Эры и периоды Земли
Палеозойская Эра
Примерно 541 миллион лет назад произошли кардинальные изменения на планете, возвестившие о начале Палеозоя, что дословно переводится как “древняя жизнь”. Вследствие таяния ледников позднего протерозоя и преобразований на дне океана, уровень морей поднялся, затопив прибрежные территории древних континентов. Климат стал теплее, хоть и незначительно, чем сегодня.
Содержание кислорода в атмосфере увеличилось, достигнув, возможно, половины от нынешнего. Эти перемены создали предпосылки для стремительного эволюционного рывка, известного как Кембрийский взрыв.
Кембрийский период
Кембрийский период охватывает приблизительно 541-485 миллионов лет назад. В более старых геологических слоях окаменелости редки, но в кембрии они вдруг становятся довольно многочисленными. Ранее считалось, что до этого периода жизни не существовало вовсе, либо существовали лишь одноклеточные организмы. Несмотря на находки окаменелостей из более ранних эпох, внезапное появление множества новых жизненных форм в кембрии требует объяснения.
Одним из факторов является развитие у животных способности формировать твердые части тела, такие как экзоскелеты и панцири. Эти структуры лучше сохраняются, чем мягкие ткани, что может объяснить их относительно высокую представленность в палеонтологической летописи.
Однако, вероятно, фактическое разнообразие животных и количество видов резко возросло. Многие ученые полагают, что именно в это время сформировались почти все крупные таксономические группы, именуемые типами, в царстве животных.
Например, предки современных членистоногих (ракообразные, паукообразные, насекомые), моллюсков (улитки, двустворчатые, головоногие), губок и иглокожих (морские звезды, морские ежи) встречаются в кембрийских отложениях. Все эти организмы населяли моря. Появились и первые бесчелюстные рыбы. Свидетельств существования жизни на суше в то время мало, и любые сухопутные обитатели, если они были, вероятно, были одноклеточными, наподобие бактерий.
Трилобиты
Многие из кембрийских животных были родственниками современных, но некоторые выглядели бы совершенно незнакомыми сегодня. Очень распространенным обитателем морей был трилобит – раннее членистоногое. Существовали тысячи видов этих сегментированных животных, по форме напоминавших грудную клетку.
Размеры варьировались от размеров монеты до 46 сантиметров в длину. Многие трилобиты, вероятно, питались водорослями или другими мелкими организмами, хотя некоторые, возможно, охотились на более крупную добычу. Трилобиты появились в самом начале кембрийского периода и просуществовали почти 300 миллионов лет, охватив почти всю палеозойскую эру.
Аномалокарисы
У трилобитов, судя по всему, был как минимум один грозный противник – аномалокарис, чье имя означает “странная креветка”. Эти животные, вероятно, были хищниками, с двумя изогнутыми, колючими придатками спереди, похожими на рот образованиями на нижней стороне и большими глазами. Они вырастали до 60 сантиметров в длину. Некоторые окаменелости трилобитов были обнаружены со следами укусов, предположительно оставленными аномалокарисом.
Остальные периоды палеозойской эры включают Ордовикский (485-443 млн лет назад), Силурийский (443-419 млн лет назад), Девонский (419-359 млн лет назад), Каменноугольный (359-299 млн лет назад) и Пермский (299-252 млн лет назад). На протяжении этого времени Земля и жизнь на ней претерпели значительные изменения. Эти периоды характеризуются изменениями в составе донных отложений и в ископаемой летописи, отражающими изменения в окружающей среде и массовые вымирания видов.
Родиния распалась, и континенты разошлись на максимальное расстояние приблизительно 470-450 миллионов лет назад, в Ордовикский период. Затем погружение морского дна под края плит, несущих континенты, ускорялось по мере их разворота и сближения.
Ордовикский период
В Ордовикском периоде континенты были в основном разделены. Значительная часть суши располагалась в Южном полушарии, сконцентрированная в составе крупного континента Гондвана. Большую часть периода уровень моря был высоким, а температура теплой. Многие из морских организмов, появившихся в кембрии, стали более разнообразными.
Членистоногие, а также примитивная растительность и грибы начали колонизировать сушу. Однако к концу ордовика большая часть Гондваны оказалась вблизи южного полюса. Началось оледенение, уровень моря понизился, и мир стал холоднее. Это привело к вымиранию многих видов животных.
