Земля миллиард лет назад: Палеонтологи определили, какой была Земля 3 миллиарда лет назад

Определена длительность дня на Земле миллиард лет назад

Изучение ископаемых останков древних бактерий на Урале позволило определить, какой была длительность светового дня на Земле полтора миллиарда лет назад. О совместном российско-американском исследовании, проведенном на Урале, и о проблемах уральского отделения Академии наук «Газете.Ru» рассказал член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией Института геологии и геохимии Андрей Маслов.

Древние Уральские горы — кладезь источников ценных геологических и палеонтологических данных, которые могут поведать о том, какой была наша планета на заре существования живых организмов. В последнем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences опубликована совместная работа российских и американских ученых, посвященная изучению древней Земли с помощью ископаемых останков первых организованных сообществ живых организмов — строматолитов.

Об истории работы и проблемах, с которыми сталкиваются ученые уральского отделения Российской академии наук, «Газете. Ru» рассказал один из авторов статьи, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией литологии Института геологии и геохимии УрО РАН, доктор геолого-минералогических наук Андрей Маслов.

— Как началась эта работа?
— Сотрудничество с американскими учеными в исследовании строматолитов началось фактически случайно. Пару лет назад Владимир Сергеев из Геологического института РАН (Москва) был в США по своим рабочим вопросам. Там он познакомился с геологами из Массачусетского технологического института (МИТ), которые занимаются исследованиями строматолитов.

— Почему важно исследовать именно строматолиты?
— Строматолиты — это ископаемые останки цианобактериальных матов, древних высокоинтегрированных сообществ бактерий, как фотосинтезирующих (вырабатывающих кислород), так и аэробных (вырабатывающих энергию, поглощая кислород) и анаэробных (вырабатывающих энергию без кислорода). Возраст наиболее древних из них приближается к 3 миллиардам лет, а в породах они имеют вид цилиндрических трубок или сложных совокупностей таких трубок.

Таким образом, изучая строматолиты, мы можем получить представление о том, какой наша планета была миллиарды лет назад.

— Какова методика изучения строматолитов?
— Наши американские коллеги сравнивают их с аналогичными организмами, которые сейчас живут на Земле – в соленых озерах или, например, заливах и лагунах. На основании этих данных и информации по древним строматолитам они моделируют поведение таких систем и на основании этих моделей, в свою очередь, получают данные о древней Земле.

Профессор Таня Босак из МИТа достаточно давно занимается строматолитами, в том числе и изучая русскоязычную литературу на эту тему (оказалось, что у них в институте очень хорошая подборка русских источников). Она давно мечтала попасть на Урал, где известны нижнерифейские строматолиты. Она попросила Сергеева найти людей, которые могли бы показать те места на Урале, где строматолиты. Так она вышла на нас, и началась совместная работа.

Мы, со своей стороны, не только знаем места, где есть строматолиты, но и представляем условия их формирования и формирования вмещающих их пород. В начале июня прошлого года мы уже встречали Таню Босак и трех ее студентов в аэропорту Екатеринбурга. Оказывается, в США очень легко направить студентов в заграничную командировку, своего рода практику, на другую сторону глобуса, заметно легче, чем в России. Они прилетели из Бостона в Москву, оттуда в Екатеринбург, а дальше мы их на машине забрали для работы на местности под Челябинском. Собственно, полевая фаза работы длилась неделю.

— Какова была цель исследования?
— Тут нужно подробнее пояснить, что такое строматолиты. Внешне они выглядят как конические трубки, похожи, скажем, на очень большой тупо заточенный карандаш. «Карандаш» растет отдельными слойками, а скорость роста связана с длительностью светового дня на Земле во время существования бактериального сообщества.

close

100%

Для ученых долго оставалось загадкой, какое время (день, неделя, месяц или более) необходимо для того, чтобы была создана новая известковая полоска в строматолите, чтобы новая полоска наросла поверх предыдущего. Было предложено много гипотез. Измеряли толщину полосок, искали годичные маркеры, пытались предположить, что миллиарды лет назад Земля вращалась быстрее и длительность дня была другой. Словом, было много спекуляций, не всегда обоснованных.

Наши американские коллеги применяют для исследований комплексный подход. С одной стороны, они осмотрели и изучили много обнажений — каменных стенок вдоль рек, автомобильных и железных дорог, где находятся отложения, в которых когда-то жили строматолиты. С другой стороны, они разработали математический аппарат для описания жизненных циклов бактериальных матов. Создали они его на основе существующих и сейчас сообществ. Где их искать? Если существует промежуточная зона между морем и сушей — болотистая, влажная полоса — там могут жить бактериальные корки, прообраз которых — древние строматолиты. Затем математические закономерности роста корок они пытаются приложить к строматолитам. Так, разработанная ими модель была применена и к нашим уральским строматолитам с возрастом около 1 миллиард 400 миллионов лет, известным в окрестностях городов Бакал и Сатка в Челябинской области.

