Происхождение. Как Земля создала нас

Эти породы невообразимо древние. Подавляющее большинство полосчатых железистых формаций возникли на планете одновременно в относительно краткий период 2,2 – 2,6 миллиарда лет назад[379], примерно тогда же, когда образовывались первые континенты[380]. Поскольку вся железная руда на планете возникла приблизительно одномоментно, это указывает на то, что тогда в истории Земли произошло какое-то очень важное событие. Полосчатые железистые формации залегли на дне древних океанов, и их полосы отражают колебания условий в первобытных водах: руда оседала из воды на дно в виде плавного дождя из частичек железистых минералов, и это перемежалось с периодами осаждения нормального морского ила. Но вот что любопытно: сегодня железо растворяется в морской воде только в исчезающе малых концентрациях. Откуда же около 2,4 миллиарда лет назад в морской воде взялось столько железа? Что тогда было иначе?

Если бы мы отправились в прошлое, в те времена, когда возникли полосчатые железистые формации, мы очутились бы в совершенно чуждом мире. Недра юной Земли были тогда гораздо горячее нынешнего, и это должно было вызывать бурную вулканическую активность. Всю поверхность планеты занимал океан, в котором лишь кое-где появились дуги вулканических островов и крошечные зарождавшиеся континенты. Бесплодную поверхность планеты беспощадно выжигало ультрафиолетовое излучение Солнца. Небеса, вероятно, заволакивала ядовито-желтая дымка, воздух был перенасыщен азотом и углекислым газом. А главное, в нем не было кислорода: ходить по родной планете нам пришлось бы в скафандре.

Сегодня кислород составляет не меньше пятой части вдыхаемого нами воздуха. Но в первую половину жизни Земли в ее атмосфере и океанах практически не было газообразного кислорода. Кислород в атмосфере и газообразный кислород, растворенный в морской воде, возник благодаря живым организмам. Некоторые организмы способны впитывать энергию солнечного света, чтобы преобразовывать углекислый газ в органические молекулы, из которых состоят клетки, а в процессе расщепляют воду, то есть H₂O, и высвобождают кислород в виде отходов. Эта биологическая алхимия называется «фотосинтез» и обеспечивает клетке поразительную самодостаточность: она может вырабатывать все необходимое из одного лишь света, углекислого газа и некоторых других растворимых питательных веществ.

Клетки, развившие у себя способность к фотосинтезу и расщеплению кислорода, называются цианобактерии, или сине-зеленые водоросли[381]. Все более сложные формы жизни, впитывающие солнечный свет, – диатомеи, водоросли, а также все растения и деревья на суше, – унаследовали эту способность в результате события, произошедшего около миллиарда лет назад и имевшего колоссальное значение для эволюции: кто-то из их одноклеточных предков заключил цианобактерию внутрь себя. И именно крошечные первые цианобактерии, кишевшие в первобытных морях и испускавшие кислородный выхлоп своей фотосинтетической машинерией, в конечном итоге насытили кислородом всю планету. Геологи, изучающие перемены в древних горных породах, видят четкий показатель первого повышения уровня кислорода 2,42 миллиарда лет назад – так называемой Кислородной катастрофы. Хотя уровень кислорода тогда составлял каких-то несколько процентов от теперешнего[382], то есть совсем мало для дышащего человека, Кислородная катастрофа возымела самые серьезные последствия для химии Земли и развития жизни. В сущности, это была самая значительная революция в истории планеты[383].

Вскоре после Кислородной катастрофы, около 2,2–2,3 миллиарда лет назад, Земля, по всей видимости, вошла в самый продолжительный и, возможно, самый суровый ледниковый период в своей истории. Солнце тогда было примерно на 25 % тусклее нынешнего, и чтобы сохранить на поверхности жидкую воду, Земле требовался значительный парниковый эффект, который изолировал бы планету. Древняя атмосфера содержала существенное количество метана, мощного парникового газа, однако избыток кислорода реагировал с метаном и, в сущности, уничтожил его, лишив планету теплого одеяла. Температура на поверхности резко упала, и произошло глобальное оледенение – возникла так называемая «Земля-снежок»: толстый слой льда покрыл планету почти полностью[384]. В таком замороженном виде Земля пробыла 10 миллионов лет[385], пока в результате вулканической активности в атмосфере не накопилось столько углекислого газа, что началось великое таяние. Спасение планеты от периодов глубокого оледенения – одно из главных преимуществ вулканизма для жизни на Земле[386].