01.11.2014. - Открытия, которые изменили наше представление о древней Земле

Открытия, которые изменили наше представление о древней Земле

Современная наука узнала много нового о прошлом Земли, а ученые обнаружили некоторые удивительные подробности, которые разбили в пух и прах наши предположения, казавшиеся нам сами собой разумеющимися. Детали ниже.

Предки млекопитающих правили на Земле до динозавров

Млекопитающие и рептилии не похожи друг на друга, но у них есть общий предок. Когда их пути разошлись, рептилии, которые были предками динозавров, стали диапсидами. Предки современных млекопитающих стали синапсидами. Это соперничество продолжалось более 230 миллионов лет, и млекопитающие-синапсиды полностью доминировали над дино-диапсидами в первой половине этого времени.

Диметродон, например, это предок млекопитающих с парусом на спине, был доминирующим наземным хищником из пермского периода. Его длина составляла 3,5 метра, а вес — 100 – 150 килограммов. Огромная голова и длинные шипы, торчащие из мутной болотной воды, зачастую были последним, что видели многие животные, включая других диметродонов.

Пермский период оказался жестоким для диапсид. От них осталось не так много окаменелостей. Мы знаем, что некоторые выростали до 2 метров, но большинство оставались небольшими и как могли избегали доминирующих синапсид. Потом пришло Великое вымирание. Более 90% всех видов вымерли в конце пермского периода.

Синапсиды заняли хорошую нишу и некоторые из них выжили. Затем они пошли дальше, чтобы стать довольно распространенным явлением. Тем не менее диапсиды решили показать, что могут быть доминирующим видом. Вымирание оставило достаточно возможностей для развития дино-диапсид. За миллионы лет эти две группы развивались каждая по своей линии. К середине триасового периода синапсиды превратились в современных млекопитающих. Диапсиды стали динозаврами, пока не теми монстрами, которых мы видим в музеях палеонтологии, но достаточно большими.

Первые динозавры были размером с обычную собаку. К концу триасового периода некоторые из них уже достигали шести метров в длину. Одна из групп — ихтиозавры — целиком завладела морями. Затем произошло еще одно массовое вымирание, и динозавры снова унаследовали землю. Это вымирание положило конец синапсидам раз и навсегда, оставив нам только небольших современных млекопитающих, которые сегодня отдуваются за все.

Никто не знает, что уничтожило динозавров

Вымирание конца мелового периода стало грандиозным событием. Динозавры тогда правили миром. Потом большой астероид врезался в районе современного Чиксулуба в Мексике, погрузив Землю в зиму. Эпоха динозавров завершилась, поскольку 80% земных видов испарились. Затем мир наводнили млекопитающие. Поскольку многочисленные свидетельства приводят именно к этой теории, ученые вроде бы приняли такое объяснение. Более того, они даже заговорили о том, что падения астероидов могли вызывать все массовые вымирания на Земле.

Ученые начали искать другие кратеры. Нашли много, но едва ли большинство из них можно было связать с массовыми вымираниями. Вопросы вымирания конца мелового периода и падения того астероида снова стали широко обсуждаться. Такое массивное столкновение должно было убить всю жизнь на Земле, а нет — некоторые виды выжили, даже отдельные динозавры, которые впоследствии развились до птиц.

Некоторые добавляют к падению астероида, который образовал кратер Чиксулуб, вулканические извержения в регионе под названием Деканские траппы. Деканские извержения, говорят эксперты, могли свести на нет жизнь по всей Земле. Потом появился астероид, который окончательно добил ее — и особенный вред нанес тираннозаврам и компании.

Хороший аргумент, но по вкусу пришелся далеко не всем. Другие ученые говорят, что обнаружили доказательства того, что динозавры жили и во время извержения Деканского вулкана, даже гнездились в его лаве. Более того, в конце эпохи динозавров Землю посетило несколько незваных гостей — астероидов или фрагментов кометы — в течение короткого периода времени. Чиксулуб имел место, но еще большим кратером был Шива — в три раза больше, чем Чиксулуб. Когда астероид Шива попал в нашу планету у западного побережья современной Индии, его столкновение было достаточно мощным, чтобы изменить работу тектонических плит в том регионе. Затем состоялось очередное Деканское извержение и наступило массовое вымирание.