В результате совмещения математических и палеонтологических данных удалось установить, что возможная длительность формирования каждого слоя в строматолитах — 20 часов. Спроецируем эти 20 часов в ранний рифей и получим примерно ту же длительность дня, что и сегодня.

— Каково главное достижение исследования?

— Выдвигались гипотезы, что миллиард лет назад сутки были короче, то есть Земля вращалась быстрее. Мы можем сейчас сказать, что это не так.

На основании наших данных можно заключить, что ощутимых изменений химических и физических параметров на Земле, начиная с 1 млрд 500–600 млн лет назад, по всей видимости, не было.

Подчеркну, что это лишь одна линия доказательств, оппоненты, наверное, приведут другие аргументы. Работа будет продолжена. Цель ее — попытаться точно установить хотя бы одну реперную точку для древних процессов жизни Земли, например, длительность дня. С помощью этого можно формировать и всю картину древней Земли.

— Почему исследование такого интересного объекта на территории России ведется силами в основном иностранных ученых?
— В России исследования строматолитов развивались еще с довоенного времени, но все основные достижения были сделаны в середине 1960-х — начале 1980-х гг. Образно говоря, мне сейчас 53 года, и за те 30 лет, что я работаю в науке, перед моими глазами прошли и расцвет, и пик, и вот теперь почти полный упадок исследований. Интерес к данной области, конечно, не потерян, однако такие разработки не могут вестись в условиях безденежья. С 1990-х годов у нас совершенно исчез приток молодых людей. Я знаю многих людей моего возраста, тех, кто пришел в институты РАН, а тогда еще АН СССР, вместе со мной, многие из них работают на очень хорошем уровне. А после нас — почти полный провал, много лет молодых вообще не было. Поэтому естественно, что иностранцы едут изучать объекты здесь —

у нас в стране много очень интересных и подчас уникальных геологических объектов, но изучать их на мировом уровне у нас просто нет возможностей.

— Как вы оцениваете ситуацию в уральском отделении Российской академии наук? Какие проблемы и задачи вы считаете самыми сложными?
— Повторюсь, нам нужно привлекать в науку молодежь. Для этого нужно платить достойную зарплату и решать вопрос с жильем. Конечно, необходимо, чтобы у человека было желание, стремление работать, трудиться, искать. Но материальные трудности занимают не последнее место. У нас были очень большие надежды на улучшение ситуации, когда в декабре прошлого года президент России Дмитрий Медведев в Москве встретился с членами президиума РАН и прямо спросил, что нужно, чтобы молодежь пошла в науку.

Ему тогда ответили, дайте хотя бы 5 тыс. квартир для молодых сотрудников, но пока этот проект не реализован. Был пилотный проект по сокращению ставок и росту зарплаты за счет этого, и академия просила после него хотя бы тысячу целевых ставок для молодежи. Однако Дмитрий Медведев дал поручение министру образования и науки Андрею Фурсенко, тот это поручение принял, и с тех пор все ушло в песок, никаких результатов, никакого продвижения. На прошедшем недавно Общем собрании РАН опять поднимался вопрос — возможно, что-то изменится.

В качестве примера проблем современной науки и образования в России приведу Горный институт в Екатеринбурге. Это, можно сказать, знаменитое учебное заведение — ему 90 лет, это годы хорошей истории, традиций, одним словом, хорошая марка. Сейчас, как и в большинстве других вузов, особенно в результате последних поправок в закон о статусе государственных образовательных учреждений, ректорат озабочен привлечением студентов-платников. Во что это выливается: люди не сдают по 2–3 сессии, а их нельзя отчислить. И вот эти «дипломированные специалисты» пойдут если не в науку, то на производство, что едва ли не хуже. Такая ситуация недопустима.

— Как вы оцениваете выступление премьер-министра России Владимира Путина на Общем собрании РАН? Какую мысль он хотел донести до членов академии?
— Вообще, это совершенно понятно, что хотел сказать премьер. Российской науке предстоит принципиально измениться. Ведь мы отчасти живем еще старыми категориями:

мы большая страна, мы хотим (и мы раньше имели такую возможность) работать по всему фронту — от китаеведения до самостоятельного создания колоссальных ускорителей.

Так работала наука в СССР. Теперь Путин говорит, что на все денег не хватает и нужно сосредоточиться на отдельных принципиально важных направлениях, тех, что более востребованы обществом, более перспективны.

