Всплески горообразования могли быть причиной появления на Земле сложной жизни

Фото из открытых источников

В истории Земли было два особенно значимых периода активного горообразования, и, что примечательно, каждый из них совпадал с резким ростом биологического разнообразия.

Некоторые исследователи полагают, что это не случайность: возможно, именно эти мощные тектонические процессы позволили жизни пройти путь от одноклеточных организмов до невероятно сложных форм — вплоть до человека.

Хотя ученые приложили огромные усилия, пытаясь выяснить, как зародилась жизнь, некоторые эксперты считают, что это вовсе не главный вопрос.

Учитывая, как быстро появились первые клетки после того, как Земля остыла настолько, что на ней стало возможно существование жизни, можно предположить, что это событие было не таким уж маловероятным — а значит, оно вполне может быть распространенным явлением во Вселенной.

С другой стороны, потребовалось около трех миллиардов лет, прежде чем эти примитивные одноклеточные организмы начали превращаться в многоклеточные формы жизни — по крайней мере, в нечто более развитое, чем колонии строматолитов.

Возможно, самым сложным этапом на пути к нашему появлению было не возникновение жизни как таковой, а обретение ею сложности. Если это так, то, по мнению Маттейса Смита из Университета Британской Колумбии, разгадка может крыться глубоко у нас под ногами. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Science Advances.

Чем выше поднимаются горы, тем быстрее идет процесс их эрозии, в результате чего в океаны попадает мощный поток питательных веществ. Однако возникает вопрос: почему горообразование на протяжении всей истории Земли происходило неравномерно?

«Процессы, происходившие в недрах Земли, со временем привели к появлению гораздо более высоких гор. Возможно, именно это сделало нашу планету пригодной для жизни, обеспечив поступление питательных веществ, необходимых для её возникновения и процветания», — отметил Смит. «Такие питательные вещества, как фосфор, — важнейшие компоненты для жизни на нашей планете. Однако три миллиарда лет назад эти элементы были «заперты» в земной коре, а в океанах наблюдался их острый дефицит. Всё изменилось, когда начали формироваться высокие горы». 

Хотя горы разрушаются довольно быстро — из-за чего их нынешняя высота мало что говорит о прошлом, — метаморфические породы позволяют восстановить условия, в которых они сформировались.

В частности, по ним можно определить, какой высоты должны были быть горы над этими породами, чтобы создать давление, необходимое для образования определенных минералов.

Некоторые горы возникают над мантийными плюмами (как, например, вулкан Мауна-Кеа на Гавайях), но большинство из них появилось в результате столкновения тектонических плит — как Гималаи — или наползания одной плиты на другую — как Анды и Скалистые горы.

Тектоника плит существует уже очень давно (хотя вопрос о том, как именно долго, остается предметом дискуссий), однако Смит и его коллеги утверждают, что на ранних этапах истории нашей планеты горы, возникавшие в результате этих процессов, были, по сути, лишь холмами.

Древние горные пояса располагались на участках земной коры, толщина которых, по оценкам авторов, составляла около 30 км.

Примерно 2,2 миллиарда лет назад горообразовательные процессы стали более масштабными: самые высокие хребты того времени были лишь немного ниже современных Альп. Толщина земной коры в отдельных местах достигала 60 км.

А около 700 миллионов лет назад горы начали достигать своих нынешних высот.

С тех пор поднялось и разрушилось несколько горных систем, сопоставимых с Гималаями — явление, которое прежде было невозможно. В определенных регионах толщина земной коры могла превышать 80 км — как это наблюдается сегодня под Гималаями.

Авторы предполагают, что оба периода усиленного роста гор совпадают с важными вехами в истории Земли.

«Первый этап активного роста, возможно, впервые привел к появлению обширных участков суши, а второй — поднял горные хребты на колоссальную высоту», — отмечает Доуве ван Хинсберген из Утрехтского университета. «Учитывая столь значительные последствия, можно предположить, что горы сыграли гораздо более важную роль в превращении Земли в обитаемую планету, чем считалось ранее». Река, образовавшаяся в результате таяния ледника; вода в ней мутная из-за большого количества осадочных пород.

Примечательно, что каждый этап увеличения толщины земной коры примерно совпадает по времени с «великим кислородным событием» — периодом, когда химический состав атмосферы и океанов существенно изменился, что способствовало эволюции организмов, потребляющих кислород.

«Чем больше питательных веществ попадает в океан, тем больше там образуется биомассы и тем выше уровень биоразнообразия; таким образом, эти процессы тесно взаимосвязаны», - отмечает Смит. «Мы полагаем, что эти изменения в конечном счете связаны с охлаждением нашей планеты». В результате процесс горообразования изменился, что позволило горам становиться выше».

Под охлаждением, о котором говорит Смит, подразумевается не снижение температуры атмосферы, а остывание мантии, которая постепенно теряет тепло по мере того, как в ядре планеты ослабевают радиоактивные процессы.

Даже незначительное понижение температуры делает мантию более жесткой, благодаря чему она способна поддерживать более толстый слой земной коры. При этом, хотя потеря тепла происходила, по-видимому, относительно равномерно, последствия этого процесса проявлялись скачкообразно.

«Вероятно, это не совпадение, что жизнь на Земле развивалась и становилась более разнообразной примерно в те же периоды, когда происходили два основных этапа роста гор», — говорит Эллен Койман из Шведского музея естественной истории. «Удивительно осознавать, что когда-то горных поясов вовсе не существовало, а их формирование на протяжении последних трех миллиардов лет могло стать движущей силой тех экологических и биологических изменений, которые сформировали облик нашей планеты».