Какой вариант лучший — выбирайте сами. Ученые пока не договорились.

Алмазный дождь существует

Хотя вы едва ли могли бы ловить капли такого дождя. Он происходит во время сильного извержения вулкана.

Алмазы — это кристаллы чистого углерода, которые принимают форму под интенсивным воздействием тепла и давления в глубоких недрах Земли. Никто точно не знает, как углерод попадает так глубоко, но все соглашаются с тем, что алмазы очень и очень старые.

После образования алмазы просто болтаются в мантии планеты. Тектоника плит может привести к тому, что континент просто проезжает по ним, поднимая некоторые наверх. С течением геологического времени самые старые части континентов разживаются алмазами именно таким образом, словно кили кораблей — моллюсками.

Конечно, понимание этого не помогает нам разбогатеть. На самом деле в природном виде на поверхности Земли алмазы не встречаются — они превращаются в графит. Единственная причина, по которой мы вообще видели алмазы, это глубинные вулканические извержения, которые выбивают их наружу слишком быстро, чтобы те успели изменить форму.

Вот как это происходит. Необычный вид расплавленной породы мантии под названием кимберлит или лампроит начинает двигаться снизу вверх по набитой алмазами мантии. Это происходит достаточно быстро, поскольку магма своего рода «газировка» — в ней очень много углекислого газа и воды. Быстро поднимающийся кимберлит собирает алмазы на своем пути, выстреливает из жерла и бум — идет алмазный дождь.

Фиолетовые океаны

Океаническая вода по большей степени прозрачна. Цвет, который вы видите, зависит от того, в чем она — грязно-коричневый или желтый вдоль береговой линии, где река впадает в море, или серовато-зеленый поодаль, благодаря водорослям и мириадам крошечных организмов.

Тем не менее лучше всего мы знакомы с верхними пределами океана, в которые проникает солнечный свет. Здесь планктон использует свет для фитосинтеза. Одним из побочных продуктов этого процесса в море, как и на суше, является кислород. Этот кислород путешествует через океаническую воду, спускаясь даже в холодную тьму на дне. В холодной воде кислород хорошо растворяется и переносится подводными течениями.

Однако в некоторых местах вроде норвежских фьордов морская вода застаивается. В ней скапливается слишком много потребителей, которые используют весь кислород. Маленькие твари в воде хотят жить, поэтому местная пищевая цепочка сначала переключается на азот, а когда и он заканчивается — на серу. Пищевая цепь на основе серы производит много сероводорода, который крайне вреден для большинства форм морской жизни, но очень любим маленькими зелеными и фиолетовыми едоками серы. Кислород для них смертелен, но в розовой и фиолетовой воде такие бактерии чувствуют себя замечательно, если находят нужные условия для жизни. Сегодня их можно найти в Черном море, в нескольких фьордах и озерах.

Откуда они берутся? Что ж, на самом деле, они — одни из старейших обитателей Земли.

Пигменты маленьких фиолетовых едоков серы были обнаружены в скале возрастом 1,64 миллиарда лет в северной Австралии. Эти бактерии появились после того, как Земля потеряла свои железистые формации (они перестали образовываться в море порядка двух миллиардов лет назад). Геологи долго ломали голову, почему же железистые формации перестали появляться. Две основные теории включали обилие кислорода в океане и варево вонючих сероводородов.

Открытие этих пигментов — плюс для сероводорода. Также это означает, что древний серный океан был полон счастливых маленьких едоков серы, а значит имел прекрасный фиолетовый оттенок.

Но откуда взялась вся вода на древней Земле?

Большая часть земной воды старше Солнечной системы

Солнечная система образовалась из огромного облака межзвездной пыли. Пыль сухая. Но некоторый кислород и водород в облаках смог объединиться в старую добрую воду H2O. Тем не менее из внутренней Солнечной системы ее всю выдуло, когда загорелось Солнце. Единственное место, где можно было найти воду после этого, были края внешней Солнечной системы, где блуждают кометы.