Но пока совершенно непонятно, что нужно нашей стране – наука, инновации или еще что-то. Слова Путина — это только слова. Если бы были хоть какие-то действия, хоть какой-то заказ государства, бизнеса на науку — было бы понятно, как провести такую реформу. Но пока это невозможно.

Существует, однако, и другая сторона этой медали. Вот, например, выбрали мы несколько приоритетных направлений, условно скажем, математика, физика и биология. То есть моя область, геология, неперспективна.

Куда я пойду в таком случае, я, специалист с 30 годами опыта работы? Ни в математике, ни в физике я не нужен.

А если полностью закрыть мою область, тогда мы потеряем последних специалистов, которые хотя бы знают, почему появляется метан в шахтах. Тогда некому будет объяснять, почему так важно соблюдать технику безопасности. И будем мы ради плана прикрывать датчики телогрейками, что уже и делается сейчас.

Поэтому совершенно обоснованно возражал Владимиру Путину президент РАН Юрий Осипов. Он предлагает сохранить все направления, пока мы не знаем, что именно нам нужно. Ведь фундаментальные исследования — это не прикладная наука, где есть план, например, создать ракету, и ее по этому плану и создадут. Нельзя предсказать, где произойдет тот научный прорыв, которого мы и общество ждем. Вполне возможно, это будет не то магистральное направление, что мы наметили «по плану», а если мы его упустим, мы гарантированно останемся на обочине.

Ученые рассчитали, чему равнялись сутки 1,5 млрд лет назад

Ученые вычислили, чему равнялись сутки на Земле полтора миллиарда лет назад. Для этого они сопоставили астрономические данные с результатами исследования древних пород.

Американские ученые смогли восстановить историю взаимных «отношений» между Землей и ее единственным естественным спутником Луной и выяснить, чему равнялись сутки на нашей планете более миллиарда лет назад.

То, что благодаря Лунным приливам Земля плавно замедляет вращение вокруг своей оси, известно давно. Таково проявление одного из основных законов механики — закона сохранения момента импульса. Поскольку Луна своим притяжением вызывает на Земле приливы, которые ежесекундно тормозят вращение планеты, часть кинетической энергии системы Земля-Луна постоянно переходит в тепло. Однако замедление вращения Земли, приводящее к увеличению суток,

имеет и обратную сторону — сама Луна отдаляется от Земли.

Скорость отдаления Луны удалось измерить не так давно: при помощи уголковых отражателей, оставленных на ее поверхности американскими астронавтами и советскими станциями, было установлено,

что расстояние до Луны растет в среднем на 38 миллиметров в год.

«По мере удаления Луны Земля уподобляется фигуристу, который замедляет вращение, распрямляя руки», — поясняет Стивен Мейерс, профессор геофизики из Висконсинского университета в Мадисоне, автор статьи, опубликованной в журнале PNAS.

«Мы хотели изучить камни возрастом миллиарды лет способом, сравнимым с тем, как мы изучаем современные геологические процессы», — пояснил Мейерс.

На движение Земли в космосе и ее расстояние до Солнца влияют как само Солнце, так и Луна, а также другие планеты Солнечной системы. Изменения в характере этого движения приводят к определяющим изменения климата вариациям солнечного излучения, достигающего поверхности Земли. Вариации эти в честь сербского астрофизика Милутина Миланковича называют циклами Миланковича, которые играют важную роль в климатологии и палеоклиматологии.

Анализируя ископаемые находки, Мейерс и его коллеги изучают изменения климата, происходившие на протяжении последних сотен миллионов лет.

Лезть в более глубокое прошлое, изучать климат на Земле, царивший на Земле миллиарды лет назад, гораздо сложнее, поскольку существующие инструменты, такие как радиоизотопный анализ, не дают той точности, которая необходима для выделения соответствующих циклов.

Усложняют задачу также наше неполное знание истории Луны и теория «орбитального хаоса», предложенная парижским астрономом Жаком Ласкаром в 1989 году. Ласкар показал, что обычные численные методы исследования эволюции Солнечной системы на больших промежутках времени, примерно 100 миллионов лет, перестают работать — мешает хаос.

На движение каждого из тел Солнечной системы влияют множество других тел, небольшие начальные вариации в их движении могут приводить к огромным расхождениям миллионы лет спустя, поэтому оценить эти начальные условия, «отмотав время назад», — чрезвычайно сложная задача.

Просто повернуть процесс отдаления Луны вспять не получилось. Учитывая ее ежегодное отдаление Луны 38,2 миллиметра, ученые высчитали, что такими темпами всего 1,5 млрд лет назад Луна находилась бы так близко от Земли,

что та просто разорвала бы ее на части.

В своей статье ученые описали новый статистический метод, позволяющий соотносить астрономические данные с данными геологических находок (астрохронология). Этот метод помогает оглядываться назад в геологическое прошлое нашей планеты, воссоздавать историю Солнечной системы и лучше понимать причины климатических изменений.

