Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Великое кислородное событие – весьма динамичный период в истории Земли от 2,4 до 1,8 млрд лет назад – было прежде всего эпохой перемен в химическом составе атмосферы. За это время состав атмосферы изменился, главным образом за счет увеличения количества кислорода: от нуля до 1–2 %. Это гигантское изменение для приповерхностной среды, но для океанов оно является незначительным событием.

Причина кроется в сравнительных объемах. Масса океана в 250 раз больше массы атмосферы. Любое мелкое изменение в химическом составе атмосферы, даже 1 %-ный прирост кислорода, лишь через длительный период времени сказывается на океанах – для этого требуется около миллиарда лет.

В стремлении понять природу океана геохимики обращаются к составляющим его химическим элементам и их изотопам. До 2,4 млрд лет назад океанская вода была насыщена раствором железа, и устойчивость этого состава была обусловлена отсутствием в ней оксидантов, которые заставили бы окислы железа выпадать в осадок, а также малым количеством серы (ее наличие привело бы к образованию пирита и других сульфидов). После изменений в составе атмосферы (Великого кислородного события) часть растворенного в воде железа на мелководье превратилась в окислы железа, причем либо непосредственно вступая в реакцию с кислородом, либо взаимодействуя с окисленными веществами на суше. Атмосферный кислород также привел к окислению и эрозии минералов, содержащих серу, которые, попадая в океанскую воду, в свою очередь, поглощали железо.

Эти химические изменения послужили толчком к образованию множества месторождений железистых кварцитов – плотных осадочных пород на дне океанов, в которых сочетались разноцветные слои железистых минералов, ныне составляющих большую часть железорудных месторождений на планете. Образование таких формаций происходило постепенно, а железа в составе океанской воды было много, и этот процесс занял следующие 600 млн лет. К началу скучного миллиарда океанские воды все еще оставались бескислородными, но уже потеряли значительную часть растворенного железа.

Передвинемся вперед на миллиард лет: водоросли продолжали производить кислород, который начал постепенно распространяться по океанам; 600 млн лет назад вода в океанах по всему земному шару уже была сверху донизу насыщена кислородом. То, что происходило между этими датами, – загадка «скучного» миллиарда – носит название промежуточного океана.

В 1998 г. геолог Дональд Кэнфилд из Университета Южной Дании предположил, что не кислород, а именно сера играла решающую роль в промежуточном океане. (С тех пор многие ученые именуют серонасыщенный мезопротерозойский океан не иначе как Океан Кенфилда.) Его наводящая на размышления статья под названием «Новая модель химического состава протерозойского океана» была опубликована в журнале Nature 3 декабря 1998 г. (после целого года задержки, вызванной сопротивлением рецензентов) и почти сразу перевернула представления многих из нас о древних состояниях Мирового океана.

Его основная мысль проста. Великое кислородное событие породило достаточное количество кислорода, чтобы повлиять на распространение многих элементов, «чувствительных к окислительно-восстановительным процессам», включая железо, но этого количества было недостаточно, чтобы окислить океан. С другой стороны, растущая эрозия и окисление почвы наполнили океан сульфатами. Вследствие этого промежуточный океан оказался насыщенным серой, испытывая в то же время нехватку кислорода и железа, и в таком состоянии просуществовал на протяжении миллиарда лет.

Ископаемая летопись возродила гипотезу о постоянном медленном изменении промежуточного океана. Некоторые породы, сформировавшиеся между вторым и первым миллиардами лет назад, содержат микроскопические окаменелости непревзойденного качества. Ганфлинтское месторождение кремнистого сланца в Северной Америке возрастом 1,9 млрд лет, Гаоюжуаньская формация на севере Китая (1,4–1,5 млрд лет) и Авзянская формация на Урале в России (1,2 млрд лет) содержат микроскопические ископаемые остатки микроорганизмов, настолько ясные и отчетливые, некоторые даже в процессе деления, что они выглядят точь-в-точь как современные живые экземпляры. Однако такая замечательная сохранность окаменелостей свидетельствует лишь о стабильности условий, а не о принципиально ином характере этого периода в истории Земли.