на северо-западных территориях Канады. Эта порода удерживала рекорд долголетия в течение нескольких лет, попав во все учебники.
Рис. 12.3 Фрагмент гнейса Акаста, самой древней горной породы на нашей планете, возраст которой составляет 4,01 млрд лет. Источник: Wikimedia Сommons
Однако здесь, как и в спорте, рекорды предназначены для того, чтобы их превосходить. В 2008 г. возраст зеленокаменного пояса Нуввуагиттук на восточном берегу Гудзонова залива на северо-западе провинции Квебек был датирован 4,28 или 4,321 млрд лет. Эти величины были получены не прямым уран-свинцовым методом, а самарий-неодимовым методом датирования лав зеленокаменного пояса. Однако полученный результат вызывает споры. Многие ученые считают, что 4,28 млрд лет и старше – возраст не самих горных пород, а родительского материала, который был переплавлен при их образовании. Уран-свинцовый метод для самых старых цирконов из оцениваемых пород определяет их возраст как около 3,78 млрд лет. Даже если так, это свидетельствует об образовании наиболее древней земной коры примерно 4,28–4,32 млрд лет назад. Учитывая описанную историю исследований, можно ожидать, что вскоре какой-нибудь геолог найдет породу еще древнее.
Обратите внимание, что возраст земных пород-долгожительниц не превышает 4,32 млрд лет, а самых древних материалов Солнечной системы (метеоритов и лунных пород) составляет не менее 4,55 млрд лет. В чем причина такой разницы? Ответ – в тектонике плит и сильном уменьшении земного покрытия под воздействием воды и ветра. Поверхность нашей планеты постоянно перекраивается из-за движения плит, плавящихся и погружающихся в мантию, а затем рождающихся заново. Мертвая же поверхность Луны, напротив, обходится без тектоники плит, поэтому некоторые ее породы показывают возраст формирования 4,5 млрд лет назад. Метеориты, образовавшиеся вместе с первоначальной Солнечной системой, как и углистые хондриты, о которых говорилось в главе 10, не менялись после того, как остыли, вот почему они рекордсмены по возрасту.
Прохладная Земля
Итак, выше указан возраст самых старых горных пород на Земле; но не они древнейшие земные материалы, которые нам известны. Все дело в горстке зерен циркона (рис. 12.4) из гораздо более молодого песчаника, найденного в холмах Джек-Хиллз в Западной Австралии. Уран-свинцовый метод можно применить к каждому отдельному зерну, поэтому был неизбежен разброс в оценках. Однако самые старые зерна насчитывают, по результатам исследований, 4,404 млрд лет, и это как минимум на 100 млн лет дольше, чем возраст материалов из Квебека, которым 4,3 млрд лет. Таким образом, нынешнему обладателю звания самого древнего вещества Земли (то есть не метеоритам и не лунным породам) примерно 4,4 млрд лет. Датирование этих зерен еще больше приближает нас к возрасту лунных камней и метеоритов, но между ними пока еще существует разрыв примерно в 200 млн лет. Это столько же, сколько отделяет нас от начала эпохи динозавров (поздний триас), что отнюдь не малый временной промежуток.
Рис. 12.4 Микрофотография зерна циркона из холмов Джек-Хиллз в Австралии, возраст которого составляет, по оценкам, 4,4 млрд лет. Изображение свидетельствует, что в первоначальные времена Земля была покрыта водой. Фото предоставлено Дж. Вэлли (J. Valley)
Эти крошечные крупинки циркона, помимо своего рекордного возраста, таили в себе и другие сюрпризы. Когда ученые проанализировали мельчайшие пузырьки газа, заключенные внутри зерен, то обнаружили доказательства существования более 4 млрд лет назад атмосферы. В пузырьках содержались изотопы кислорода, а это свидетельствовало о том, что уже 4,4 млрд лет назад на поверхности Земли существовала жидкая вода!
До этого открытия геологи предполагали, что Земле потребовалось много времени, чтобы остыть из расплавленного состояния, в котором она пребывала 4,55 млрд лет назад. Большинство ученых считали, что ушло около 700 млн лет, пока ее температура упала ниже точки кипения воды (100 ℃): об этом говорил возраст древнейших осадочных пород, образовавшихся под действием проточной воды (имеются в виду породы упомянутой ранее формации Исуа из Гренландии, которой 3,8 млрд лет). Однако цирконы Джек-Хиллз ставят эти заключения под сомнение. Если они действительно указывают на существование жидкой воды на Земле 4,4 млрд лет назад, то отсюда следует, что нашей планете понадобилось всего 200 млн лет, чтобы остыть, перейдя из расплавленного состояния к температуре ниже кипения воды. Это также указывает, что в указанном временно́м интервале происходило не так много падений метеоритов, иначе океаны испарялись бы снова и снова. В совокупности такие расчеты приводят к версии, которую называют гипотезой прохладной ранней Земли.
