-460 миллионов лет геологи находят ископаемых рыб, погребенных в илистых отложениях речных дельт. Ученые предполагают, что в это время паводки и сильные дожди сносили с суши огромные объемы уже образовавшейся, но еще плохо закрепленной на поверхности грязи. Позднее корни и стебли растений стали задерживать на суше тонкие илистые отложения, образующиеся при выветривании. Так появилась грязь, из которой при добавлении органических остатков сформировалась первая почва — благоприятный субстрат, среда обитания и источник пищи для большинства живых существ — микроорганизмов, растений и животных, включая человека.
Геологи Нил Дэвис и Уильям МакМахон из Кембриджского университета в Великобритании подсчитали, что распространение наземных растений 458-359 миллионов лет назад совпадает с более чем десятикратным увеличением количества грязи на суше. Ранние растительные сообщества и почвенный покров формировались вдоль берегов равнинных рек. Это сильно повлияло на динамику водных потоков. Из-за глинистых отложений русла стали извилистыми, со множеством S-образных изгибов, называемых меандрами. Соответственно, изменились скорость течения, температура, химический состав воды — и эта среда была более благоприятной для развития растительной и животной жизни.
Первые наземные животные — черви и многоножки — идеально приспособились к грязи. Например, земляные черви, вытягиваясь, наполняют себя жидкой глиной, а затем, сжимаясь, выдавливают воду и движутся вперед. При этом они отфильтровывают из грязи необходимые им питательные органические и минеральные вещества, а вовне выделяют продукты жизнедеятельности, которые, в свою очередь, участвуют в образовании грязи.
Глинистые минералы относятся к группе слоистых силикатов. Из-за высокой удельной поверхности своих пластинчатых кристаллов они адсорбируют и накапливают в виде катионов необходимые животным и растениям полезные компоненты. Также эти минералы обладают важной для поддержания жизни способностью при намокании поглощать и удерживать между слоями кристаллической решетки воду, а в засушливые периоды отдавать ее обратно в окружающую среду. Неудивительно, что самые ранние свидетельства наземной жизни геологи находят в затвердевших глинистых и илистых отложениях. Окаменелости древнейших животных, живших в грязи, не сохранились, так как их тела в большинстве своем были мягкими и не обладали скелетом, а вот изучению отпечатков их ходов посвящено отдельное направление в палеонтологии — палеоихнология.
Помимо грязи, образующейся на поверхности Земли, есть глубинная грязь, которую изливают на поверхность грязевые вулканы. Сходство с настоящими вулканами им придает конусообразная форма, а также периодичность излияний, сопровождающихся потоками грязевой "лавы", взрывами газа, выбросами горячей воды и камней. Крупнейшее на памяти человека и самое разрушительное грязевое извержение началось 29 мая 2006 года на индонезийском острове Ява. Виновником трагедии стал вулкан Сидоарджо, больше известный под именем Люси.
Кипящая грязь вместе с водой, газом и мелкими камнями вырывалась одновременно из нескольких отверстий в земле и растекалась на огромные расстояния. Индонезийцы отчаянно строили дамбы, чтобы удержать грязь, спасти поселения и рисовые поля. К сентябрю, когда извержение достигло пика, многометровый слой грязи похоронил несколько поселков, почти 60 тысяч жителей лишились крова. Вулкан Люси активен до сих пор. По опубликованным данным, в 2017 году он ежедневно выбрасывал около 80 тысяч кубометров грязи. Этого достаточно, чтобы заполнить 32 олимпийских бассейна.
Грязевой вулканизм — относительно распространенное явление, особенно в областях, где на глубине находятся залежи природного газа и других углеводородов. Давление газа заставляет разогретые подземные воды подниматься вверх по разломам и трещинам. Вода смешивается с осадочными породами, содержащими глинистые минералы, и превращается в вязкую массу. Вблизи поверхности она образует пузырь, который, прорываясь, выбрасывает скопившееся вещество на поверхность.
Изучив с помощью геофизических методов глубинное строение района грязевого вулкана Сидоарджо, ученые установили, что канал, по которому грязь поступает к поверхности, связан через систему разломов с магматическим очагом близлежащего вулканического комплекса Арджуно-Велиранг на глубине около шести километров. Этим и объясняется необычная мощность и длительность грязевых извержений на острове Ява.
Наблюдения за грязевыми вулканами на Земле позволили объяснить природу загадочных окаменевших потоков на поверхности Марса, похожих на магматическую лаву. Ученые экспериментально доказали, что грязь в марсианских условиях ведет себя иначе, чем на Земле. Из-за быстрого промерзания и образования ледяной корки грязевые потоки там застывают подобно земной лаве. По мнению исследователей, десятки тысяч конусообразных образований, сосредоточенных главным образом в северном полушарии Марса, — это бывшие жерла грязевых вулканов. Геологи считают, что грязевой вулканизм должен быть широко распространен и на других телах Солнечной системы, в которых много льда, — на Церере, спутниках Сатурна Титане и Энцеладе, а также Плутоне.
