Краткая история планеты Земля: горы, животные, огонь и лед - Дж. Д. Макдугалл

Однако 3,8 миллиарда лет назад — это больше чем 700 миллионов лет после возникновения Земли. Последние 700 миллионов лет земной истории охватывают фактически весь ход эволюции, от одноклеточных организмов до китов, кенгуру и человека. Многие ученые считают, что все необходимые шаги для возникновения жизни — образование простых органических молекул из составляющих, имевшихся в первых океанах и атмосфере, полимеризация этих молекул и реакции между ними, ведущие к образованию более сложных форм, и наконец возникновение репликации (самовоспроизведения) — все это могло произойти за относительно короткий период времени, вероятно, за 10 миллионов лет или меньше. Но если это так, почему мы не имеем более ранних признаков существования жизни? Неужели действительно для возникновения жизни потребовался чуть ли не миллиард лет?

Мы уже отмечали, что самые древние породы Земли за свою долгую жизнь неизбежно подвергались нагреванию и всякого рода деформациям, что большая часть признаков их первоначального состояния оказалась стертой, и что даже если бы жизнь возникла вскоре после того, как образовалась Земля, может оказаться, что у нас просто нет сохранившихся ее следов. Но есть также основания полагать, что жизнь могла взять и медленный старт. Это связано с тем фактом, что юная Земля бомбардировалась материалом из космоса.

Хотя каждый год на Землю падают десятки тысяч мелких метеоритов, изредка в нее врезаются и гораздо более крупные тела. Так, огромный, диаметром в целую милю, метеоритный кратер в штате Аризона, в ясный день представляющий собой великолепное зрелище для пассажиров, прилетающих и улетающих из южной Калифорнии, образовался в результате падения метеорита умеренных размеров, который врезался в Землю около 50 000 лет назад. В 1908 году упавшее на Землю тело, взорвавшееся над отдаленной областью Сибири, представляло собой небольшую комету. Взрыв ее повалил леса на большой площади и создал взрывную волну, которая была отмечена на сейсмографах в Западной Европе, за тысячи километров от места падения. Интуитивно легко понять, что в ранний период истории Земли падение таких естественных космических обломков на Землю должно было происходить в гораздо более крупных масштабах. Ведь в конце концов наша планета образовалась из скопления вещества, рассеянного вдоль орбиты вокруг Солнца, и даже когда это скопление достигло приблизительно нынешнего размера планеты, в ее окрестностях все еще оставалось много материала, падавшего на нее впоследствии. Однако несмотря на эти очевидные доводы, только после получения надежных данных в результате экспедиций на Луну космических кораблей серии «Аполлон» геологи стали осознавать важную роль, которую должны были играть падения на Землю космических тел. Впечатляющие фотографии того, как обломки кометы Леви — Шумейкера 9 падают в атмосферу Юпитера, вызвав возмущения в областях этой планеты размером с Землю, сделанные летом 1994 года, только подчеркнули важность подобных событий в истории Земли.

Луна, как можно видеть через сильный бинокль, имеет щербатую поверхность. Одно время думали, что многие из ее «оспин» вулканического происхождения, но сейчас установлено, что почти все они являются результатом столкновения с метеоритами. Размер кратеров колеблется от больших круглых «бассейнов», образующих темного цвета «моря» (как выяснилось, название это ошибочно), имеющих в диаметре до 1000 километров и более, до микроскопического размера щербинок на образцах пород, привезенных на Землю астронавтами. Одним из многих важных результатов исследования Луны является определение скорости увеличения числа этих кратеров. Никто не удивился, когда выяснилось, что скорость появления кратеров на Луне оказалась гораздо выше на ранних этапах ее истории, чем теперь. Самые крупные кратеры, которые сейчас заняты «морями», являются и самыми древними. Диаграмма на рис. 3.1 показывает, как резко падала скорость появления новых кратеров в течение жизни Луны.