Вместе с Альберто Малинверно из Колумбийского университета Мейерс разработал алгоритм TimeOptMCMC, при помощи которого они проанализировали данные об осадочных породах формации Сямалинг на севере Китая возрастом 1,4 млрд лет и проб, взятых с Китового хребта в южной части Атлантического океана.

Таким образом им удалось оценить расстояние между Луной и Землей 1,4 млрд лет назад и дать оценку земным суткам в ту эпоху —

они оказались равны 18 часам 41 минуте, то есть более чем на пять часов короче нынешних.

Проведенный анализ показал, что в те времена Луна отдалялась от Земле гораздо медленнее, чем сейчас, и ежегодный прирост суток на Земле был больше современного.

Лекция 7 — Первые 3,7 миллиарда лет существования Земли

Лекция 7 — Первые 3,7 миллиарда лет существования Земли
НАЗАД К ДИНОЗАВРАМ 1997 ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА

Вернуться к Лекции 6

II. Масса новой материи снова схлопнулась в дискообразную массу из пыли и газа ( a ). Центр перегрелся и образовал новую звезду, наше Солнце ( b ). Из этого диска материи начали конденсироваться планеты ( c ), согласно широко поддерживаемой небулярной гипотезе Иммануила Канта и Пьера-Симона Лапласа. Два самых сильных аргумента в пользу этой идеи таковы: 1) диск начал вращаться в одном направлении, и вращение всех планет вокруг Солнца следует за первоначальным диском; и 2) что, поскольку диск с течением времени уплощается, все орбиты планет (кроме Плутона) лежат более или менее в одной плоскости (d). Плутон, возможно, является захваченным гигантским астероидом. III. Земля уплотнялась в четыре основных этапа. 1 ) Он начал накапливаться из небулярного облака, когда частицы врезались друг в друга, образуя так называемые планетезимали. Они, в свою очередь, столкнулись друг с другом и по мере роста их массы начали собирать материал с диска туманности. 2 ) По мере роста массы Земли росла и ее гравитационная сила, и Земля начала сжиматься в меньшее и более плотное тело. Это произошло примерно 4,5 миллиарда лет назад. 3 ) На третьем этапе само сжатие начало нагревать недра Земли; также было тепло, выделяемое радиоактивным распадом. Недра земли начали таять. Поскольку железо является самым тяжелым из обычных элементов, из которых состоит Земля, когда Земля начала таять, капли расплавленного железа начали опускаться к центру Земли, где они конденсировались. 4 ) Протекая сначала медленно, она ускорилась до катастрофических размеров — отсюда и название железной катастрофы. Обратите внимание, что 3 и 4 на рисунках справа представляют собой поперечные сечения.

Это была железная катастрофа, которая установила общую структуру Земли.

Все это время Земля все еще подвергалась бомбардировке астероидами и кометами, и этот процесс все еще происходит, но с гораздо меньшей (хотя и значительной!) скоростью.

Однако в какой-то момент образовалась Луна. Как именно это произошло, является основным предметом дискуссий. Одна теория утверждает, что Луна — это крошечная планета, захваченная гравитацией Земли. Во-вторых, Луна буквально выплеснулась из-под Земли ударом планеты размером с Марс. Последняя теория пользуется сейчас большим спросом, потому что она объясняет некоторые странные, но важные особенности химического состава Земли и Луны.

Земля возродилась во время железной катастрофы и, может быть, вновь при образовании Луны. Все следы поверхностной структуры были стерты плавлением.

IV. Однако земная кора окончательно затвердела примерно 3,7 миллиарда лет назад. Газы, выходящие из вулканов и разломов, вместе с лавой начали накапливаться, возможно, к этому добавилось воздействие нескольких гигантских комет (в основном газовых).

Накопившиеся газы были теми газами, которые мы до сих пор находим выходящими из вулканов:

Водяной пар (h3O)
Хлористый водород (HCl)
Окись углерода (CO)
Двуокись углерода (CO2)
Азот (N2)

Эти газы объединились, чтобы образовать:

Метан (Ch5)
Аммиак (Nh5)
Цианистый водород (HCN)

Эта атмосфера была бы для нас фатальной.

V. По мере охлаждения земной коры вода конденсировалась и накапливалась в виде океанов. Это произошло очень скоро после того, как корка затвердела.

VI. ЖИЗНЬ РАЗВИВАЕТСЯ

Происхождение жизни окутано тайной. Но были сделаны значительные шаги к некоторому пониманию.

Создание множества сложных органических молекул — первый шаг, но, по-видимому, несложный.

Это было показано в знаменитых экспериментах Миллера-Юри, проведенных в 1950-х годах.

