Загадки космоса. Планеты и экзопланеты - Андрей Мурачёв

Сейчас многие ученые считают, что основную часть воды на Землю принесли метеориты, которые бомбардировали поверхность нашей планеты в самом начале ее эволюции и во времена поздней тяжелой бомбардировки. Анализ изотопного состава метеоритов из Главного пояса астероидов показал схожие с земными значения отношения D/H. Также, согласно моделям, почти равное земному отношение D/H имеют кометы, чьи орбиты лежат в области пояса астероидов[77].

* * *

Итак, давайте вернемся к тому, с чего мы начали: в каких условиях на Земле зарождалась жизнь?

На сегодняшний день мы достаточно неплохо представляем, как проходил процесс эволюции Земли и ее биосферы. Один из самых интересных выводов, которые можно сделать, состоит в том, что не только температура Солнца, метеориты, скорость остывания Земли и подобные геофизические условия оказывали воздействие на биосферу, но и органический мир преобразовывал планету, влиял на ее геологическую историю. Более того, именно из-за этого влияния у нас есть шанс найти обитаемые миры с помощью телескопов.

Геологи делят историю нашей планеты на четыре больших эона – отрезка геологической истории: катархей (или гаден), самый древний, архей, протерозой и, наконец, фанерозой, в котором мы с вами и живем. Чем дальше в прошлое мы хотим заглянуть, тем меньшим количеством материала, сохранившего свидетельства эпохи, мы располагаем, тем более схематичными оказываются описания вех нашей истории. С самым первым эоном, длившимся первые 500 миллионов лет истории Земли, ситуация самая сложная. По-видимому, никаких горных образований, оставшихся с тех времен, не сохранилось вообще – все разрушилось в горниле катастрофических событий, сопровождавших формирование нашей планеты.

Непрерывные соударения Земли с метеоритами и процессы, сопровождавшие выделение ядра из магмы, почти полностью расплавили ее поверхность. Возникли настоящие океаны из лавы, просуществовавшие около 100 первых миллионов лет. Следы этих океанов в виде переплавленных пород мы находим как на Земле115, так и на Луне116.

Затем все еще горячая и покрытая сетью разломов и вулканов молодая планета подверглась новому испытанию. Большинство ученых сходится на том, что около 4,1 миллиарда лет назад началась поздняя тяжелая бомбардировка117: на Земле ее следы были уничтожены эрозией, но на Луне они есть (на ее возвышенностях, по возрасту соответствующих земному катархею, плотность метеоритных кратеров гораздо больше, чем на более молодых). Каждый метеоритный удар поднимал температуру поверхности Земли на сотни градусов, испарял уже образовавшиеся водоемы и уничтожал любую успевшую закрепиться на планете жизнь. Это привычная точка зрения на раннюю историю Земли, сформированная в XX веке. Однако открытия, сделанные уже в новом столетии, заставляют ее пересмотреть. Я хочу рассказать всего о трех открытиях, которые способны перевернуть все наши представления о времени возникновения древней жизни.

Для начала перенесемся в Австралию. Сегодня ученым не известны никакие горные породы достоверно старше 4 миллиардов лет. Сохранились лишь крупицы катархейских минералов (размером намного меньше 1 мм), которые не были уничтожены. Есть несколько мест, где такие минералы можно найти. Один из них – горный хребет Джек Хиллс в Австралии. В его осадочных породах в 2001 году группа профессора Джона Вэлли обнаружила древнейшие катархейские кристаллы циркона, невероятно прочные и долговечные, возрастом 4,374 миллиарда лет. Их возраст совсем немного уступает возрасту самых старых из известных метеоритов (4,565 миллиарда лет)118, по которым определяется возраст всей Солнечной системы и Земли в частности. Когда образовались эти кристаллы циркона, Земле было всего 160 миллионов лет! Однако ценность этих кристаллов заключается даже не столько в их возрасте, сколько в той информации о ранней Земле, которую удалось получить благодаря им.

Изотопный анализ кристаллов циркона из Джек Хиллс показал, что климатические условия на Земле 4,4 миллиарда лет назад были сходными с условиями в период 3,8–2,6 миллиарда лет назад119, то есть с условиями той эпохи, когда на Земле уже плескались океаны жидкой воды, полные микроорганизмов. Это означает, что 4,4 миллиарда лет назад у Земли уже была твердая и относительно холодная кора, на которой могли находиться водоемы с жидкой водой.

Чтобы увидеть второе свидетельство древней жизни, необходимо отправиться в Канаду, но для начала заглянуть на дно Тихого океана, в район Галапагосских островов, где в 1970-х годах впервые были обнаружены «черные курильщики». Потом их будет открыто множество: вдоль краев тектонических плит, подводных гор и срединно-океанических хребтов. «Черными курильщиками» называют источники нагретой магмой до 350–400 °C воды, поднимающиеся из трещин земной коры, черные из-за сульфидов металлов. В отсутствии любого другого источника энергии «черные курильщики» становятся просто оазисами для жизни. Глубоководные, невосприимчивые к таким высоким температурам бактерии преобразуют растворенные в воде минералы, поступающие из недр, в пищу и, размножаясь, привлекают мелких животных, которые ими питаются, а те, в свою очередь, становятся пищей для более крупных глубоководных существ. На заре времен «черные курильщики» тоже дымили на дне океанов.

Из обнаруженных на сегодня неразрушенных скал наиболее древними считаются породы в поясе Нуввуагиттук в Канаде возрастом около 4 миллиардов лет120. Здесь были найдены трубкообразные отложения и нити, по структуре и минеральному составу сильно напоминающие те, что образуют микроорганизмы, живущие возле выходов геотермальных вод на дне океанов сегодня21. Если найдутся неоспоримые доказательства того, что эти структуры пояса Нуввуагиттук действительно были образованы древними микроорганизмами, то они станут древнейшими свидетельствами наличия жизни на Земле. Более того, эти структуры укажут, где эта жизнь возникла и где она может возникнуть на других планетах.

Кстати, в 2015 году было выполнено изотопное исследование графитовых включений возрастом 4,1 миллиарда лет в более молодых кристаллах циркона из Джек Хиллс. Оказалось, что с большой долей вероятности они имеют биогенное происхождение122, что также указывает на наличие биосферы уже в те далекие времена.

За третьим неоспоримым свидетельством древней жизни вернемся в Австралию, но теперь на запад континента, где на окаменевшем дне мелководных бассейнов в формации Стрелли-Пул были найдены маленькие, около 10 мкм в диаметре, полые органические сферы. Возраст формации, где обнаружены находки, составляет около 3,4 миллиарда лет. Эти сферы являются остатками крупных микроорганизмов, имевших защитную оболочку123. И хотя сложности эукариотических клеток они не достигли, столь любопытная биологическая структура, очевидно, не могла возникнуть спонтанно – ей предшествовал долгий эволюционный путь. Когда он начался, никто не знает.

Три описанных выше свидетельства древней жизни фиксируют временные рамки ее происхождения. Благодаря исследованиям кристаллов циркона стало известно, что океаны жидкой воды существовали на Земле как минимум с середины катархея. Видимо, во время поздней тяжелой бомбардировки падения крупных метеоритов, способных вскипятить океаны, перемежались продолжительными периодами относительного спокойствия. Эти периоды позволили существовать океанам воды и дали возможность развиваться в них жизни.