Луна — маленькая планета, которая быстро остыла и в течение миллиардов лет находилась в состоянии геологического покоя. На ней нет вулканов и не бывает землетрясений. Нет на ней и атмосферы, которая могла бы быть причиной выветривания или эрозии. По существу на ней отсутствуют такие геологические процессы, которые постоянно работают на Земле, стирая с ее лица следы геологических событий. В результате этого Луна сохранила массу данных о своей первоначальной истории. Эти данные показывают, что Луна возникла приблизительно в то же время, что и Земля, и что практически все лунные кратеры старше 3,9 миллиарда лет, как и многие более молодые, были сильно переработаны в результате мощных бомбардировок падающими метеоритами. Самые древние части лунной поверхности полностью покрыты ударными кратерами. Если кривую, показанную на рис. 3.1, экстраполировать в сторону ранней истории Луны, то мы увидим, что наш ближайший сосед подвергался в то время безжалостной бомбардировке из космического пространства. Если Луна так интенсивно бомбардировалась из космоса в ранний период своей истории, то ее ближайшая соседка Земля, гравитационное притяжение которой было во много раз больше, чем Луны, претерпела гораздо более серьезное воздействие.

Рис. 3.1. Плотность кратеров в различных частях лунной поверхности измерялась по фотографиям, снятым с космического корабля, вращающегося по орбите вокруг Луны. Некоторые из этих регионов посещались космонавтами во время экспедиций серии «Аполлон». Во время этих высадок были отобраны образцы горных пород, которые были затем доставлены на землю, где был определен их возраст. Этот график составлен на основе полученной таким образом информации и показывает, что первоначальная Луна — по аналогии и в силу близости, — и Земля — подвергались очень сильной бомбардировке. Точки на кривой соответствуют фактическим численным данным. 

Какие последствия эти бомбардировки должны были иметь для ранней жизни, только что появившейся на Земле? Вероятные воздействия наиболее крупных из падавших небесных тел относятся, по-видимому, к области научной фантастики, но в реальной действительности в течение раннего периода земной истории они происходили неоднократно. Столкнувшееся с Землей тело диаметром около 400 километров, то есть размером с крупный астероид из числа образующих теперь так называемый астероидный пояс, испарилось бы само и превратило в газ значительную часть земной поверхности, выбросив в атмосферу гигантский вулкан испарившихся и расплавленных пород. Часть этих обломков была бы выброшена в космос, но большая часть оказалась бы рассеянной по всей земной поверхности, вызвав нагрев до высоких температур как атмосферы, так и пород, слагающих поверхность. Весьма вероятно, что под воздействием такого количества тепла все существовавшие тогда океаны испарились бы. Огромное количество воды, выброшенной в атмосферу, радикально замедлило бы процесс охлаждения планеты после столкновения, поскольку вода создает парниковый эффект даже более интенсивно, чем двуокись углерода. Поверхность Земли оказалась бы полностью стерилизованной, и любые формы примитивной жизни, существовавшие до столкновения, почти без сомнения, были бы стерты с лица Земли.

Даже менее грандиозные столкновения имели бы радикальные последствия. Бассейн Имбриум, крупнейшая структура на лунной поверхности ударного типа, образовалась в результате падения тела диаметром около 100 километров. Имбриум частично окружен кольцом гор высотой около 5 километров. Место посадки космического корабля «Аполлон-15» находилось у подножия горной цепи Апеннин, являющейся частью этого кольца. Образцы, привезенные на Землю участниками этой экспедиции, а также другие данные показывают, что эти Апеннины совсем не похожи на любые горные хребты на Земле. Это просто огромные груды обломков, часть которых была выброшена взрывом, образовавшим структуру Имбриум. Равноценный по мощности взрыв на Земле превратил бы в пар огромную массу горных пород, создал бы огромный кратер, вызвал бы гигантские морские волны и, вероятно, привел бы к испарению по крайней мере поверхностных слоев океанов. При этом жизнь на суше или в поверхностных слоях океанов была бы неизбежно уничтожена.

Кроме тела, образовавшего бассейн Имбриум, известен по крайней мере еще один объект диаметром порядка 100 километров, который упал на Луну в первые 600-700 миллионов лет ее существования. Таким образом, существует высокая вероятность того, что в этот же период еще более крупные тела и в еще большем количестве сталкивались с Землей, а это открывает интересную возможность того, что возникновение живых организмов из простых органических молекул происходило на Земле неоднократно, прерываясь стерилизующим воздействием мощных взрывов от падения гигантских тел. Химики и биологи находят достаточно трудной задачу реконструкции шаг за шагом процесса возникновения жизни даже в спокойной обстановке. Принимая во внимание периодически происходившие на ранней Земле бурные события, неудивительно, что процесс возникновения жизни должен был быть медленным и спорадическим.