Стэнли Миллер и Гарольд Юри были аспирантами/профессорами здесь, в Колумбийском университете. Они планировали провести эксперимент, чтобы увидеть, как можно производить сложные органические молекулы. По сути, они смешивали газы, которые, как они думали, были на примитивной Земле в банке, и гасили газы электрической искрой. Вуаля! Сложная органическая слизь, собранная на дне банки. Включены были аминокислоты, строительные блоки белков. Но нет жизни.

Такие эксперименты повторялись много раз, и ясно, что многие сложные органические соединения легко получить, но ни один из этих простых экспериментов не дал даже основ жизни.

Два основных элемента Жизни заключаются в том, что система должна иметь возможность воспроизводиться и должна быть отделена от своего окружения.

Что до сих пор остается загадкой, так это происхождение наследственности и размножения. Возможно, поверхность глины или какого-то другого минерала послужила шаблоном для организации, но это очень гипотетически, и ключевые эксперименты еще предстоит провести или даже рационализировать.

Вот ссылка на какую-то новую экспериментальную (и узкотехническую) работу по созданию репликации.

Простые самовоспроизводящиеся молекулы образовались в так называемом первичном бульоне органического вещества в воде.

Но как только возникнет репликация, будут случайные ошибки и, следовательно, может быть эволюция.

B. Как бы то ни было, мы почти уверены, что это произошло в начале истории Земли, потому что ископаемый углерод в горных породах возрастом 3,7 миллиарда лет и в строматолитах примерно того же времени имеют контрольные признаки жизни.

3,5 миллиарда лет назад уже существовала жизнь, безусловно, с полным набором базовой генетической системы — с ДНК и РНК. (Щелкните здесь, если вам нужна основная информация о ДНК и РНК) (Нажмите здесь, если вам нужна подробная информация)

Это были клетки, инкапсулированные в мембраны, поэтому их внутренняя работа была изолирована от окружающей среды.

Мы уверены, что самыми ранними формами жизни были прокариоты, такие как бактерии и цианобактерии.

Очевидно, фотосинтез должен был начаться почти в самом начале. В одночасье это изменило мир из-за выделения свободного кислорода.

Свидетельством этого являются строматолиты и окремненные микроорганизмы.

Сначала все отложения были серыми, что указывало на восстановленное железо. Крупные месторождения золота, такие как Витватерсранд, образовались в речных отложениях, связанных с сульфидами железа. Это невозможно в атмосфере, богатой O2.

C. Еще 2 миллиарда лет назад O2, образующийся в результате фотосинтеза, расходовался на окисление восстановленного железа Fe2+ до Fe3+. Кислород, окислитель, является акцептором электронов. Железо растворяется в соединениях в состоянии Fe2+, но не растворяется в соединениях Fe3+, таких как Fe2O3.

Затем около 2,6 миллиарда лет назад мы получили первые краснополосчатые формации железа (BIF) — красные и серые зоны слоев окисленного железа в кремнеземе.

Отвечает за самые важные месторождения железа в мире.

Таким образом, циклы фотосинтеза продуцировали циклы O2 в толще воды, которые продуцировали циклы окисления, а затем отложения соединений Fe3+ на дне океана. Аналогичным образом снижение содержания CO2 в толще воды приведет к увеличению pH воды и повышению растворимости Si. Но когда фотосинтез работал на более низких уровнях, pH снижался и происходило отложение Si.

Формирование, вероятно, связано с циклами фотосинтеза, а затем с биологической катастрофой. Растворимое железо выходит из раствора в присутствии О2, когда фотосинтезирующие микробы преуспевают. Когда они (возможно, сезонно) отмирали, кремнезем откладывался.

Эти красные слои указывают на накопление O2 в атмосфере.

Примерно в то же время снижаются BIF, что свидетельствует об исчезновении восстанавливающих соединений из океанов.

Базовая установка выветривания, какой мы ее знаем, вероятно, была установлена ​​в это время.

Эксперименты показывают, что даже водорослевая пена на щебне усиливает выветривание в несколько раз и на несколько порядков.

VII. ПРИМЕРНО 1,9 МИЛЛИАРДА ЛЕТ НАЗАД У НАС ЕСТЬ СВИДЕТЕЛЬСТВА ТОЛЬКО ПРОСТЕЙШИХ ВИДОВ ЖИЗНИ — ПРОКАРИОТ — БАКТЕРИЙ И СИНЕ-ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ

Но примерно через 1,9 миллиарда лет мы начинаем видеть окаменелости гораздо более крупных клеток. Эти клетки принадлежат эукариотам, членами которых мы являемся.

