Вчені з'ясували, як близько півмільярда років тому з'явилася сучасна атмосфера. Тектонічна активність викликала кислотні дощі, які звільнили повітря від вуглекислого газу. Наступне за цим похолодання дозволило планктону наситити атмосферу киснем.
Геологи з Національного університету штату Огайо запропонували нову модель насичення земної атмосфери киснем. Цей процес привів до формування шару атмосфери, дуже близькою за складом до того, чим ми дихаємо зараз.
Дослідження, проведене вченими, передбачає, що прояви тектонічної активності земної кори спровокували ефект, зворотний парниковому, близько 500 мільйонів років тому. Це призвело до похолодання світового океану, стало причиною бурхливого зростання планктону і вилилося в різке зростання вмісту кисню в атмосфері.
Ця висока концентрація кисню, по всій видимості, і послужила відправною точкою для розвитку величезного розмаїття живих організмів на нашій планеті.
Метью Зальцман, доцент університету Огайо, фахівець в області науки про Землю, протягом 10 років разом зі своєю командою збирав докази зміни клімату, що сталося 500 мільйонів років тому в пізньому кембрійського періоду. Для цього вони вивчали хімічний склад різних мінералів, зібраних по всій земній кулі. Метою робіт було встановити повний ланцюжок послідовних подій, які спричинили за собою бурхливий розвиток життя.
Останні досягнення команди американських геологів, проведені в центральних районах США і малонаселених австралійських територіях, виявили новий доказ події геологічного масштабу.
Однак на той час планету населяли лише примітивні одноклітинні і багатоклітинні організми. Життя жевріла лише в океанах, головним чином у формі планктону, трилобітів і губок. Ранні предки сучасних рослин вже існували в кембрійський період, але розмаїття живих форм не існувало.
Проте, в пізньому кембрійського періоду відбулася подія, іменоване не інакше як кембрійський вибух - раптово різке збільшення чисельності живих організмів, останки яких знаходять у відкладеннях осадових порід земної кори.
Потім в Ордовикский період Палеозойської ери, що почався приблизно 490 мільйонів років тому, нові види тварин і рослин стали з'являтися один за іншим. В цей час відбулося формування перших коралових рифів, в цей же час з'явилися перші риби. У той час як представники фауни освоювали океан, рослини щосили колонізували сушу. Справжнє поділ видів і формування багатьох дрібних гілочок «дерева еволюції» відбулося саме в ордовикских періоді, в той час як Кембрій дав початок тільки найбільшим «відростках».
До сих пір вчені толком не пояснили причин виникнення величезного розмаїття живих форм. Незважаючи на те, що насичення атмосфери киснем і стрімка еволюція йшли паралельно, до сих пір не було виявлено жодного свідчення на користь того, що причиною бурхливого розвитку життя стало саме зміна складу атмосфери.
Фахівці з Огайо вивчали раптову зміну клімату в кембрійського періоду з тих пір, як Зальцман знайшов на заході Америки перший доказ процесу зменшення концентрації СО2 в атмосфері. За першої скельної породою послідувала друга, на цей раз вже європейська.
Нинішні ж знахідки, зроблені в центральній частині Америки і пустелях Австралії, дозволяють вченому говорити, що дана подія мала світові масштаби.
У той час як більшість сучасних континентів була прихована водами світового океану або становила частину Гондвани - доісторичного суперконтиненту, тектонічна активність викидала все нові і нові гірські породи на поверхню Землі, де вони миттєво роз'їдає кислотними дощами. Ці рясні опади здійснювали перенесення діоксиду вуглецю з атмосфери в осадові породи, а також сприяли виділенню кисню. Таким чином, здійснювався процес, зворотний формування парникового ефекту.
Однак, хоча з попередніх робіт Зальцману і було відомо, що вуглекислий газ в атмосфері поступово замінювався киснем, затримувався він в ній чи ні, вченим було не зрозуміло.
