Катастрофы в истории биосферы

   Оглавление:

Введение................................................................................................стр. 2

1. Появление жизни на Земле.............................................................стр. 3
2. Катастрофы в истории биосферы...................................................стр. 8
1. Судный день амфибий..........................................................стр. 8
2. В ледяном плену....................................................................стр. 11
3. Задохнувшиеся в кислороде.................................................стр.13

Заключение............................................................................................стр.15

Список литературы...............................................................................стр. 16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Введение

   Появление жизни на Земле - одна из самых больших  загадок, волнующих человечество на протяжении всей его истории. Свидетельства  этого процесса ученые ищут в древнейших горных породах. Последние годы принесли ряд крупных открытий, которые позволяют по-новому взглянуть на эволюцию нашей планеты. Предлагаем вниманию читателей гипотезу, которая описывает развитие биосферы исходя из анализа древнейших геологических отложений.

   Как появилась  биосфера и какие события произошли  на пути ее эволюции? Чтобы заглянуть в далекое прошлое, приходится расшифровывать геологическую историю Земли. Горные породы - это своеобразная "каменная летопись" планеты. В них сохранились окаменелые останки вымерших животных, растений, бактерий, по которым удается реконструировать историю жизни. По структуре горных пород можно восстановить физические и химические условия, в которых жизнь зародилась и развивалась. Сенсационным открытием последних лет стало обнаружение останков бактерий в метеоритах (углистых хондритах): это значит, что жизнь возникла не только на Земле.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Появление жизни на Земле

   Допланетное облако, из которого образовались Солнце и все планеты, на 99 процентов  состояло из водорода с примесью гелия, на остальные химические элементы оставалось совсем немного - 1-2 процента. Большая часть облака пошла на образование Солнца, а меньшая стала материалом для формирования планет. Когда Земля и другие планеты земной группы, образовавшиеся из пылевидных частиц, потеряли водородное покрывало? Многие ученые считают, что водород был унесен солнечным ветром еще до окончания образования планет. Однако анализ геологического строения Земли показал, что в первые 500-600 млн лет существования она была окружена водородной оболочкой, масса которой составляла примерно 0,5 процента от массы планеты.

   Земля возникла около 4,6 млрд лет назад, а  приблизительно 4,5 млрд лет назад  на ней уже повсеместно проявлялась  интенсивная вулканическая деятельность, поставлявшая на земную поверхность  базальтовую магму. При высоком давлении (около 10 тысяч атмосфер), создаваемом водородной атмосферой, базальты подвергались переплавлению, превращаясь в высокоплотные породы, а 4,4 млрд лет назад выплавились первые граниты.

   Среди измененных давлением базальтов  залегают и осадочные породы, образовавшиеся с участием бактерий. Отпечатки разнообразных микроорганизмов, обнаруженные на Алданском массиве в графитовых сланцах, не оставляют сомнений, что с самого начала земной истории развивалась бактериальная жизнь. Столь же рано жизнь возникла и за пределами Земли. Российские ученые С. И. Жмур, А. Ю. Розанов, В. М. Горленко обнаружили в метеоритах (углистых хондритах) окаменевшие останки бактерий, напоминающие по морфологии цианобактерии (синезеленые водоросли). Откуда прилетели эти метеориты? Для поддержания жизни бактериям необходима не только вода, но и углекислота, а это значит, что небесное тело было достаточно большим и тяжелым, чтобы удержать гидросферу и атмосферу. Оно не могло быть маленьким астероидом, а как минимум достигало размера Марса.

   Метеориты попадают к нам из пояса астероидов, где первоначально существовала планета, получившая название Фаэтон. О времени ее разрушения свидетельствует  Луна - 4 млрд лет назад на нее обрушился  шквал обломков взорвавшейся планеты, и образовались гигантские ударные кратеры диаметром до 1000 км. Такие же обломки летели к Земле, но они разрушались в окружавшей ее плотной атмосфере. Предположительно, Фаэтон погиб из-за того, что рассеялась его водородная атмосфера. Внешнее давление снизилось, и газы, сжатые в железо-силикатном ядре, буквально взорвали планету изнутри. По гипотезе академика А.Н. Заварицкого (1884-1952), разрушение Фаэтона проходило в несколько этапов. Сначала откололась базальтовая кора и обнажилась расплавленная мантия. Затем на остывшей поверхности полуразрушенного Фаэтона образовалась вторичная кора из углистых хондритов. Вот тогда и сложились условия, необходимые и достаточные для возникновения жизни.