Эукариотические клетки представляют собой симбиотические колонии прокариот; многие из симбионтов называются органеллами. О2 обрабатывается митохондриями, хлоропласты занимаются фотосинтезом. Эти органеллы независимо реплицируются со своими собственными последовательностями ДНК генома в кольцевых цепях, как у бактерий. Некоторые другие виды органелл подобны.

Относительно независимая жизнь и отдельные генетические системы этих органелл побудили Линн Маргулис разработать «теорию органелл» (форма которой была впервые предложена Мерешковским в 1905 году), в которой разные группы прокариот становились эндосимбионтами в других клетках.

Метаболизм эукариот может начаться примерно при 2 % от существующего уровня O2, что согласуется с появлением обычных красных грядок примерно в то же время. Некоторые фотосинтезирующие эукариотические организмы развили колониальные формы, и появились первые «морские водоросли». Это первое достоверное свидетельство многоклеточности эукариот.

Развитие пола позволяет видам в том же смысле, в каком мы знаем, что они знают линии скрещивающихся особей.

Около 650 миллионов лет назад (0,65 миллиарда) появились первые явно многоклеточные формы. Их называют эдиакарскими комплексами. Все они кажутся разработками форм с большой площадью поверхности, и все они живут в неглубокой относительно высокоэнергетической среде — часто в красных слоях.

Возможно, им нужна была большая площадь поверхности для поглощения O2 в меньших, чем современные атмосферных количествах.

Несмотря на внешнее сходство с несколькими типами животных, неясно, принадлежат ли эдиакары к существующим группам. Адольф Зейлахер относит их всех к их собственному типу, который он называет Vendizoa.

Ключ к многоклеточным животным видится в так называемых гомеозисных генах. Они очень странные и обнаружены недавно. Кажется, что он связан с головой, хвостом, очень общими свойствами. Таким образом, структура головы у мух и человека гомологична. Таковы и глаза, хотя у мухи глаз сложный, а у нас нет, а у нашего общего предка вообще не было глаз. Инструкции для глазности явно гомологичны. Эта изощренность, вероятно, является причиной того, что многоклеточность заняла так много времени.

Примерно в это же время (650 млн лет назад) появляются первые норы.

Здесь записана эволюция целома: мешочка, содержащего органы. У нас есть один. Это обеспечивает гидростатическую поддержку тела, чтобы оно могло проталкиваться через грязь и т. д.

Это позволяет более крупным организмам, которые могут иметь гидростатический скелет и способность сгибаться, скручиваться и толкаться, даже если они большие. Результат серьезной модификации отложений. А окислительные процессы теперь могут идти на глубине. Следовательно, повышается эффективность использования углерода, связанного фотосинтезом.

Основная структура целома.

Теперь животные и растения могли изменять физическую структуру окружающей их среды, а не только ее химический состав, и поедать друг друга.

E. В протерозое климат Земли, по-видимому, претерпел большие колебания. Иногда в тропиках могли быть ледники, чередующиеся со временем более нормального отложения карбонатов, как мы наблюдаем сегодня в теплых регионах. Это предполагает колебания уровня CO2. Я подозреваю, что уровни СО2 в основном определялись тектоническими событиями в этот период: незатухающее воздействие с несколькими отрицательными обратными связями, приводящими к резким колебаниям. Это является основным направлением исследований.

Это кембрийский взрыв. Известным примером является сланец Берджесс из Британской Колумбии. Похоже, что большинство основных типов животных, а возможно, и все они, существовали в среднем кембрии. К концу кембрия в значительной степени установилась фанерозойская структура морских организмов.

Эволюция таксонов очень быстрая — выглядит экспоненциальной.

IX. ЭВОЛЮЦИЯ ТАКСОНОМИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ В ОСТАЛЬНОМ ПАЛЕОЗОЕ ИМЕЕТ ОЧЕНЬ ИНТЕРЕСНУЮ ЗАКОНУ.

На приведенном выше рисунке показано разнообразие семейств ракушечных морских животных в течение фанерозоя. P — Tr знаменует конец палеозоя (= конец перми) массового вымирания.

По сути, это выглядит так, как будто после взрывного начала разнообразие жизни в значительной степени выровнялось с несколькими нисходящими всплесками (на самом деле массовыми вымираниями).

X. Следующим крупным событием было развитие сосудистых наземных растений, начавшееся в ордовике и завершившееся в позднем девоне. Наземные растения становились все больше и больше и все больше и больше отказывались от воды для размножения.

Папоротники и их союзники размножаются с чередованием поколений. Папоротник, который вы видите, относится к так называемому поколению спорофита. Он производит споры, которые плавают в воздухе, приземляются и прорастают в зеленые, похожие на печень гаметофиты, которые выделяют яйца и сперму в воду, которые объединяются с яйцами, чтобы произвести следующее поколение спорофитов.

Для размножения им нужна вода, поэтому они наиболее многочисленны во влажных местах.

