Как и Луна, Земля была в самом начале полностью расплавленной. В ядре Земли сконцентрировались такие тяжелые элементы, как железо и никель, – они до сих пор пребывают в жидком состоянии, поскольку температура в ядре Земли достигает приблизительно 5000°. Также и земная мантия до сих пор имеет такую высокую температуру, что каменные породы в ней имеют жидкую консистенцию лавы. Скопления воды на доисторической Земле были поэтому тоже очень горячими. В течение сотен миллионов лет наша планета медленно остывала. Образовалась океаническая и континентальная земная кора, состоящая преимущественно из таких элементов, как кремний, магний и алюминий, при этом океаническая кора богаче магнием, а континентальная – алюминием. Океаны образовались, когда температура земной поверхности снизилась настолько, что вода перестала испаряться сразу после соприкосновения с раскаленными породами. При этом вода земных океанов имеет неземное происхождение. Появление воды было обусловлено, так же как и в случае «лунных морей», столкновениями с глыбами пыли и льда во время так называемой большой бомбардировки, которая имела место 3,9 млрд лет назад. Кажется странным, что 60 % воды нашего организма имеет такое космическое происхождение. Помимо этих столкновений особая система «Земля – Луна» оказала также решающее влияние на развитие земной жизни. Земля, в отличие от других планет Солнечной системы, имеет относительно большой спутник – Луну. Значение этой системы «Земля – Луна» не столь очевидно, и поэтому его редко правильно оценивают. Сегодня планетологи исходят из того, что Луна возникла в результате гигантского столкновения протоземли с похожим на Марс космическим объектом на раннем этапе развития Солнечной системы. Эта теория, среди прочего, может объяснить, почему Земля обладает относительно большим железным ядром, а Луна – малым. В ходе столкновения, как полагают планетологи, железный материал лунного ядра отложился в земное ядро, так сказать, инъецировал его; одновременно при столкновении земная кора, отделившись от протоземли, стала обращаться вокруг нее. Этот материал из горных пород обращался вокруг протоземли, затвердевал и в конце концов превратился в нашу Луну.
Образование Луны и ее гравитационного поля привело к стабилизации положения земной оси, к возникновению приливов и отливов в морях и к смене времен года в северных и южных широтах. Эта гипотеза развития системы «Земля – Луна» позволяет изящно объяснить наблюдаемое сходство обнаруживаемых на Земле и Луне изотопов кислорода и другие геохимические особенности, такие как, например, малое количество летучих веществ, которые под влиянием высоких температур в виде газов выделяются из исходного материала. В ходе столкновения Луна, кроме того, получила значительный импульс силы, приведший ее в движение. В наше время Луна обращается вокруг Земли приблизительно за 28 дней. Этому астрономическому факту мы обязаны этимологическим подарком – отрезок времени, соответствующий этой продолжительности, во множестве языков этимологически связан с обозначением Луны (месяц, Monat, month). В ранней фазе развития системы «Земля – Луна» скорость обращения была существенно выше, Луна была намного ближе к Земле, и это обстоятельство обусловливало гораздо более мощные приливы в первобытных океанах. Согласно некоторым подсчетам, 4 млрд лет назад Луна была на 150 000 км ближе к Земле, чем сейчас, и благодаря большой силе притяжения удалялась от Земли очень медленно – приблизительно на 2 см в год. Сейчас скорость удаления Луны от Земли составляет около 3,8 см в год, то есть почти удвоилась. Приливные силы замедляют вращение Земли. Одновременно термодинамические восходящие и нисходящие потоки в массивном жидком железном ядре Земли привели к образованию сильного магнитного поля. Это мощное магнитное поле и обширнейшие водные массы защитили феномены ранней жизни от губительного воздействия ультрафиолетового излучения.
В наши дни вода занимает две трети земной поверхности или 361 млн км2; общая площадь земной поверхности составляет 510 млн км2. Оставшаяся треть представлена континентальной сушей. В раннюю фазу развития Земли, 4,5 млрд лет назад, поверхность Земли была слишком горячей для того, чтобы на ней удерживалась жидкая вода. Потребовалось приблизительно 200–600 млн лет, чтобы земная кора остыла достаточно и вода перестала с нее испаряться. Вопреки ранним гипотезам о том, что вода возникла из земной коры, новейшие теории утверждают, что она была принесена на Землю кометами из пояса Койпера или облака Оорта. Пояс Койпера начинается за орбитой Нептуна. Этот пояс простирается на 40–500 астрономических единиц (1 астрономическая единица равна 150 млн км или расстоянию от Земли до Солнца). Кометы пояса Койпера движутся на расстоянии от 6 до 50 млрд км от Солнца, иногда – по очень вытянутым эллиптическим орбитам; периоды обращения этих комет исчисляются годами, а иногда и тысячелетиями. Еще в большей степени изобилует кометами облако Оорта, которое окружает нашу Солнечную систему. Это облако представляет собой скопление астрономических объектов в самой внешней области Солнечной системы, на расстоянии до 12 млн км от Солнца. Время от времени астрономические объекты вырываются из облака Оорта, вероятно, потому что другие объекты своей гравитацией нарушают их движение по орбитам. В этом случае, подчиняясь силе притяжения Солнца, они пересекают пояс Койпера и нашу планетную систему с ее поясом астероидов. На своем долгом пути к центральной звезде кометы отклоняются от него гравитационными силами планет или сталкиваются с ними. Эти столкновения отличаются невероятной силой, поскольку объекты на долгом пути к Солнцу движутся с нарастающим ускорением и достигают скорости до 200 000 км в час. Согласно второму закону Ньютона, сила равна массе, умноженной на ускорение. Притом, что такой объект весит много сотен тысяч тонн, невозможно даже вообразить себе, какая энергия высвобождается при резком торможении объекта, если он сталкивается с планетой.
