Наше путешествие начнется в глубинах земной коры, но постепенно мы будем пробираться наружу, блуждая по континентам и погружаясь в водные просторы планеты, чтобы наконец достигнуть самой неосязаемой из трех сфер – воздушной оболочки, простирающейся над нами более чем на почти 10 000 километров. По пути мы проплывем через подводные леса, посетим экспериментальный природный парк, где животные восстанавливают ландшафт, и поднимемся в обсерваторию, расположенную на полпути между верхушками деревьев и облаками.
Мы познакомимся с самыми разными людьми – учеными, художниками и изобретателями, пожарными, исследователями пещер и бичкомберами[14], – многие из которых посвятили свою жизнь изучению и защите нашего живого дома. Мы совершим путешествие в прошлое, чтобы узнать о самых значимых событиях в истории Земли, насчитывающей 4,54 миллиарда лет, и представить себе ее возможное будущее. Наконец, мы научимся распознавать отпечаток жизни в каждом уголке планеты – от сердца тропического леса Амазонии до почвы на заднем дворе вашего дома.
Камень
1. Жизнь в недрах Земли. Как подземные микробы изменяют земную кору
Поверхность Земли полна пор, и каждая пора – это портал в ее внутренний мир. Некоторые из них подойдут лишь для насекомого, другие могут вместить и слона. Одни ведут в небольшие пещеры или неглубокие расщелины, а другие простираются в неизведанные глубины скалистых недр Земли. Любому человеку, который пытается добраться до центра нашей планеты, нужен особый проход: не только достаточно широкий, но и чрезвычайно глубокий, полностью надежный, а в идеале – оборудованный лифтом.
Один из таких порталов находится в центре Северной Америки. Воронкообразный карьер шириной около 800 метров уходит в землю на 381 метр, обнажая разноцветную мозаику из молодых и древних пород: серые полосы базальта, молочные прожилки кварца, бледные колонны риолита и мерцающие вкрапления золота. Под карьером сквозь твердую породу проходят около 595 километров туннелей, уходящих более чем на два километра под землю. В течение 126 лет на этом месте в городе Лид штата Южная Дакота находился самый большой, глубокий и богатый золотой рудник Северной Америки. К моменту его закрытия в начале 2000-х годов на шахте Хоумстейк было добыто более 907 тонн золота.
В 2006 году корпорация Barrick Gold передала рудник в дар штату Южная Дакота, который в итоге превратил ее в крупнейшую в США подземную лабораторию – Подземный исследовательский центр Сэнфорда (Sanford Underground Research Facility). После прекращения добычи полезных ископаемых туннели начало затапливать. Хотя нижняя половина объекта остается затопленной, по нему все еще возможно спуститься почти на полтора километра под землю. В большинстве своем так делают ученые – физики, которым необходимо провести высокочувствительные эксперименты, на которые не должно повлиять космическое излучение. Но пока физики облачаются в лабораторные костюмы и закрываются в отполированных лабораториях, оборудованных детекторами темной материи, биологи, которые отправляются в этот подземный лабиринт, выискивают его самые сырые и грязные уголки – те самые места, где странные существа выделяют металл и меняют облик камней.
Промозглым декабрьским утром я последовал за тремя молодыми учеными и группой сотрудников Сэнфорда в так называемую «клетку» – металлический лифт, который доставит нас на глубину около полутора километров. Мы надели неоновые жилеты, ботинки со стальными носами, каски и пристегнули к поясам личные противогазы, которые должны были защитить нас от угарного газа в случае пожара или взрыва. Клетка спускалась быстро и удивительно плавно, ее открытая рама являла взгляду множество уровней шахты. Наша праздная болтовня и смех были едва ли слышны сквозь шум разматывающихся кабелей и свист воздуха. Контролируемый спуск занял около десяти минут, и мы достигли дна шахты.
Два наших гида, оба бывшие шахтеры, посадили нас в пару небольших вагонеток и повезли по узким туннелям. Вагоны ехали вперед со звуком, похожим на скрежет тяжелых металлических цепей, а свет наших фонарей освещал изгибающиеся стены из темного камня, усеянного кварцевыми прожилками и вкраплениями серебра. Под нами мелькали старые рельсы, неглубокие полоски воды и обломки камней. Хотя я знал, что мы находимся глубоко под землей, туннели как шоры ограничивали мой обзор узким сводом скалы. Глядя на потолок туннеля, я думал о том, каково это было бы – увидеть над собой всю толщу земной коры, всю груду камней высотой в три с лишним раза больше Эмпайр-стейт-билдинг[15]. Ощущали бы мы эту глубину так, как порой ощущается высота, когда смотришь на край обрыва? Чувствуя приступ головокружения, я быстро перевел взгляд на дорогу перед собой.