К позднему девонскому периоду было изобретено семя. Здесь растение-спорофит производит мужской гаметофит, который становится пыльцевым зерном, которое плавает в воздухе к женскому гаметофиту, все еще прикрепленному к спорофиту. Мужской гаметофит откладывает пыльцевую трубку, оплодотворяя яйцеклетку в женском гаметофите. Эмбрион развивается с запасом пищи в твердой капсуле, которую мы называем семенем.

Для этой репродукции вода не нужна. Компромисс заключается в том, что распространение происходит медленнее, поскольку семя намного больше.

Теперь местонахождение биомассы Земли смещается с моря на сушу.

К позднему девону сформировалось довольно разнообразное почвенное сообщество, очень похожее на то, что мы увидим позже, когда будем рассматривать современные почвы. Клещи, весенние хвосты, многоножки и множество плотоядных, чтобы ими питаться.

XI. Но сосудистый растительный материал — твердый материал. После захоронения лигнин в древесном материале практически не разрушается. В начале девона и в следующем периоде, каменноугольном, едва ли кто-нибудь из больших людей мог есть древесную массу.

Некоторые сосущие насекомые, очень мало листоедов, еще реже древолазов.

В позднем девоне развиваются земноводные, а к середине карбона мы имеем происхождение амниотического яйца, которое освобождает наземных позвоночных от воды так же, как семя освобождает растения.

Но даже к концу каменноугольного периода не осталось постоянных позвоночных травоядных — лишь немногие с зубами, которые могли бы справиться с какой-нибудь листовой или фруктовой тканью. На самом деле в сообществе наземных позвоночных преобладали плотоядные, причем основу пищевой цепи составляли водные, а не наземные растения. Если вы посмотрите только на наземных животных, пищевая пирамида окажется перевернутой.

Именно в это время скорость захоронения наземных растений резко возрастает, как видно на кривой дельта 13C. Некоторые говорят, что это связано с развитием обширных болот. В болотах разложению сосудистых растений препятствует захоронение в водонасыщенных условиях, что предотвращает аэробное разложение.

Но я полагаю, что это связано с отсутствием обильных травоядных, которые в настоящее время измельчают сосудистые растения до кусочков с большой площадью поверхности, которые могут быть легко атакованы бактериями, грибками и мелкими почвенными животными.

Следовательно, эффективность экосистем земного мира была низкой, а углерод накапливался в гораздо более широком диапазоне сред, чем сейчас.

В результате захоронения этого органического вещества уровни O2, вероятно, достигли наших нынешних уровней в каменноугольном периоде, но не были подняты выше из-за огня и захоронения питательных веществ.

На приведенном выше рисунке показаны уровни CO2 в фанерозое. Кривая представляет результаты геохимической модели CO2, а столбцы — диапазон измерений палео-CO2 на основе карбоната кальция в почве.

Растения также удобряли процесс химического выветривания, который почти наверняка значительно увеличил скорость захоронения неорганического углерода в виде карбоната. Увеличение запасов карбонатов в океанах значительно снизило равновесный уровень CO2 в атмосфере.

XII. Во время пика распространения наземных растений в позднем карбоне (300 миллионов лет назад) мир погрузился в длительный ледниковый период, почти наверняка из-за выветривания, опосредованного растениями.

Возможно, мы вышли из этого ледникового мира в пермском периоде благодаря эволюции множества новых травоядных. Позвоночных травоядных, наконец, стало больше, чем плотоядных, и впервые знакомая экологическая пирамида становится узнаваемой.

Главной движущей силой для этих других, помимо наземных позвоночных, были, безусловно, насекомые и термиты, которые вполне могли развиться в пермском периоде.

Эффективность экосистем повысилась, захоронение растительного вещества замедлилось, а химическое выветривание замедлилось.

Мы переехали из ледяного домика в оранжерею.

XIII. В конце пермского периода произошло крупнейшее массовое вымирание всех времен. Рауп подсчитал, что, возможно, 99% всех видов вымерло.

Происхождение этого массового вымирания неизвестно, однако есть предположение, что огромное количество CO2 и серной кислоты, высвобождаемых в результате массивного вулканизма, породившего Сибирские траппы (базальты), могли внести свой вклад в серьезное нарушение климата.

Каково бы ни было происхождение великого массового вымирания в конце пермского периода, следующий период открыл эпоху динозавров.

Перейти к лекции 8

ВЕРНУТЬСЯ К ПРОГРАММЕ

НАЗАД НА ДОМАШНЮЮ СТРАНИЦУ ДИНОЗАВРА И ИСТОРИИ ЖИЗНИ

Гарвардские ученые определили, что ранняя Земля могла быть водным миром — Harvard Gazette

Научная технология

Расчеты показывают, что океаны Земли могли быть в 1-2 раза больше, чем считалось ранее, и планета могла быть полностью покрыта водой.