Щоб прояснити ситуацію, дослідники провели порівняння кількостей так званого «неорганічного» вуглецю, який потрапив в осадові породи в результаті кислотних дощів і вуглецю, утвореного в ході фотосинтезу планктоном. Так як планктон містить різну кількість ізотопів вуглецю в залежності від кількості кисню в атмосфері, геологи змогли з'ясувати, як багато кисню виділилося в цей період і наскільки довго він залишався в атмосфері.
Вивчення ізотопного складу сірки дозволило вченим встановити, що виділявся знову кисень не поглинався сірчистими сполуками, хоча такі припущення також мали місце.
В результаті Зальцман запропонував, що події розвивалися наступним чином: тектонічна активність призвела до посилення атмосферних процесів на планеті, що виразилося в рясних кислотних дощах, що обложили більшу частину атмосферного вуглекислого газу в нелеткі карбонатні мінерали. Це явище призвело до охолодження планети. Остигнули океани стали більш придатні для життя, що призвело до надзвичайного поширення планктону, вивільнити в ході фотосинтезу велику кількість кисню.
Тільки після цього міг статися «кембрійський вибух» - різке збільшення біомаси планети, а також формування надзвичайного різноманітності живих організмів.
Як висновки зі своєї роботи Зальцман пропонує задуматися про чутливість атмосфери до змісту вуглекислого газу в ній. Людина своїм існуванням зобов'язаний короткому миті в історії Землі, коли тектонічна активність призвела до зменшення концентрації СО2 в атмосфері. Глобальне охолодження спочатку сильно прискорило розвиток життя на землі, проте 50 мільйонів років тому, в пізньому ордовикских періоді, інша тектонічна активність - найімовірніше, освіту гірської системи Аппалачі - привела до різкого похолодання клімату і смерті більше 95% всіх живих істот планети.
Суперечки про те, чи є сучасне збільшення концентрації СО2 в атмосфері справою рук людини, або ж це прояв одного з циклічних процесів нашої планети, не вщухають і донині. Однак не викликає сумніву той факт, що природний баланс, який би життя на землі, крихкий, і легко може бути порушений, попереджають вчені.
Кембрійський еволюційний вибух
- одна з найбільших загадок в історії розвитку життя на Землі. Знадобилося 2,5 мільярда років, щоб найпростіші клітини розвинулися в більш складні еукаріотичні клітини, і ще 700 млн років для виникнення перших багатоклітинних організмів. А потім, за все за якісь 100 мільйонів років, світ виявився заселений неймовірним різноманітністю багатоклітинних тварин. З тих пір за більш ніж 500 мільйонів років на Землі не з'явилося жодного нового типу (принципово іншої будови тіла) тварин.
У кембрійський період на Землі існували величезні області, зайняті континентальним шельфом, або материковими мілинами. Тут створилися ідеальні умови для життя: дно, покрите шаром м'якого мулу, і тепла вода. До цього часу в атмосфері утворилося багато кисню. Розвиток твердих покривів призвело до появи нових життєвих форм, таких, як членистоногі, артроподи. Тваринам знадобилися нові способи захисту від високоорганізованих хижаків. Покращилися засоби їх захисту - і вже хижакам довелося виробляти нові методи полювання, щоб подолати опір жертви.
Протягом кембрійського періоду рівень моря неодноразово підвищувався і знижувався. При цьому деякі популяції вимирали, а місця їх проживання займали інші тварини, яким, в свою чергу, доводилося пристосовуватися до нових умов життя. Згодом тварини кембрію освоювали все нові, більш і більш спеціалізовані способи харчування. Тваринний світ ставав різноманітнішим, і все більше видів тварин могло існувати пліч-о-пліч, не претендуючи на харчові ресурси сусідів.
Ніколи більше на нашій планеті не буде такої кількості незайнятих екологічних ніш і настільки слабкої конкуренції між видами - іншими словами, настільки необмежених можливостей для експериментування з боку природи.
Олексій Петров, www.gazeta.ru