Биография Земли: что было до нас

Раньше мы рассказали про эволюцию Вселенной: откуда все взялось, как началось и чем закончится. Продолжаем. 

Земля родилась из праха других планет

Нашему Солнцу примерно 4,6 млрд лет. Когда оно сформировалось, его окружало множество мелких частиц вещества, оставшегося после гибели далеких звезд. Из них-то и начали складываться будущие планеты.

Миллионы лет они кружились вокруг молодого Солнца, удерживаемые гравитацией, сталкивались и слипались, образовывая протопланетные сгустки, так называемые планетезимали. Затем уже самые крупные из них начали притягивать к себе более мелких соседей, становясь все больше.

Астрономы считают, что Юпитер и Сатурн после рождения мигрировали по Солнечной системе, словно шары в боулинге, расталкивали все на своем пути. Вероятно, на месте Земли и Венеры были другие планеты, ученые называют такие суперземлями, но они погибли или были изгнаны со своих орбит. 

Посмотрите, как рождаются планеты типа Юпитера. 

— Дело в том, что движения Юпитера и Сатурна привели к тому, что суперземли упали на Солнце. Возможно, некоторые из них были выброшены гравитационным влиянием на периферию Солнечной системы. И сегодня загадочная девятая планета, существование которой мы подозреваем, возможно, — одна из таких суперземель. А из вещества, которое осталось их на месте, получились крошечные планеты земного типа: Меркурий, Венера, Земля и Марс, — Владимир Сурдин, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга.

Луна: как она появилась и почему улетает от нас 

Наша планета сформировалась буквально за 10-20 млн лет. По космическим меркам это почти мгновение. В очень раннем детстве Земли произошло важное событие: у нее появился напарник и постоянный спутник — Луна. Есть разные версии того, как это случилось.

— Одна из них считает, что Луна сформировалась где-то отдельно, а потом наша планета захватила ее в гравитационный плен и держит до сих пор. Вторая идея говорит о том, что они родились вместе из одного газового и пылевого облака, то есть Земля и Луна — две части как бы одной двойной планеты. И, наконец, третья, пожалуй, наиболее подтвержденная сегодня фактами, гипотеза говорит о том, что Луна сформировалась позже Земли, рядом с ней, благодаря тому, что по Земле пришелся мощный удар другой небольшой планеты. При этом кора и верхняя часть земной мантии были снесены, рассеялись вокруг Земли наподобие диска Сатурна, и из этого вещества создалась Луна, — Владимир Сурдин.

Примечательно, что Луна вращается не строго вокруг Земли, а Земля и Луна как бы крутятся вокруг общего центра. Так что по космическим меркам это не совсем планета и ее спутник, а единая «система Земля-Луна».

Расчеты показывают, что три миллиарда лет назад Луна была настолько близко к Земле, что приливы достигали многокилометровой высоты и, возможно, именно из-за них живые существа вышли на сушу — их просто выбрасывало далеко от моря.

Наш спутник с самого начала понемногу улетает в космос.

— Из-за этого Земля будет вращаться все медленнее. Полмиллиарда лет назад сутки длились примерно 18 часов, сегодня — 24, а через несколько миллиардов лет, если все пойдет спокойно, сутки на Земле будут длится 54 современных дня, — объясняет Владимир Сурдин.

Океан лавы

Новорожденная Земля была покрыта океаном, только он состоял не из воды, а из горячей лавы. 4,5 млрд лет назад, когда завершилась стадия аккреции — слипания вещества, началась вторая стадия — дифференциации этого вещества, то есть разделения по физическим свойствам. Этот процесс занял всего около 100 млн лет и сопровождался интенсивным плавлением. Так формировалось железное ядро планеты, ее пока еще зыбкая поверхность и первичная атмосфера.

Первые 500 млн лет существования Земли шли бурные процессы создания земной коры. Однако, когда этот период плавления закончился, планета стремительно, по космическим меркам, остыла. Так началась геологическая история Земли. В этом коротком видео смоделировано, как это выглядело на протяжении последних 100 млн лет. В каждом кадре — миллион лет.

Сейчас в разных частях планеты — в Австралии, Северной Америке, Африке — ученые находят образцы пород, которым больше 4 млрд лет. 

Раньше считалось, что Земля в первый миллиард лет существования сплошь была покрыта расплавленной и очень горячей лавой. 

Это не так. Благодаря последним находкам удалось установить, что радиоактивный распад в недрах Земли был важным источником тепла, но он не создавал запредельных температур на ее поверхности.