Некоторые геологи и палеонтологи обнаружили признаки того, что на Земле каждые 26 млн лет происходит гибель фауны и флоры; на основании этого факта они выдвинули теорию Немезиды. Согласно этой теории, у Солнца должен быть некий сестринский объект, коричневый карлик. Коричневый карлик – это небесное тело, занимающее промежуточное место между звездами и планетами. Имея массу меньше 75 масс Юпитера, этот карлик не в состоянии запустить в своих недрах процессы термоядерного синтеза и слияния ядер водорода. Согласно теории Немезиды, такой темный коричневый карлик, двигаясь по своей вытянутой эллиптической орбите, каждые 26 млн лет пересекает облако Оорта и в ходе этого пересечения возмущает орбиты находящихся там комет. Так как, согласно новейшим статистическим расчетам, в облаке Оорта находятся миллиарды комет, некоторые из них могут сойти со своих орбит и направиться во внутреннюю область нашей планетной системы; происходит это через относительно регулярно повторяющиеся отрезки времени, равные 26 млн лет. Каждый раз это приводит к катастрофическим последствиям для нашей фауны и флоры. Таковы основные положения этой гипотезы.
Так как эти кометы почти на 90 % состоят из воды, то некоторые ученые связывают с кометами образование океанов в ранней фазе формирования Земли. Спектрографические исследования, выполненные с помощью телескопа Гершеля, позволяют предположить, что вода комет пояса Койпера имеет такой же изотопный состав, что и вода нашего Мирового океана. Естественно, есть и наблюдения, противоречащие этим взглядам и делающие чисто кометное происхождение воды маловероятным. Измерение изотопного состава водорода в кометах Галлея, Хякутаке и Хэйла-Боппа показало, что отношение дейтерия к протию в них приблизительно вдвое выше, чем в водах земного Мирового океана. Измерения, выполненные в декабре 2014 года космическим зондом «Розетта», который проанализировал состав водяного пара вблизи кометы Чурюмова – Герасименко, показали практически полное несоответствие с составом земной воды.
Согласно альтернативной теории, источник земной воды – пояс астероидов, то есть вращающиеся в его составе протопланеты. Анализ водяных включений в угольных хондритах, характеризующихся высоким содержанием углерода, показал, что изотопный состав этой воды сравним с составом океанической воды. Исследования, проведенные в 2019 году, позволяют сделать вывод о том, что вода попала на Землю при ее столкновении с протопланетой Тейя 4 млрд лет назад; эта вода – транснептунный объект. Таким образом, возникает очень интересная идея о том, что и вода нашего организма имеет транснептунное происхождение. Как мы увидим дальше, эволюция должна была протекать таким образом, чтобы эта транснептунная вода была всегда доступна нашим организмам в достаточном количестве. Во многих отношениях эта доступность воды сыграла центральную роль в развитии жизни на Земле, которое мы сейчас и рассмотрим.
Для ранних этапов развития наиболее важной была доступность жидкой воды и таких химических элементов, как углерод, водород, азот, сера и фосфор, которые, как уже упоминалось, возникли в результате катастрофических событий во Вселенной. Согласно новейшим расчетам, общее число живущих эукариотических видов, то есть видов, клетки которых обладают истинным ядром, окруженным двойной мембраной, достигает приблизительно 9 млн, из которых описаны только 1,25 млн, а это означает, что, предположительно, около 86 % сухопутных видов и 91 % водных организмов до сих пор не описаны, то есть неизвестны. Подавляющее большинство видов представлено насекомыми. Среди позвоночных животных описано около 70 000 видов, причем они отличаются большой вариативностью плана строения. Так, например, самое мелкое позвоночное животное, Paedophryne amanuensis из семейства лягушек, имеет длину 8 мм и весит несколько граммов, а самое крупное позвоночное – это синий кит, длина которого достигает 30 м, а вес 100 млн г (100 т). Среди позвоночных по числу видов на первом месте стоят рыбы.
При этом живущие сегодня виды составляют лишь ничтожную часть видов, живших на Земле в ходе исторического развития, – приблизительно 0,1 %! 99,9 % всех когда-либо появившихся видов вымерли; некоторые вымирали медленно, на протяжении миллионов лет, другие вымирали массово и быстро. Первое великое массовое вымирание видов, предположительно, имело место около 2,5 млрд лет назад, когда первоначально восстановительная атмосфера Земли, в которой не было кислорода, превратилась в результате накопления в ней кислорода в атмосферу окисляющую. К этому моменту истории Земли, как показывают многочисленные геологические данные, наша планета была полностью обледеневшей: «Земля-снежок». Это наблюдение было сделано в середине XX века знаменитым исследователем Арктики и геологом Дугласом Моусоном (1882–1958).