Через 20 минут мы переместились из относительно прохладного и хорошо проветриваемого участка рядом с «клеткой» в нагревающийся и душный коридор. В то время как на поверхности лежал снег и температура была значительно ниже нуля, на расстоянии полтора километра под Землей, ближе к ее геотермальному сердцу, температура достигала около 33 °C, а влажность – почти 100 %. Мы чувствовали, что тепло пульсирует в окружающем нас камне; воздух стал густым и тягучим, а в ноздри проникал запах серы. Казалось, что мы вошли в преддверие ада.
Вагонетки остановились. Мы вышли и немного прошли до большого пластикового крана в скале. Рядом с основанием крана со стены стекала жемчужная струйка воды, образуя ручейки и лужицы. От них исходил запах сероводорода – источник зловония в шахте. Встав на колени, я понял, что вода полна волокнистой белой субстанции, несколько напоминающей «кожицу» яйца пашот. Кейтлин Казар, геобиолог, объяснила, что эти белые волокна – микробы из рода Thiothrix, которые соединяются друг с другом в длинные нити и накапливают в своих клетках серу, что придает им призрачный оттенок. Здесь, в толще земной коры, в месте, где без вмешательства человека не было бы ни света, ни кислорода, жизнь тем не менее буквально хлестала из самой каменной породы. Этот особый природный очаг получил прозвище «Водопад Thiothrix».
Пока я осторожно прощупывал нити микробов ручкой, биогеохимик Бриттани Крюгер открыла один из нескольких вентилей на кране и начала проводить разнообразные тесты с вытекающей из него жидкостью. Всего-навсего капнув немного воды в голубой портативный прибор, напоминающий трикодер из фильма «Звездный путь» (Star Trek), Крюгер измерила кислотность, температуру и состав раствора. Чтобы собрать обитающие в воде микроорганизмы, она закрепила на некоторых клапанах крана фильтры с крошечными порами. Тем временем Казар и инженер-эколог Фабрицио Сабба изучили ряд наполненных образцами картриджей, ранее подсоединенных к крану. В лаборатории они проанализируют их, чтобы выяснить, попали ли микробы в трубы и выжили ли они в них, несмотря на полную темноту, отсутствие питательных веществ и пригодной для дыхания атмосферы.
Спустившись на другой уровень шахты, мы были вынуждены пробираться сквозь грязь и воду высотой по голень, осторожно ступая, чтобы не споткнуться о затопленные рельсы и камни. То тут, то там поверхность горных пород была украшена тонкими белыми кристаллами – как подсказали ученые, скорее всего, это был или гипс, или кальцит. Когда свет от наших фонарей попадал на стены туннеля под правильным углом, кристаллы мерцали подобно звездам. Еще одно 20-минутное путешествие, на этот раз пешком, и мы подошли к еще одному большому крану, торчащему из скалы. В этой пещере было намного прохладнее, чем в предыдущей, но и находилась она на глубине всего 800 метров под землей, а значит, лучше проветривалась. Скала вокруг крана была покрыта чем-то похожим на влажную глину, цвет которой варьировался от бледно-лососевого до кирпично-красного. Как объяснила Казар, это тоже работа микробов, на этот раз бактерий из рода Gallionella, живущих в богатых железом водах и в процессе жизнедеятельности выделяющих железо в виде закрученных тяжей. По просьбе Казар я наполнил кувшин водой из крана, зачерпнул в пластиковые пробирки богатую микробами грязь и убрал их в холодильник для последующего анализа.
На протяжении многих лет Крюгер и Казар посещают бывшую шахту Хоумстейк по меньшей мере дважды в год. Возвращаясь, они каждый раз сталкиваются с прежде неизвестными микробами, которые им никогда не удавалось вырастить в лабораторных условиях, а также с видами, у которых еще нет имени. Их исследования – часть совместного проекта под руководством Магдалены Осберн, профессора Северо-Западного университета и видного представителя геомикробиологии.
Как показали Осберн и ее коллеги, вопреки старым догадкам, недра Земли вовсе не бесплодны. На самом деле большинство микробов планеты, возможно, более 90 %, живут глубоко под землей. Эти внутриземные микробы, как правило, сильно отличаются от своих собратьев, обитающих на поверхности. Они древние и медлительные, редко размножаются и, вероятно, живут миллионы лет. Их способ получения энергии необычен: вместо кислорода они дышат… камнем. И, похоже, они способны выжить, даже несмотря на опасные для большинства существ геологические катаклизмы. Подобно множеству крошечных организмов в океане и атмосфере, эти особые микробы не просто населяют земную кору, а изменяют ее. Подземные микробы участвуют в образовании огромных пещер, обогащают минералы и драгоценные металлы, а также регулируют круговорот углерода и питательных веществ по всей планете. Возможно, микробы участвовали в создании континентов, в прямом смысле заложив основу для всей остальной земной жизни.
История живой породы, которую мы именуем Землей, – это история постоянных преобразований. Мир, который нам известен, – это всего лишь один из многообразных и непостоянных образов нашей планеты. В других своих состояниях Земля была негостеприимна не только для человека, но и для любого другого существа, кроме первобытного микроба.