   На  Земле "начало жизни" скрыто, а  в обломках Фаэтона сохранилась  вся "кухня" жизнеобразования. Что общего было на Земле и Фаэтоне в эпоху зарождения биологических структур? Во-первых, высокое давление водородной атмосферы и, во-вторых, активная вулканическая деятельность. Извержения вулканов поставляют газы, необходимые для синтеза углеродсодержащих соединений, создают контрастные колебания температуры. Сверхвысокое давление ускоряет химические реакции и определяет их направленность.

   На  примере Земли, Луны и погибшего  Фаэтона ясно, что планеты к  концу процесса своего формирования были разогреты до плавления их внешних зон. Излияния базальтовой магмы, захватывающие гигантские площади, сопровождались выделением огромных объемов вулканических газов (паров воды, угарного и углекислого газов, аммиака, метана, хлористого водорода и других).    [Журнал «Наука и жизнь»  №6, 2003 г. ] 
 
 

   Живые организмы появились на Земле  в архее в виде простейших прокариотных форм, представленных в основном бактериями. Начиная с того времени шло  непрерывное развитие биосферы и  совершенствование её фауны —  от бактерий к одно- и многоклеточным организмам, затем к позвоночным и эндотермным обитателям планеты. Развитие живых существ неоднократно прерывалось мощными внешними и внутренними воздействиями на Землю: падением крупных астероидов, метеоритов и комет, вспышками сверхновых звёзд, проявлением вулканизма и температурных аномалий.

   Астероидным катастрофам посвящено большое количество исследований. Наиболее полно эта проблема освещена в монографии И.А. Резанова „Жизнь и космические катастрофы“. Важное значение для идентификации падений крупных метеоритов имело установление факта привноса ими на Землю ряда химических элементов, в том числе иридия. В настоящее время аномалии иридия в геологическом разрезе используются для выявления метеоритных вторжений.

   Учёные  считают, что первая экологическая катастрофа произошла на заре зарождения прокариотной биосферы. Земля была подвергнута интенсивной метеоритной бомбардировке, в результате которой исчезла её первичная водородная атмосфера. Прокариоты, выжившие после этого события, вынуждены были в течение 1.5 млрд. лет адаптироваться к новой среде обитания, пока не научились осваивать энергию Солнца через процессы фотосинтеза.

   На  протяжении своей истории Земля  неоднократно подвергалась метеоритным  атакам. Подтверждением этого являются многочисленные кратеры на её поверхности. По данным В.И. Фельдмана, на современных континентах зафиксированы следы 135 кратеров от крупных метеоритов. Самый древний кратер Вредефорт на юге Африки имеет возраст около 2 млрд. лет.

   Наиболее  известный кратер под названием Попигайская котловина на севере Средне-Сибирского плоскогорья имеет диаметр 75 км и глубину около 10 км. Предполагается, что упавший метеорит был диаметром 0.8–1.5 км и падал со скоростью не менее 15–20 км/с. Метеорит заглубился в Землю на 2 км и взорвался. Энергия взрыва составила около 1.7×1023 Дж, что на три порядка выше энергии извержения вулкана Кракатау в 1883 г. По изотопным данным, Попигайский метеорит упал на Землю 35.7±0.2 млн. лет назад, то есть на рубеже эоцена и олигоцена. К этому времени приурочены значительные изменения в палеогеновой фауне нашей планеты.

   Механизм  вымирания живых организмов при  падении метеоритных тел был  описан М.И. Будыко, Г.С. Голицыным и Ю.А. Израэлем, высказавшими гипотезу об аэрозольных климатических изменениях, наблюдаемых при падении космических тел. По мнению учёных, падение метеоритов приводило к выбросу огромного количества пыли, снижающей прозрачность атмосферы и уменьшающей интенсивность солнечной радиации на Земле. В результате на какое-то время температура поверхности планеты понижалась на 5–10°С,  снижалась эффективность процессов фотосинтеза, что приводило к гибели отдельных видов организмов. Кроме того, при прохождении через атмосферу небесные тела разрушали озоновый слой, спасающий от проникновения жёсткого излучения на поверхность Земли.