Но откуда же взялась вода на ранней Земле? Традиционно геологи считали, что это вода, оказавшаяся в земной мантии при остывании, которая постепенно в процессе дегазации уходила через вулканы. Однако в последнее время химический анализ внеземных объектов выявляет совпадение их состава с химическим составом земных океанов (особенно это характерно для углистых хондритов – см. главу 10). Такие результаты позволяют предположить, что в материале ранней Солнечной системы (остатки которого представляют собой хондриты) содержалось много воды. То же самое относится и к лунным породам, в которых сегодня воды немного, но которые, по-видимому, были довольно влажными при формировании Солнечной системы. Если так, то уже при рождении Земли на ней существовала вода. Когда планета остывала, для образования первых океанов было достаточно, чтобы температура ее поверхности упала ниже 100 ℃.
При этом мы можем исключить кометы в качестве источника. Хотя их часто называют «грязными снежками», поскольку они состоят в основном из пыли и водяного льда, химический анализ четырех комет показывает, что их геохимия сильно отличается от геохимии земной воды. Таким образом, можно отвергнуть популярную гипотезу, согласно которой кометы падали на древнюю Землю и таяли, создавая ее океаны.
В крошечных зернах циркона из Джек-Хиллз таился еще один сюрприз. В 2015 г. появилась статья о том, что в них нашли микроскопические кристаллы графита. Большинство людей знают графит как минеральную форму кристаллического углерода – минерал, который вставлен в карандаш. Удивительно, но геохимические данные графита соответствовали соотношениям изотопов углерода, характерным для жизни! Возраст этих конкретных зерен циркона составлял 4,1 млрд лет – меньше, чем у самых старых, подтверждающих существование воды, которым 4,4 млрд. И все же это впечатляет. Ранее самый древний углерод, химический состав которого говорил о том, что он порожден жизнью, а также, возможно, самые старые окаменелости происходили из пород формации Исуа в Гренландии, возраст которых составляет 3,8 млрд лет. Цирконы из Джек-Хиллз на 300 млн лет старше предыдущего рекордсмена. Древнейшие окаменелости, убедительно свидетельствующие о жизни, происходят из кремней Апекс Черт в составе группы Варравуна в Западной Австралии (3,5 млрд лет) и пород группы Фиг Три в Южной Африке (3,4 млрд лет). Таким образом, жизнь зародилась гораздо раньше, чем предполагалось прежде, и ненамного позднее появления первых океанов на прохладной ранней Земле.
Кроме того, такое свидетельство о существовании значительно более древней жизни, как и подтверждение существования ранних океанов, которое дали те же цирконы, заставляет нас пересмотреть представления об изначальной Земле. Основываясь на возрасте лунных кратеров (от 3,9 до 4,4 млрд лет), мы предполагали, что миллиарды обломков из космоса точно так же интенсивно должны были бомбардировать и Землю – от ее образования до момента, датируемого 3,9 млрд лет назад. Однако подтверждаемый факт наличия океанов с жидкой водой 4,4 млрд лет назад, а, возможно, даже и наличие жизни 4,1 млрд лет назад побуждают к выводу, что такая бомбардировка Земли была гораздо менее активной, чем предполагалось.
Велики шансы, что к моменту публикации этой книги объявят о еще более удивительных открытиях, и тогда появится новый претендент на звание древнейшей породы на Земле. И это хорошо. Это подтверждает, что исследование ранних стадий существования Земли – активная и динамичная область знаний, постоянно приносящая новаторские открытия. Кого-нибудь может разочаровать то обстоятельство, что книга имеет вероятность устареть еще до того, как ее напечатали. Однако наука идет вперед, и с каждой новой опубликованной работой мы всегда узнаём новые и всё более удивительные сведения о Земле.
13. Многоэтажки микроорганизмов: цианобактерии и древнейшая жизньСтроматолиты
Если теория [эволюции] верна, до низших кембрийских слоев, бесспорно, прошли долгие периоды времени… и в эти периоды мир кишел живыми существами. [Однако] на вопрос, почему мы не находим относящихся к этим ранним периодам отложений, богатых окаменелостями, я не могу дать удовлетворительного ответа.
Дилемма Дарвина
Когда Дарвин опубликовал в 1859 г. «Происхождение видов», одним из самых слабых мест его теории было отсутствие бесспорных окаменелостей докембрийского периода; в то время впервые появились сложные многоклеточные животные – например, трилобиты. Дарвин был знаком с кембрийскими породами и окаменелостями, потому что в 1831 г. в западном Уэльсе помогал работать с ними своему кембриджскому преподавателю – легендарному геологу Адаму Седжвику, первому человеку, носившему звание профессора геологии. Но даже без малого три десятка лет спустя, когда Дарвин писал свою книгу, такое отсутствие окаменелостей все еще оставалось загадкой.
Дарвин и большинство геологов знали, что одна из проблем тут заключалась в следующем: старые докембрийские породы обычно под воздействием огромной температуры и давления превращались в метаморфические[52]