— В Западной Австралии были обнаружены цирконы возрастом до 4,4 млрд лет. Оказалось, что они кристаллизовались в породах гранитного состава примерно при 600℃ и в присутствии воды, водного флюида, что чрезвычайно важно. Это говорит о том, что Земля на поверхности в это время была уже довольно холодной — в тех же температурных пределах, которые характерны для Земли и сегодня, хотя атмосфера имела другой состав, а вода была нагрета градусов до 60-70 ℃, — Михаил Минц, заведующий лабораторией в Геологическом институте РАН.

А в Якутии недавно нашли алмаз, которому 3,6 млрд лет. Это самый древний алмаз в мире.

Появление Мирового океана и континентов

Но откуда взялась эта вода на Земле? Согласно первой версии, воду на нашу планету принесли кометы, которые активно бомбардировали Землю на заре ее истории. Вторая же гласит, что вода была на планете изначально. Вообще, воды в разных состояниях в космосе очень много и она, скорее всего, была частью аккреционного диска, из которого «скатались» планеты Солнечной системы.

Еще до появления Мирового океана на Земле сформировалась твердая оболочка — литосфера. В нее входят океаническая кора, в основном, из базальтовых пород, и сформировавшаяся в результате ее «переплавки» кора континентальная, которая состоит, по большей части, гранитных пород.

Первые континенты на планете не сразу стали такими большими. Они складывались из небольших участков суши, которые выделялись по мере остывания поверхности. Затем эти микроконтиненты сталкивались, слипались. Океаническая кора очень активно обновляется до сих пор — самым древним участкам не больше 160 млн лет. А вот на континентальной остались фрагменты той самой древней земной коры.

Земная кора неоднородна: поверхность всей планеты состоит из частей — литосферных плит, которые находятся в постоянном движении. Вероятно, первый суперконтинент сложился примерно 2,9 млрд лет назад. Несколько раз за всю историю планеты континенты то сходились, то расходились. Сегодня продолжает увеличиваться Атлантический океан, через несколько сотен миллионов лет исчезнет Тихий и все существующие континенты стянутся в очередной колоссальный участок суши.

Есть версия, что континенты на древней Земле были созданы ударами гигантских метеоритов.

Магнитное поле — броня для атмосферы и жизни

Итак, по мере того, как наша планета насыщалась парниковыми газами, крепла и ее атмосфера. Газы конденсировались и в виде обильных осадков выпадали на Землю, все больше устанавливая господство воды над сушей. Однако почему парниковые газы не улетучились в космос?

— В первый миллиард лет жизни нашей планеты у нее появилось довольно мощное магнитное поле. Это наша броня. Она защищает нас от потоков солнечного ветра. Мы можем посмотреть на современный Марс, он уже давно лишился магнитного поля, и по этой причине солнечный ветер унес его атмосферу, — рассказывает Владимир Сурдин.

Впрочем, тогда атмосфера Земли еще не была насыщена кислородом, дышать древним воздухом современные живые существа не смогли бы. А вот первые организмы — запросто. Они дышали углекислым газом и питались неорганическими соединениями.

Но откуда эти живучие микробы появились на Земле? Здесь тоже есть несколько гипотез. Во-первых, жизнь самозародилась именно на Земле — уж слишком хорошо она приспособлена именно к условиям нашей планеты. Во-вторых, была занесена из космоса, может быть, с Марса или Венеры (но тогда как она оказалась там?). Эта гипотеза называется «панспермией». Есть и третья, компромиссная и наиболее популярная сейчас, — гипотеза «мягкой панспермии»: на юную Землю из космоса были занесены так называемые «кирпичики жизни» — нужные органические вещества, которых немало в космосе. А затем уже здесь, попав в уникальные условия, они и сформировали первую жизнь. Где искать инопланетную жизнь — рассказали в статье.

Кстати. Земные бактерии улетают в космос, а это может привести к зарождению жизни на других планетах. Есть и такая версия.

Первые живые организмы чуть не убили сами себя

Так или иначе, первые организмы дали старт эволюции, по сути, став прародителями всех современных видов живых существ, в том числе и нас с вами. Кстати, именно первым массово распространенным микробам, цианобактериям, Земля обязана современной атмосферой, которая появилась примерно, 2,5-3 млрд лет назад. Цианобактерии просто «надышали» ее, благодаря своей способности к фотосинтезу, то есть преобразованию углекислого газа в кислород под воздействием солнечного света. А так как кислород был для первых организмов страшным ядом, это чуть было не привело к катастрофе — микробы чуть не отравили сами себя.