Ученые задумались над этим и поняли, что океаны Земли образовались порядка одного миллиарда лет после того, как сформировалась сама планета. Это могло бы объяснить наличие океанов вулканической дегазацией и падением ледяных комет. Вулканы могли выпустить немного воды, оставшейся внутри Земли во время ее формирования. Остальная часть воды прилетела вместе с бомбардировкой кометами в начале жизни Солнечной системы.

История, конечно, хороша. Но верна лишь отчасти.

Не так давно ученые выяснили, что 30-50 процентов земной воды старше Солнечной системы. Другими словами, межзвездный лед был здесь еще до того, как пылевые облака образовали нашу звездную систему. Ученые использовали метод относительного датирования, чтобы показать, что половина воды и, включая ту, которая в вашем теле, возрастом более 4,6 миллиарда лет. Более точную дату ученые назвать постеснялись, но их выводы говорят о том, что древняя вода может быть такой же древней, как сама Вселенная.

Жизнь на Земле могла прийти с Марса

Иногда метеоры скользят по ночному небу, иногда удивляют нас средь бела дня. Эти маленькие фрагменты астероида или кометы обычно сгорают в атмосфере. Если они падают на Землю, их называют метеоритами.

В 1980-х годах, после миссий «Викингов» на Марс, ученые с удивлением обнаружили, что некоторые земные метеориты на самом деле попали к нам с Красной планеты. Сегодня в NASA уверены, что у них есть по меньшей мере 124 обломка марсианской недвижимости. Марсианские метеориты обладают вулканической природой, а сам Марс известен наличием крупнейших вулканов в Солнечной системе. Тем не менее даже самое крупное извержение горы Олимп не могло забросить камни на Землю.

После долгих лет детективной работы некоторые эксперты пришли к выводу, что извержение выбросило обломки лавы возрастом 4,5 миллиарда лет примерно 15 миллионов лет назад. На Землю они попали порядка 13 000 лет назад. Некоторые из них содержат косвенные доказательства того, что вулканическая порода имела контакт с водой, в которой, возможно, некогда гнездилась жизнь.

Звучит маловероятно, но жизнь всегда находит выход. Сегодня в Йеллоустоуне крошечные организмы под названием экстремофилы выживают в горячих источниках и камнях. Маленькие живучие супервулканические существа вполне могли пережить суровые условия жизни на Марсе. Они даже могли бы пережить падение на Землю, если бы оказались достаточно глубоко внутри большой каменной плиты. Что касается совсем уж фееричного огненного падения на Землю, ученые доказали, что эндолитам понадобился бы тепловой экран всего в 5 сантиметров толщиной.

Конечно, земной жизни уже порядка четырех миллиардов лет, а эти марсианские туристы прибыли недавно. Но мы нашли не все метеориты. Безусловно, они лежат на Земле, и, вне всяких сомнений, другие метеориты с Марса могли навещать Землю, когда она была совсем молодой. Даже если они не привезли с собой формы жизни, они могли привезти минералы, крайне необходимые для развития юной жизни на Земле.

Юная Земля не была похожа на ад

Геологи называют первые годы Земли гадеем в честь Гадеса, под которым древние греки имели в виду ад. Согласно теории, жар во время образования Земли расплавил большую часть планеты, и понадобилось много времени, чтобы на ней образовалась относительно холодная корка современности. Большинства минералов гадейского периода на Земле уже нет, благодаря выветриванию и тектонике плит. Все, что осталось, это крошечные кристаллы циркона.

Циркон (силикат циркония) — весьма драгоценный материал, но также крайне полезный для ученых по двум причинам. Во-первых, он достаточно прочный, чтобы пережить детский период геологии. Циркон может извергнуться из вулкана, попасть между двух тектонических плит, осесть под километровым слоем осадков и просто пожать плечами, нарастив еще один слой. Потом приходят геологи и читают этот слой как историческую книгу. Во-вторых, циркон содержит крошечную долю урана — недостаточно, чтобы нанести вам вред, но достаточно, чтобы провести точное научное рандеву.

