Архейская и протерозойская эры



Рис. 1

В

сем прекрасно известно о том, что история Земли подразделена на эоны, эры и периоды. Что же из себя представляют архейская и протерозойская эры?

Жизнь на Земле зародилась около 3,8 млрд. лет назад. Деление истории Земли на эры и периоды помогает нам понять особенности развития жизни в разных промежутках времени. Учёные выделяют эры, которые делятся на периоды. В этих отдельных отрезках времени происходят особо значимые события в формировании жизни на нашей планете.

Существует пять эр:

1. Архейская;
2. протерозойская;
3. палеозойская;
4. мезозойская;
5. кайнозойская. Таблица развития жизни на Земле:

Таблица 1

Эра, период	Продолжительность	Живая природа	Неживая природа, климат
Архейская эра (древняя жизнь)	3,5 млрд лет	Появление сине-зеленых водорослей, фотосинтез. Гетеротрофы	Преобладание суши над океаном, минимальное количество кислорода в атмосфере.
Протерозойская эра (ранняя жизнь)	2,7 млрд лет	Появление червей, моллюсков, первых хордовых, почвообразование.	Суша — каменная пустыня. Накапливание кислорода в атмосфере.

Всего выделяют два эона-криптозой (скрытая жизнь) и фанерозой (явная жизнь). Фанерозой включает в себя три эры: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую. Криптозой-две эры: архейскую и протерозойскую.

Архейская эра (от греческого «археос» — начало) -самый древний этап жизни на планете. Данная эра началась с раскалённых вулканов 4 млрд. лет назад, на Землю постоянно падали метеориты. Планета только стала формироваться, следовательно, признаков жизни на ней не было. В воздухе содержался хлор, водород, аммиак, температура достигала 80°, уровень радиации превосходил допускаемые пределы, такие условия препятствовали возникновению жизни. Архей продлился 1,5 млрд. лет. Термин «архей» предложил американский геолог Джеймс Дана в 1872 году. Именно после этого периода зародились первые живые организмы.

В архейской эре геологи выделяют четыре эры:

– Эоархей

– Палеоархей

– Мезоархей

– Неоархей

Эоархей был 4–3,6 млрд лет назад. В этот период формировалась земная кора, кратеры вулканов. Здесь появились цианобактерии.

Палеоархей был 3,6–3,2 млрд лет назад. В этом периоде формировались кратеры вулканов, шло образование мирового океана. Действующие вулканы являлись рельефом поверхности.

Мезоархей был 3,2–2,8 лет назад. Масштабы материка достигли до площади нынешнего Мадагаскара. Именно в этом периоде происходит охлаждение планеты и формируется ледниковое образование.

Неоархей был 2,8–2,5 млрд лет назад. Появляются первые многоклеточные организмы. Формируется второй материк-Ур и образуются полезные ископаемые (золото, гранит, сера).

На период эоархей приходится так называемая “Поздняя тяжёлая бомбардировка” — время формирования кратеров на Луне и Марсе.

В данный период на планете существовал только один вид растений — одноклеточные нитчатые водоросли (сфероморфид). В дальнейшем водоросли привели к формированию лишайников. В архее появились одноклеточные безъядерные организмы, которые называются прокариоты.

К основным событиям завершающего этапа этого эона (неоархею) следует отнести превращение материка Ур в суперконтинент Кенорленд. Это произошло около 2,7 млрд лет назад. Позже, около 2,6 млрд лет назад, Кенорленд присоединился к суперконтиненту Арктида.

Без сомнений, условия раннего архея отличались от современных:

Температура достигала от 95 до 140 °C и при этом отсутствовал кислород.

Несомненно, знакомые и привычные для нас формы жизни не смогли бы появится в подобных ситуациях, где вместо воздуха ядовитые газы.

НО.

Несмотря на это, жизнь уже существовала, и она была бескислородной.