Кстати, по одной из версий, именно они спровоцировали и самые первые глобальные изменения климата: поглощая углекислый газ, они снижали парниковый эффект. Вероятно, это и вызвало самое первое глобальное похолодание. Вместе с ростом континентов, которые увеличили отражательную способность Земли, это привело к превращению планеты в «снежок», когда вся поверхность на некоторое время покрывалась слоем льда.

Сегодня нельзя точно сказать, сколько таких холодных периодов пережила Земля и, когда именно произошло первое оледенение, но в том, что их было несколько, ученые не сомневаются.

Появление сложной жизни и заселение суши

Микроорганизмы, населяющие Землю, с момента своего появления постоянно приспосабливались к меняющимся условиям. Некоторые одноклеточные научились держаться вместе, помогая друг другу выжить. Так возникли первые многоклеточные — и примерно 600 млн лет назад планету населяли уже сложные организмы. А 570-580 млн лет назад случился Кембрийский взрыв — небывалый всплеск разнообразия животных.

— Это был очень важный этап в эволюции биоты — организмы смогли строить скелеты. Твердый скелет означает возможность резкого увеличения размеров тела, поскольку можно крепить мускулатуру к твердой опоре. Можно развивать способы движения, это открывает массу новых возможностей эволюции, — Сергей Наугольных, палеонтолог, главный научный сотрудник Геологического института РАН.

Благодаря твердому скелету, животные стали обзаводиться зубами, когтями, раковинами и панцирями. Богатый животный мир водной среды стремился осваивать новые территории обитания — сушу. Ее тотальное освоение началось всего 400 млн лет назад. Первыми переселенцами из воды были водоросли, они дали начало всем наземным растениям. А так как на суше стало много еды, туда потянулись и животные.

— В первую очередь, конечно, это были членистоногие, скорее всего, хелицеровые, из них можно назвать скорпионов. Первые скорпионы были водными, а затем постепенно адаптировались к жизни на суше. И вслед за членистоногими туда же, на сушу, двинулись и рыбы. Первая адаптация к наземному существованию появляется у двоякодышащих и кистеперых рыб. Двоякодышащие могут дышать и жабрами и легкими. Кистеперые могли использовать жесткие плавники, как опору при передвижении на мелководье или даже по суше, — Сергей Наугольных.

Человек разумный?

Примерно 250 млн лет назад Землю уже населяли рептилии — далекие предки современных крокодилов и черепах. А вслед за ними начали появляться и первые прародители современных млекопитающих — так называемые зверообразные рептилии.

— Сейчас считается доказанным, что у этих организмов была шерсть. По всей видимости, часть из них, а, может быть, и большинство, были теплокровными. То есть это был серьезный шаг в сторону появления первых настоящих млекопитающих, — Сергей Наугольных.

Первые настоящие млекопитающие появились позже рептилий и были вытеснены на второй план эволюции более успешными на тот момент обитателями планеты: динозавровой фауной — крупными рептилиями, которые завладели сушей, воздухом и водой. Их господство длилось почти 170 миллионов лет. Но и огромные ящеры стали частью истории.

Считается, что их убил астероид примерно 66 млн лет назад. Однако некоторые ученые склоняются к тому, что уже накануне его падения экосистемы были «на последнем издыхании». Впрочем, часть динозавров вполне успешно дожила и до сегодняшнего дня — это птицы. Почему они выжили — рассказываем здесь.

Вымирание динозавров привело к взрывному развитию наших очень далеких млекопитающих предков. 

А если бы динозавры не вымерли?  

История была бы другой. Но они вымерли. И 30 млн лет назад на Земле появились человекообразные приматы (предки гиббонов, орангутанов, шимпанзе, горилл и людей). Непосредственные предки людей, австралопитеки, оставаясь, по сути, обезьянами, перешли к прямохождению около 7 млн лет назад. Род Hоmo, приматы, умеющие производить орудия труда, вышли на историческую арену примерно 2 млн лет назад. Наш вид, человек разумный, сформировался лишь 300 000 лет назад. Письменной истории всего около 5500 лет.

По меркам Земли история человечества — короткая вспышка, но именно наш вид на этот раз может подтолкнуть планету к самым кардинальным изменениям... 

Подготовлено по материалам программы «Эволюция. Биография Земли» телеканала «Наука».

Наши предки ходили рядом с динозаврами: ученые выяснили, когда появились плацентарные

Откуда на Земле взялась вода? Ее всосало из космоса, утверждает новая гипотеза

Ученые предлагают новый химический механизм самой ранней эволюции и происхождения жизни

Геологи нашли доказательства двойного массового вымирания 260 миллионов лет назад