Как ледниковый апокалипсис подготовил Землю к взрыву жизни

Большинство геофизиков считает, что примерно 700 млн лет назад Земля превратилась в замерзший шар, покрытый толстым слоем льда. Этот период еще иногда называют «Земля-снежок ^[1]» — и да, у этой теории есть противники, но сегодняшний пост не об этом. Можно было бы предположить, что глобальное оледенение приведет к постепенному затуханию жизни на планете. Но несмотря на суровейший климат, в океанах назревали условия для эволюционного скачка.

Новое исследование австралийских ученых, опубликованное ^[2] в журнале Geology, раскрывает подробности. Если коротко: огромные тяжелые ледники продвигались по поверхности Земли и дробили горные породы под собой, высвобождая разные химические соединения. Дальше эти вещества попадали в океаны с талой водой и, вероятно, становились стимулом для развития микробной и более сложной многоклеточной жизни. Как и почему? Об этом поговорим в посте.

О чем говорят камни

В позднем протерозое Земля пережила два глобальных оледенения: стертское и мариноанское. После мариноанского Земля оттаяла окончательно, и наступил так называемый Кембрийский взрыв ^[4], когда на нашей планете стали появляться разнообразные формы жизни — просто огромное количество живых организмов. Геохронолог Крис Киркланд из Университета Кертина в Австралии с коллегами изучил ^[5] «геологические записи» позднего протерозоя, холодного периода, чтобы понять, как он повлиял на окружающую среду и эволюцию жизни на нашей планете.

Команда анализировала образцы из Далрадианского суперкомплекса в современной Шотландии и Ирландии. Это серия древних осадочных и вулканических пород, сформировавшихся примерно 540–800 млн лет назад (поздний неопротерозой и ранний палеозой) на восточном побережье древнего континента Лаврентия. Суперкомплекс находился подо льдом в период «Земли-снежка».

Разгадка — в зернах циркона

Команда исследователей собрала образцы песчаников, которые могли помочь определить происхождение породы. Особенно их интересовали зерна циркона (ZrSiO₄) — минерала, устойчивого к разрушению. Их кристаллическая решетка включает уран, который в результате распада постепенно превращается в свинец, причем с предсказуемой скоростью. Это позволяет с высокой точностью определить возраст породы с помощью уран-свинцового метода ^[6] датировки.

Ученые измельчили десятки кг песчаников для выделения зерен циркона и проанализировали их посредством электронной микроскопии и масс-спектрометрии. Изучая соотношение урана и свинца, определили возраст кристаллов в разных слоях пород. Ну а дальше, получив эти данные, смоделировали процессы эрозии и накопления осадков, пытаясь понять, как все это происходило сотни млн лет назад.

Команда проекта сделала вывод, что в ходе глобальных оледенений древние породы разрушались. Гигантские ледники, словно бульдозеры, стирали поверхность Земли, обнажая более глубокие и менее распространенные минералы. Потом, когда температура повышалась и ледники таяли, мощные потоки воды вымывали минеральные вещества и уносили их в океан.

Раньше считалось ^[8], что океан обогатился минералами в позднем протерозое из-за увеличения содержания кислорода в атмосфере. Согласно этой гипотезе, цианобактерии вырабатывали большие объемы кислорода, а это изменило состав воздуха и морской воды. Ну а O2 реагировал с различными элементами, превращая их в твердые соединения. Эти вещества оседали на дне водоемов и становились питательной средой для живых организмов. Текущее же исследование показало ^[5], что, помимо влияния окислительных процессов, в океаны поступало огромное количество химических соединений с материка. То есть изменения происходили одновременно в атмосфере, на суше и в воде. Как это повлияло на живые организмы?

Да будет жизнь!

Полезные вещества попадали в океан, в том числе проникали в бедные минеральными соединениями слои. Создавались благоприятные условия для микробной жизни. К концу «Земли-снежка» микроорганизмы усложнились и стали основой для появления первых многоклеточных существ в эдиакарском периоде.

Есть и другое мнение относительно причин Кембрийского взрыва. «Каждый раз, когда происходят радикальные изменения в окружающей среде, стимулируются эволюционные процессы», — объясняет ^[5] ученый Крис Кемпес. По его словам, когда температура падает и снижается освещенность, это заставляет живые организмы приспосабливаться к новым условиям. Вполне возможно, что суровые факторы во время глобального оледенения сыграли даже большую роль, чем приток питательных веществ. Тем не менее Кемпес считает, что исследование Киркланда и команды — это «ключ к пониманию крупных эволюционных переходов».

Хотя криогенные изменения произошли сотни миллионов лет назад, авторы работы видят в них параллели с современным климатом: «Понимание этих древних циклов помогает нам лучше разобраться в том, как вообще работают климатические процессы». В дальнейшем Киркланд планирует изучать минералы апатиты, содержащие кислород, стронций и фосфор. Эти породы менее устойчивы, чем циркон, и их сложнее анализировать.

Исследование ученых поддержали и другие специалисты. «Удивительно, что мы так долго не обращали внимания на процессы, описанные в статье, — говорит стратиграф Гален Халверсон из Университета Макгилла, не принимавший участия в проекте. — Это прекрасно вписывается в наше понимание ледникового периода».

Изучение таких процессов помогает ученым не только понять прошлое Земли, но и предсказать возможные сценарии изменения климата в будущем. Запасаемся драконьим стеклом попкорном и следим за новыми исследованиями!

• Зачем прятать телескоп в глубине Средиземного моря: KM3NeT открывает тайны Вселенной ^[9]

• Конец всего: пять сценариев гибели Вселенной ^[10]

• Что говорит динозавр, или Как современные технологии помогают палеонтологам ^[11]

• Как лидар помог обнаружить древние города: что ученые узнали о Шелковом пути ^[12]

• Два в одном: как древние морские существа спасаются от гибели, сливаясь в единое нечто ^[13]