В 2016 г., после двух десятилетий жарких споров по поводу того, заключены ли в породах Исуа химические призраки древних организмов, еще одна группа геологов, включавшая двух авторов оригинальной статьи об изотопах углерода, опубликовала новое исследование, сообщив об обнаружении образований, вероятно являющихся строматолитами, в обнажении карбонатных (известняковоподобных) пород в формации Исуа, недавно вскрытом в результате таяния ледника
[68]. Их возраст оценивается в 3,7 млрд лет. Освещая это открытие, мировые СМИ вполне ожидаемо подчеркивали его важность для поисков жизни на Марсе, хотя куда более важный его смысл кроется в том, что жизнь на Земле, по всей видимости, зародилась и достигла значительного разнообразия еще в те времена, когда на планете царил ад космических бомбардировок
[69]. И с этого момента эволюция земной атмосферы была тесно переплетена с эволюцией жизни.
Железный век
Стальной магнат (и позже филантроп) Эндрю Карнеги, который в свое время был богаче Билла Гейтса, Сэма Уолтона и Уоррена Баффета, вместе взятых, сколотил состояние, не только эксплуатируя тысячи рабочих на своих сталелитейных заводах, но и, если копнуть глубже, благодаря труду несметного числа древних микробов. Сталь Карнеги, как, впрочем, и практически вся остальная сталь в мире, выплавлялась из пород, относящихся в некотором смысле к исчезнувшему роду. Большинство типов пород, например базальты, извергаемые вулканами срединно-океанических хребтов, или песчаники, состоящие из гранулированных остатков других пород, более или менее вечны в том смысле, что сегодня их образование продолжается на Земле точно так же, как на протяжении прошедших миллиардов лет. В отличие от них, осадочные образования с незамысловатым названием «железистые формации» накапливались лишь в определенный период времени в истории Земли и отражают революцию в химическом составе поверхности планеты, которая произошла лишь однажды, в раннем протерозое, от 2,5 до 1,8 млрд лет назад. В частности, эти самые плотные из пород свидетельствуют о радикальном изменении атмосферы — переходе от поверхностных условий без свободного кислорода (О2) к дивному новому миру, созданному благодаря неустанному труду выделяющих кислород фотосинтетических микроорганизмов, таких как синезеленые водоросли, или цианобактерии (чьи современные потомки являются бичом стоячих водоемов, вызывая цветение воды и неприятный запах). Эта была третья атмосфера Земли.
Полосчатые железистые формации, чаще всего встречающиеся в Австралии, Бразилии, Финляндии и регионе Верхнего озера, — это красивые породы с яркой цветовой палитрой, где тонкие слойки серебристого гематита и черного магнетита чередуются с серым кремнем и красноватой яшмой. Мощность этих формаций может достигать сотен метров. Как правило, они разрабатываются гигантскими открытыми карьерами, такими как огромная рукотворная бездна «Халл Раст» («Большой каньон Севера») в Хиббинге (штат Миннесота), родном городе Боба Дилана. Если не принимать во внимание их металлический состав, эти железистые формации очень сходны с современными известняками по характеристикам осадконакопления, что позволяет предположить, что они откладывались и в мелководной морской обстановке. Однако в современном океане железо находится в таком дефиците, что выступает так называемым лимитирующим питательным веществом — необходимым для жизни элементом, нехватка которого сдерживает биологическую продуктивность. На этом факте даже основана одна из предлагаемых сегодня спорных схем климатического инжиниринга. Идея состоит в том, чтобы распылить в Мировом океане достаточное количество железного порошка, что активизирует процесс размножения и фотосинтеза цианобактерий, которые (если все пойдет согласно плану) будут оседать на дно океана, секвестрируя большое количество углерода и не ввергая в хаос (скрестим пальцы!) всю остальную морскую биосферу. В отличие от сегодняшней морской воды, содержащей лишь следовые количества железа, протерозойские океаны изобиловали железом, о чем свидетельствуют огромные объемы распространения железистых формаций, — представьте себе всю сталь мира, заключенную в автомобилях, самолетах, зданиях, мостах, железных дорогах и т. п.
Именно кислород, этот мятежный газ, впервые выработанный цианобактериями, изменил правила игры в отношении того, что отныне могло и не присутствовать в морской воде. В докислородном режиме железо, извергаемое из глубоководных вулканических жерл, спокойно пребывало в открытом океане в растворенном виде, перемешиваясь без видимого эффекта с натрием, кальцием и другими ионами. Но, как только кислород начал накапливаться на мелководьях, его атомы принялись охотиться за атомами железа, связывать их и тянуть на дно, создавая железистые формации. Кислород очистил океаны от железа, в буквальном смысле превращая его в ржавчину.
Новый мировой порядок
Этот геохимический переворот, называемый геологами Великим кислородным событием, или Кислородной катастрофой, сопровождался радикальным переписыванием атмосферно-гидросферной химической конституции. Присутствие свободного кислорода изменило характер химического взаимодействия между дождевой водой и породами на суше, что отразилось на составе рек, озер и подземных вод. Именно в это время из осадочных отложений исчезли некоторые типы галечников, распространенные в руслах рек архейского эона, в частности галька пирита и богатых ураном минералов, которые стали нестабильными или растворимыми в воде в условиях нового геохимического регламента. И наоборот, на страницах стратиграфической летописи появились новые записи в виде современных оксидных минералов — сульфатов и фосфатов, таких как гипс и апатит. Так зародившаяся жизнь изменила казавшиеся незыблемыми устои древнего минерального царства.
Присутствие свободного кислорода (О2) на поверхности Земли также привело к формированию в стратосфере озонового (O3) слоя, который защитил поверхностную среду от разрушительного действия солнечного ультрафиолетового излучения и значительно расширил границы зоны, доступной для обитания живых организмов. Новые альянсы между кислородом и другими элементами увеличили мобильность ранее дефицитных питательных веществ, таких как азот. Это стимулировало масштабные биологические инновации, в том числе повышение эффективности фотосинтеза, что привело к дальнейшему увеличению производства кислорода. Подобно тому как сегодня прорывные инновационные технологии создают новые рыночные возможности, на Земле были сформированы совершенно новые биогеохимические циклы — глобальные товарные биржи, на которых одноклеточные прокариотические организмы-посредники обеспечивали круговорот огромных объемов углерода, фосфора, азота и серы
[70]. В этих условиях крошечный предприимчивый прокариот (получивший позже название «митохондрия»), научился перерабатывать кислород и осуществил стратегическое симбиотическое слияние с более крупной клеткой, основав надцарство эукариот, которое в конечном итоге «населилось» растениями и животными.
