ГРАНИЦА ДОКЕМБРИЯ И КЕМБРИЯ

Первые 3-4 миллиарда лет. Возраст Земли и время образования жизни. Архейская биосфера

Итак, начнем все сначала. Еще лет 60—70 назад представления о возрасте Земли и времени образования жизни были таковы, что речь шла всего лишь о первых сотнях миллионов лет. Однако в связи с бурным развитием ядерной физики и изотопной геохронологии, т. е. с появлением возможности определения абсолютного возраста горных пород, мы стали получать данные о более древнем возрасте пород Земли. В последние два десятилетия сложилось устойчивое представление о том, что наиболее достоверные цифры, полученные по породам, составляют несколько более 3,5 млрд. лет. Но вот совсем недавно австралийскими учеными были получены цифры более 4 млрд. лет. Сегодня господствует представление об образовании Земли 4,5 млрд. лет тому назад.

Параллельно с годами и возраст древнейших находок жизни все увеличивался. Сегодня это уже более 3—3,5 млрд. лет тому назад. А что скажут ученые завтра? А послезавтра?

Следует, однако, заметить, что те находки органических остатков, возраст которых приближается к 3 млрд. лет, представлены организмами, хотя и очень примитивными, но, возможно, уже использующими в своем жизненном цикле кислород. С другой стороны, несмотря на многообразие представлений о механизме возникновения жизни, все современные исследователи более или менее едины в представлении о том, что атмосфера, в которой зародилось живое, была, безусловно, бескислородной. И, таким образом, возникает мысль о том, что жизнь зародилась заведомо ранее 3,5 млрд. лет, т. е. до появления кислородпотребляющих и кислородвыделяющих организмов.

Итак, 3—3,5 млрд. лет тому назад в древней атмосфере, вероятно, присутствовал кислород. Однако обычно считается, что в то время содержание кислорода составляло менее 0,1% от современного его содержания в атмосфере, Но ряд исследователей, занимающихся изотопией таких элементов, как сера и углерод, в древних породах архея и протерозоя, предполагают, что процент содержания кислорода в атмосфере был значительно выше.

Советский исследователь В. И. Виноградов прямо пишет: «Детальное, насколько это возможно, изучение изотопного состава серы и углерода в архейских метаосадочных породах показывает сходство изотопного состава сульфатной серы и карбонатного углерода с фанерозойскими и современными осадками. Это служит убедительным доказательством принципиальной неизменности условий осадконакопления в течение всей геологической истории планеты. В свою очередь, это означает, что газоводная оболочка Земли в ее современном виде (составе) тоже существует свыше 3500 млн лет. И столь же длительное время существует биосфера, и активность ее по отношению к круговороту циклических элементов остается практически постоянной.

Наиболее сложно представить себе, в каких формах была архейская биосфера и как достигался ее высокий уровень активности. Сегодня на эти вопросы трудно ответить даже гипотетически. Во всяком случае, ответ на них должен быть связан с коренным пересмотром современных представлений».

В этой связи интересно, что группа ученых Сибирского отделения АН СССР во главе с Ю. П. Казанским пришла к близкому заключению, но совершенно на другой основе. Они исследовали газовые включения в древних породах. Вывод — в архее кислорода было уже очень много, а в протерозое состав атмосферы практически уже одинаков с современным.

Однако многие исследователи полагают, что находки так называемых строматолитов, образованных бактериями и синезелеными водорослями, не позволяют утверждать существование продуцентов кислорода. С их точки зрения, синезеленые водоросли (и, конечно уж, бактерии) использовали фотосистему, при которой CO₂ + 2Н₂ → CH₂O + H₂O + 2S. И, таким образом, находки этих организмов в древнейших толщах не противоречат наличию в то время восстановительных условий в присутствии сульфидов.

В конечном итоге все исследователи приходят к мысли о насыщении атмосферы кислородом, но разным ученым представляется, что это произошло на разных этапах истории Земли. Однако существенных противоречий в том, что водная оболочка Земли возникла в результате дегазации мантии, нет. Проблема лишь в том, что одни считают, что дегазация мантии происходила более или менее постепенно, другие — достаточно быстро и очень давно. Одни считают, что это произошло ранее 3,5 млрд. лет, а другие — в интервале 4,6—2,5 млрд. лет.

На сегодняшнем уровне наших знаний кажется достаточно очевидным, что существует два основных источника кислорода. Первый из них — это вода, в результате диссоциации которой, под влиянием ультрафиолетовых лучей, образуется водород и кислород. Водород в основном уходит в космос, а более тяжелый кислород остается.

Второй источник — это фотосинтез. В течение времени, естественно, второй источник стал несоизмеримо более существенным.

Следовательно, для нас очень важны два момента в истории Земли. Момент появления больших масс воды, который мы можем в грубых чертах считать и моментом появления свободного кислорода, и момент появления фотосинтезирующих организмов, который опять же с определенными допущениями можем считать моментом, с которого началось резкое увеличение свободного кислорода в атмосфере.

Есть целый ряд показателей, которые, по мнению многих исследователей, дают основания думать, что еще 2,5 млрд. лет тому назад кислорода в атмосфере было значительно меньше, чем сейчас. К ним относятся такие показатели, как преобладание FeO в породах над Fe₂O₃, большая редкость в древних породах глауконита; высокие отношения марганца к железу в докембрийских толщах по отношению к фанерозойским. Но все это говорит лишь о том, что кислорода было меньше, но его могло быть достаточно много.

В. И. Виноградов, конечно, несколько увлекается, говоря о том, что газоводная оболочка Земли в ее современном виде (составе) существует свыше 3500 млн. лет. Если бы это было абсолютно так, то вряд ли мы имели бы ту разницу, которую мы имеем в наборах пород докембрия и фанерозоя. Эта разница породных ассоциаций несомненно связана с эволюцией гидро-, атомо- и биосферы. Но несомненной мне кажется правота В. И. Виноградова в вопросе о том, что если мы находим осадочные породы, а в них остатки синезеленых водорослей, то это является показателем и водной среды и достаточно высокого уровня содержания кислорода.

Итак, вернемся снова к фактам. Древнейшие строматолиты имеют возраст около 3,5 млрд. лет, следовательно, уже в это время процесс накопления свободного кислорода, вероятно, идет уже очень быстрыми темпами. Пока трудно оценить содержание кислорода в цифрах, но характер кривой увеличения его в атмосфере ( 2) несомненно должен быть иным, чем тот, который обычно принято рисовать согласно представлениям Беркнера и Маршалла.

Точно так же мне представляется, что точка Пастера (1% О₂ от современного содержания) должна быть резко смещена к уровню как минимум 2,2—2,5 млрд. лет, а точка Беркнера—Маршалла (10% O₂ от современного содержания) — к уровню 1,8—2,0 млрд. лет.

Итак, находки самых древних ископаемых говорят нам скорее всего о присутствии кислорода в атмосфере, но они же показывают, что среди организмов присутствуют, вероятно, пока только прокариоты.