Исследователи протестировали старейший из известных цирконов, который прошел долгий путь из гадейского периода. Оказалось, что минерал кристаллизовался при гораздо более низкой температуре, чем ожидалось. Дальнейший анализ показал, что вода и другие условия, пригодные для жизни, возможно, были уже тогда, когда сформировался кристалл. 4,4 миллиарда лет назад на Земле, возможно, уже были континенты и океаны, наполненные живительной водой, а не смертельной лавой.

Тем не менее, Земля обладает железным ядром. Это означает, что планета должна была быть сущим адом по крайней мере недолгое время после образования.

Золото и платина упали к ядру Земли

Металлы вроде золота и платины редкие на Земле, но распространены на некоторых астероидах. Эти астероиды образовались из того же облака пыли, что и Земля. Почему же вокруг нас не валяются золотые россыпи, почему мы не живем в платиновых хибарах?

В начале гадейского периода (после образования Земли но до образования циркониевых кристаллов, о которых мы говорили) температура была достаточной, чтобы расплавить железо. Железо и его соседи по периодической таблице — тяжелые металлы. Таким образом, расплавленные капли чистого железа, а также золота, платины и так далее начали оседать, понемногу смещаясь к центру планеты.

Затем что-то размером с Марс врезалось в Землю, выбросив в космос материал, который впоследствии стал Луной. Это столкновение привело к массивному плавлению Земли. Много железа и практически все остальные члены этого клуба опустились на самое дно, в ядро планеты, где и пребывают по сей день.

Северный и Южный полюса не всегда были ледяными

Вероятнее всего, столкновение, которое привело к рождению Луны, наклонило ось Земли настолько, что большая часть солнечного света падает на экватор. Тем не менее это не означает, что полюса всегда были ледяными. Всего 34 миллиона лет назад — мгновение по меркам геологов — средняя температура Антарктиды была 14 градусов по Цельсию. Вода в близлежащих морях была 22 градуса — купаться можно.

На протяжении большей части своей истории Земля не могла похвастать большими ледяными шапками. Количество поступающего солнечного света не имеет значение. Значение имеет уровень углекислого газа, а в результате и глобальное потепление.

Ученые толком не знают, почему полюса замерзли именно 20 миллионов лет назад или около того. Некоторые полагают, что это произошло после того, как Индия и Азия столкнулись на тектоническом уровне. В результате этого столкновения выросли Тибет и Гималаи. Поскольку выветривание эффективнее происходит на неровной поверхности, много кусков континентальной породы смыло в океаны, что увеличило накопительный потенциал углерода в морях. Углерод выпал в атмосферу, и парниковый эффект сменился глобальным похолоданием.

Но не все ученые принимают эту идею. Говорят, что недостаточно доказательств.

Земля могла остыть из-за муравьев

Хотя на полюсах не так давно было тепло, все температурные рекорды Земли за последние 200 миллионов лет были установлены еще в эпоху динозавров. Тогда, благодаря парниковому эффекту, тропики запекались при 35 градусах по Цельсию, а на высоких широтах было порядка 20 градусов. Потом, примерно 65 миллионов лет назад, все остыло, не считая нескольких температурных скачков.

Выветривание действительно играет большую роль в глобальном углеродном цикле, поэтому ученые часто обращаются к этому объяснению. В конце 1980-х годов один из таких ученых из Аризонского университета начал долгосрочный эксперимент. Он разбил скальную породу и поместил в разные типы окружающей среды — от голой земли до гнезд муравейников. Каждые пять лет он изучал образцы и сравнивал результаты выветривания с исходными образцами. Спустя двадцать пять лет он с удивлением обнаружил, что муравьи разрушили породу в 175 раз быстрее, чем обычное выветривание.

Обычные муравьи являются одними из самых сильных агентов выветривания минеральных веществ. Возможно, нет ничего случайного в том, что первые муравьи появились порядка 65 миллионов лет назад, как раз тогда, когда Земля начала остывать.

http://hi-news.ru/research-development/10-otkrytij-kotorye-izmenili-nashe-predstavlenie-o-drevnej-zemle.html