Авторы и права: Алек Бреннер/Гарвардский университет

Гарвардские ученые подсчитали, что ранний океан мог быть в 1-2 раза больше

Автор Хуан Силиезар Гарвардский штатный писатель

Дата 30 апреля 2021 г. 30 апреля 2021 г. действие фильма происходит в далеком будущем, когда планета Земля была почти полностью покрыта водой, а ее оставшиеся жители могли только мечтать о мифической суше. Ну, уберите будущую часть, непомерный бюджет, курящих пиратов и жаберного Кевина Костнера, и фильм, возможно, был на что-то.

Согласно новому исследованию, проведенному под руководством Гарварда, геохимические расчеты внутренней емкости планеты для хранения воды показывают, что первобытный океан Земли 3-4 миллиарда лет назад мог быть в один-два раза больше, чем сегодня, и, возможно, покрывал всю поверхность планеты.

«Это зависит от условий и параметров, которые мы рассматриваем в модели, таких как высота и расположение континентов, но первичный океан мог затопить более 70, 80 и даже 90 процентов ранних континентов», — сказал Цзюньцзе Донг, доктор философии. студент факультета наук о Земле и планетах Высшей школы искусств и наук, который руководил исследованием. «В экстремальных сценариях, если бы у нас был океан, который в два раза больше, чем количество воды, которое у нас есть сегодня, это могло бы полностью затопить массивы суши, которые у нас были на поверхности ранней Земли».

Исследование было опубликовано в AGU Advances в начале этого месяца. Это бросает вызов давним предположениям о том, что объем земного океана не слишком сильно изменился с момента образования планеты. В своей основе статья углубляется в понимание происхождения воды и истории эволюции ее тел.

«На самом деле нет ничего, откуда могла бы поступать вода, кроме океанов на поверхности, а это означает, что в прошлом океаны должны были быть больше», — сказала Ребекка Фишер, соавтор исследования.

Роуз Линкольн/Гарвард фото из архива

«В геологическом сообществе, биологическом сообществе и даже в астрономическом сообществе все заинтересованы в происхождении жизни, и вода является одним из самых важных ключевых элементов, которые необходимо учитывать», — сказал Донг.

Исследователи искали не признаки жидкой воды, а ее химический эквивалент, атомы кислорода и водорода, которые связаны с недрами планеты. Они собрали все данные в научной литературе, которые смогли найти о минералах, обладающих этими признаками, и использовали цифры, чтобы подсчитать, сколько воды может быть в мантии Земли, которая составляет основную часть недр планеты. Это число называется вместимостью мантийной воды планеты. Она меняется по мере того, как внутренняя часть планеты продолжает остывать.

Группа подсчитала, каким может быть это число сегодня и сколько могло быть сохранено несколько миллиардов лет назад, чтобы увидеть, как это число изменилось. Вместимость тогда была значительно меньше.

Затем ученые сравнили эти цифры с геохимическими оценками того, сколько воды сегодня находится в мантии. Анализ показал, что фактическое содержание воды сегодня, вероятно, выше, чем максимальная вместимость воды в мантии несколько миллиардов лет назад, а это означает, что вода сегодня не смогла бы поместиться в мантии миллиарды лет назад. Это говорит о том, что вода была где-то в другом месте — на поверхности мира. По подсчетам исследователей, количество воды, которая могла уйти в мантию Земли, потенциально может быть столько же, сколько все современные океаны вместе взятые.

«Со временем вода падала в недра Земли, что имеет смысл, потому что с тектоникой плит у вас есть некоторые из плит на поверхности Земли, которые погружаются и уходят вглубь и уносят с собой воду», — сказала Ребекка. Фишер, доцент кафедры наук о Земле и планетах Клэр Бут Люс и другой ведущий автор исследования. «На самом деле нет ничего, откуда могла бы поступать вода, кроме океанов на поверхности, поэтому это означает, что в прошлом океаны должны были быть больше».

Это исследование не первое, в котором предполагается, что Земля могла быть водным миром, но исследователи считают, что это первое количественное доказательство, основанное на способности мантии хранить воду.

Исследователи указывают на некоторые оговорки в исследовании, главная из которых заключается в том, что данные о минералах, используемых для определения количества воды в мантии планеты, ограничены, когда речь идет о ее более глубоких частях, которые уходят вглубь на тысячи километров.

В своем следующем проекте Донг и Фишер смотрят на Марс. Они планируют использовать аналогичную модель для определения количества воды, которое могло храниться внутри.

«Доказательства указывают на то, что на поверхности раннего Марса было значительное количество воды», — сказал Донг.