   Другим  примером крупной космической катастрофы стало падение астероида массой около 15×1018 г диаметром примерно 10 км 66 млн. лет назад (на рубеже мела и палеогена). Существует версия, что  эта катастрофа могла быть связана с несинхронным падением нескольких космических тел или крупной кометы, взорвавшейся при подходе к Земле. В результате образовалось несколько кратеров: в районе Красного моря, на северо-востоке Донецкого кряжа, в Северной Африке, Беринговом море, на полуострове Юкатан. В отложениях того времени фиксируется повышенное содержание иридия. Анализ фактов позволяет считать, что это крупное космическое событие стало причиной экологической катастрофы, приведшей к массовому вымиранию биоты, в том числе динозавров. Данный экологический кризис был назван „великим вымиранием“, так как привёл к исчезновению в мезозойской биоте 18% семейств и более 45% видов живых организмов.

   Помимо  падения космических тел экологические  кризисы на Земле могут быть вызваны  солнечными вспышками, сопровождающимися выбросами радиоизлучения и огромного потока солнечных частиц. Процессы на Солнце имеют определённую периодичность. Установлены периоды с 11–, 22–, 80-90-летней повторяемостью. Существуют данные и о более длительных периодах повторяемости солнечных явлений. С вариациями потоков солнечной энергии связано изменение светимости Солнца и развитие оледенений на Земле. Они могут охватывать всю планету и продолжаться несколько миллионов лет. О существовании холодных эпох в далёком прошлом нашей планеты свидетельствуют находки тиллитов — глинистых толщ с многочисленными включениями скатанных обломков коренных пород.

   Самое раннее оледенение (Гуронское) было в  нижнем протерозое 2.5–2.2 млрд. лет назад, крупные оледенения происходили  также в ордовике (460–430 млн. лет назад) и на границе карбона и перми (310–260 млн. лет назад), а на поздних этапах развития планеты — в неогеновом и четвертичном периодах. В конце олигоцена в Антарктиде зародились гигантские ледяные шапки, сохранившиеся до настоящего времени. Чередование морен с флювиогляциальными образованиями свидетельствует о многократном наступлении ледников в неоген-четвертичное время, которые сменялись более тёплыми межледниковыми эпохами. С наступлением оледенения происходило уничтожение экосистем, гибель или миграция фауны. Однако в межледниковые эпохи биота быстро восстанавливалась и шло формирование новых экосистем.

[Резанов  И.А.  Жизнь и космические катастрофы. М.: Агар, 2003., стр. 259] 
 
 
 
 
 
 

2. Катастрофы  в истории биосферы

   Про гибель динозавров написано и рассказано столько, что в наши дни каждый школьник сможет выдать несколько занимательных версий  этого глобального катаклизма. Однако в истории Земли были и другие, более грандиозные катастрофы, истребившие многочисленные формы жизни. Сами динозавры были потомками рептилий, которые чудом выжили в результате глобального вымирания почти всего живого на земле в конце пермского периода – геологическую эпоху, названную в честь города Пермь, в окрестностях которого в XIX веке были обнаружены и впервые подробно изучены пласты, относящиеся к этой эпохе. Но тех, кто не смог пережить этот и другие подобные катаклизмы, было неизмеримо больше.

1. Судный день амфибий

   По  своим масштабам это катастрофа значительно превосходила ту, что стерла с лица Земли гигантских ящеров. Но о ней ученый мир узнал несколько позднее, она не была так популяризирована, как гибель динозавров, поэтому обыватель только сейчас начинает знакомиться с подробностями этого величайшего катаклизма в истории биосферы.

   Среди последних исследований стала работа российских и британских палеонтологов из университета Бристоля и Геологического  института Саратовского ГУ, которые обследовали несколько сот образцов, найденных в южно-уральском регионе. Их выводы помогут осознать масштабы катастрофы, полную картину которой только начинают составлять…

   После настоящей «вспышки» жизни в  каменноугольном периоде (360-285 миллионов лет назад), когда земная поверхность представляла собою кишащие жизнью, жаркие и влажные джунгли, в пермском периоде (285-248 миллионов лет назад) климат становится суше и напоминает субтропический: чередуются сезоны засухи и дождей. Однако сохранялись болота и озера, которые окружали густые леса хвойных, папоротников, плаунов и хвощей. В них по-прежнему господствовали земноводные, в том числе такие хищники, как двухметровый эриопс, и весьма необычные диплокол и диплоцераспис – саламандрообразные животные с огромными сплющенными головами. Для чего у них на теле были наросты, похожие на самолетное оперение, до сих пор не выяснено.