Бескислородные или анаэробные (от греческих слов «ан» — отрицательная частица, «аер» — воздух и «биос» — жизнь) организмы существуют и по сей день.

Первым термин «анаэробные» стал использовать великий французский микробиолог Луи Пастер. В 1861 г. он открыл бактерии, которые вызывали брожение (прокисание) масла. Ученый был поражен тем, что эти странные организмы умели обходиться без кислорода, — необходимую для жизни энергию они получали из таких химических реакций, в которых он не участвует. Для всех анаэробов кислород — опасный яд!

Рис. 2. Луи Пастер, 1822–1895 гг.

Имеются весомые причины считать, что они были первыми обитателями нашей Земли. Из-за отличий бескислородных организмов от прочих форм жизни, биологи выделяют анаэробов в отдельное царство-архебактерии.

Как же произошло зарождение жизни — важнейшее событие в истории не только нашей планеты, но и всей Солнечной системы?

Наиболее убедительной гипотезой на данный момент является версия биохимической эволюции, предложенная еще в 1924 г. русским ученым, академиком Александром Ивановичем Опариным в книге «Происхождение жизни».

Рис. 3. Александр Иванович Опарин, 1894–1980гг.

Ученый предложил объяснение того, как под воздействием химических и физических факторов первые одноклеточные формы жизни могли появиться из неживой материи. Как мы знаем, атмосфера архейской Земли была богата аммиаком, оксидами углерода и водяным паром. В более низких концентрациях в ней также присутствовали водород, азот и кислород. Таким образом, основные химические элементы, необходимые для сборки биологически активных молекул, к тому времени уже были доступны, а ультрафиолетовое излучение Солнца могло служить неисчерпаемым источником энергии для химических превращений. Энергия внутреннего тепла Земли (вулканических извержений), могучих грозовых разрядов и радиоактивного распада также, вероятно, участвовала в синтезе сложных молекул из более простых.

По мнению Опарина, биохимическая эволюция могла протекать в три этапа. На первом этапе происходил интенсивный синтез органических (то есть основанных на цепочках углерода) веществ из неорганических предшественников. Соли, растворенные в архейском океане, и атмосферные газы служили реагентами в гигантском химическом реакторе — литосфере древней Земли.

Следующей геологической эрой стала протерозойская (от греческих слов «протерос» — более ранний и «зоя» — жизнь). Ее считают самой длительной в истории Земли. (2,5 млрд — 540 млн лет назад). Он продолжался 2 млрд лет и включал в себя: палеопротерозой, мезопротерозой и неопротерозой. (табл.2). В начале протерозойской эры складывались ядра будущих континентов — древние платформы, или кратоны (от греческого «кратос» — сила, крепость). Самые первые части нынешней Евразии — Восточно-Европейская и Сибирская платформы родом именно из тех времен.

Таблица 2

Деление протерозоя на отдельные периоды не случайно и базируется на стратиграфических исследованиях. Так, палеопротерозой — время достижения кислородом «точки Пастера» — 1 % от его содержания в атмосфере, современной нам. Произошло это событие 2 млрд. лет назад и носит название кислородной катастрофы. Учёные считают, что такая концентрация кислорода достаточна для того, чтобы обеспечить устойчивую жизнедеятельность одноклеточных аэробных организмов, т. е. организмов, нуждающихся в свободном молекулярном кислороде для поддержания своей жизнедеятельности. В отличии от аэробных, анаэробные организмы, разнообразие которых в то время было существенно больше, в большинстве своём вымерли. Для них молекулярный кислород был губительным.

Кроме кислородной катастрофы в эпоху палеопротерозоя наступает первая стабилизация континентов.

Следующий за палеопротерозоем мезопротерозой — время формирования суперконтинента.

Наконец, последний из протерозойских периодов — неопротерозой характеризуется распадом первого суперконтинента и масштабным оледенением, охватившим практически всю поверхность суши. Кроме того, именно к этому временному интервалу относятся древнейшие ископаемые останки животных, что связано с формированием у них твёрдого скелета.

Вулканы продолжали извергаться так же бурно, как и в архейский период. На их активность влияли движения земной коры. Когда материки перемещаются, океаническая кора (та, которая находится под дном океана) «задвигается» под материковую и буквально выдавливает на поверхность магму из земных недр.

Судя по найденным на сегодняшней суше протерозойским отложениям явно морской природы, водная и земная стихии в те времена довольно часто менялись местами: из океанских глубин вздымались юные горы, а более старые скальные хребты уходили под воду.

Протерозойские отложения также показывают, что на Земле в то время уже существовали и пустыни, и ледники — климат был разнообразен.

В этот период появились отложения, ставшие в будущем полезными ископаемыми. Например, месторождения железных руд возникли в результате работы железобактерий (они были открыты в начале ХХ в. русским ученым Сергеем Николаевичем Виноградским). Так появились отложения железистых кварцитов (чередование слоев кварца и железосодержащего магнетита).

Рис. 4. Сергей Николаевич Виноградский

Одно из крупнейших таких месторождений — Курская магнитная аномалия в России. Колоссальные залежи железа в тех местах отклоняют стрелку компаса от ее обычного положения. Эти многокилометровые залежи руды появились 2,5 млрд лет назад на дне протерозойских морей.

В те времена большую территорию Земли охватывало море, а потому вся флора и фауна непосредственно зависела от воды. На суше обитали лишь бактерии, поскольку только они удачно пережили процесс акклиматизации.

Протерозой — это эра водорослей и бактерий. Лишь к концу ее возникли самые ранние представители многоклеточных животных — черви, губки и археоциаты. Это была также эра одноклеточных простейших животных, пока слабо вскрываемых при исследовательских работах. Но главнейшими видимыми проявлениями жизни в протерозое были водоросли типа пресноводных. Водные растения создавали очень своеобразные накопления известняка и даже древнейшие рифы и банки. Исследователь далеко не всегда отличит небольшие водорослевые скопления карбонатной породы от вмещающих отложений. Но повторяемость рисунка поверхности породы иногда подсказывает, что найдены остатки ископаемых древнейших водорослей.

Рис. 5. Остатки ископаемых древнейших водорослей

Температура воздуха у земной поверхности приближалась к 15 °С — не особо жарко, но и не так уж холодно. Из сконденсировавшегося водяного пара складывалась гидросфера планеты — запасы жидкой воды. В нее переходила часть атмосферных газов. До определенного времени в первичной атмосфере кислорода было совсем мало — намного меньше 0,001 его массовой доли в сравнении с нынешним уровнем. Почти каждая вновь образовывавшаяся молекула O2 тратилась на различные реакции окисления. В какой-то момент грянула «кислородная катастрофа» — так называют событие, которое произошло 2,4 млрд лет назад и направило в новое русло ход земной истории. В то время кислород буквально заполнил собой атмосферу планеты. Разумеется, катастрофой это обернулось лишь для анаэробных археобактерий. Об изменениях в атмосфере мы знаем по тому, что характер минеральных отложений с какого-то момента резко преобразился.

Наконец-то в воздухе появилось много свободного кислорода — менее чем за 200 млн лет его концентрация выросла в 15 раз, атмосфера стала не восстановительной, а окислительной.

Для того чтобы возникли анаэробные формы жизни, необходимо было, чтобы концентрация кислорода в атмосфере составляла около 1 % от современной — так называемая точка Пастера. В протерозое этот биологический рубеж был преодолен «с перевыполнением», что стало толчком к бурному развитию и совершенствованию разнообразных форм новой жизни.

Представьте себе, что во времена архея железный гвоздь мог лежать на земле миллионы лет, не покрываясь ржавчиной!

Откуда же кислород возник в таком количестве? Вспомните про сине-зеленые водоросли, которые появились еще в архее. Миллионы лет они исправно выделяли кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза. Однако он тут же уходил на окисление минералов и газов. В условиях восстановительной атмосферы кислород был настоящим дефицитом и мгновенно расходовался во множестве химических реакций. Когда же все, что можно было окислить, оказалось уже окисленным, кислород стал накапливаться в виде газа. Одновременно с этим падала концентрация углекислого газа в атмосфере, ведь он был так необходим сине-зеленым водорослям для фотосинтеза. Парниковый эффект благодаря этому стал уменьшаться и перед земной жизнью открылись новые заманчивые перспективы.

Основная причина криогенского ледникового периода была той же, что и причина наступления первого ледникового периода: снижение концентрации в атмосфере диоксида углерода или углекислого газа.

Так почему же верхнепротерозойский ледниковый период был гораздо более «мощным»? Этому способствовало расположение материков на время криогения в непосредственной близости от экватора. Когда Земля охлаждается, в силу каких-либо причин, реакция извлечения углекислого газа из атмосферы замедляется, тем самым препятствуя дальнейшему охлаждению. Но расположение материков в тропических широтах не позволяло замедлить темпы удаления углекислого газа, в результате чего ледники продвинулись до экватора, а высокая отражательная способность льда способствовала дальнейшему охлаждению.

Криогенский ледниковый период закончился примерно 635 млн. лет назад, причём очень внезапно. За то время, пока Земля была скована многометровым слоем льда, в её атмосфере, благодаря вулканическим взрывам, постепенно росло количество углекислого газа, ведь механизм его удаления уже не работал.

Таяние льдов, в результате которого в воду попали многие биогены, а также практически полное исчезновение металлического железа из мантии, способствовали быстрому росту парциального давления кислорода: во-первых — произошёл взрывной рост популяций цианобионтов, а во-вторых — перестал действовать механизм связывания атмосферного кислорода железом. Наступил всплеск биоразнообразия, на основании чего ранее выделялся даже особый период протерозойской эры — венд.

Остатки животных в отложениях протерозоя очень редки, но нет сомнения в том, что основы животного мира были заложены одновременно с возникновением мира бактерий и фотосинтезирующих растений. Животные представлены в протерозое мелкими формами, не получившими массового развития и не принимавшими участия в породообразовании.

Таким образом, протерозойская эра истории нашей планеты была в основном временем исключительного господства бактерий и водорослей в водных средах. За этот этап времени, длившийся, по данным абсолютной геохронологии, около 1200 млн. лет, упомянутые группы организмов выполнили огромную геологическую работу по образованию ряда типов осадочных пород и руд, а также по переработке вещественного состава самой биосферы и атмосферы Земли. Протерозойская эра на самом деле послужила основой для формирования всего того, что мы имеем сейчас в окружающей нас действительности.

Литература:

1. https://obrazovaka.ru/istoriya/arheyskaya-era-periody.html
2. https://yandex.ru/turbo/sitekid.ru/s/planeta_zemlya/arhejskaya_era_425_mlrd_let_nazad.html
3. https://animals-world.ru/delenie-istorii-zemli-na-ery-i-periody/
4. https://nsportal.ru/shkola/biologiya/library/2020/03/26/arheyskaya-i-proterozoyskaya-ery
5. https://www.sites.google.com/a/tl-2.ru/bionicka2/8-klass-1/razvitie-zizni-na-zemle-v-arhejskuu-i-proterozojskuu-eru
6. https://sprint-olympic.ru/uroki/istorija/52817-arheiskaia-era-periody-osobennosti-klimat-kratko.html
7. https://yandex.ru/turbo/sitekid.ru/s/planeta_zemlya/proterozojskaya_era_25_mlrd__540_mln_let_nazad.html
8. https://yandex.ru/turbo/xn--e1adcaacuhnujm.xn--p1ai/s/proterozojskaya-era.html