Силурийский период
В Силурийском периоде континенты вновь начали сближаться. Большая часть позднегордовикского льда растаяла, и климат стал относительно теплым. Были широко распространены крупные коралловые рифы. Бесчелюстных рыб стало много, а в конце этого периода появились некоторые рыбы с челюстями. Сосудистые растения – растения с системой транспортировки воды и питательных веществ – произрастали на суше, хотя у них не было четко выраженных стеблей и листьев. Черви, многоножки и пауки дополнили растущие биологические сообщества на суше.
Девонский период
В Девонском периоде сближение континентов продолжалось. Растительность распространилась на суше, и уровень углекислого газа в атмосфере, вероятно, упал из-за усиления фотосинтеза. В конце этого периода в южной Гондване появились ледники.
Девонский период иногда называют “веком рыб”, потому что появилось много новых видов, в том числе акулы. Ближе к концу этого времени на суше впервые появились четвероногие животные, вероятно, произошедшие от рыб. Они были похожи на земноводных и, как полагают, являются предками современных земноводных, рептилий, птиц и других животных.
Каменноугольный период
Каменноугольный период получил свое название из-за обилия углеродсодержащей растительности в лесах и болотах, процветавших в некоторых частях света. Эти леса и болота впоследствии породили торфяники, когда растения умирали; за миллионы лет торфяные отложения превратились в уголь.
Обильная растительность этого периода высвобождала огромное количество кислорода, который, возможно, составлял до 35% атмосферы. (Содержание кислорода сегодня составляет примерно 21% атмосферы). Некоторые ученые предполагают, что высокие уровни кислорода могли поддерживать особенно интенсивные лесные пожары. Ученые также предположили, что высокий уровень кислорода способствовал необычному росту некоторых насекомых.
У насекомых нет легких, но они поглощают кислород через свои экзоскелеты. Это значительно ограничивает их максимальный размер. Если увеличить рост, длину и ширину насекомого вдвое, то его объем и масса возрастут в восемь раз, и потребуется в восемь раз больше энергии. Однако площадь поверхности, через которую можно поглощать кислород, увеличится только в четыре раза.
Такое крупное насекомое может оказаться неспособным функционировать или даже выжить. Однако при удвоенном содержании кислорода в воздухе у него было бы достаточно энергии для поддержания увеличенного роста. Возможно, именно поэтому некоторые гигантские насекомые, такие как стрекозы с размахом крыльев до 76 сантиметров, хорошо себя чувствовали в тот период.
Болотные леса каменноугольного периода отличались высокими, быстро растущими древовидными растениями, такими как лепидодендрон, или “чешуйчатые деревья". Некоторые из них достигали высоты более 30 метров. Здесь же росли гигантские хвощи и папоротники.
Когда эти древовидные растения умирали и падали, они образовывали плотные маты из бревен, которые медленно гнили, возможно, потому, что соответствующие микробы еще не развились, чтобы быстро перерабатывать мертвую материю. Бревна и другие растительные остатки постепенно погребались и превращались в угольные пласты, из которых сегодня добывается так много топлива.
Некоторые из самых крупных лесных поясов находились на территории современной восточной части Северной Америки и Северо-Западной Европы. В то время эти области, по-видимому, располагались в тропиках. Южная Гондвана достигла южного полюса, и миллионы лет снега образовали там ледяной покров.
Планета в целом была холоднее, чем раньше. Большая разница температур между полюсами и экватором создавала сильные пассаты, которые приносили влагу из океана вглубь суши. Вызванные этим проливные дожди способствовали быстрому росту этих лесов.
Пермский период
Когда началась Пермская эпоха, материки снова соединились, образовав Пангею. Большая часть суши в то время находилась очень далеко от какой-либо воды. Значительная часть Пангеи превратилась в пустыню, и растительная жизнь на суше сократилась. Южная ледяная шапка уменьшилась или исчезла, и климат стал теплее. Обширные каменноугольные леса уменьшились и были в основном заменены папоротниками и ранними хвойными деревьями.
Широколиственные деревья, называемые глоссоптерисами, стали обычным явлением на юге. Падение уровня моря обнажило отложения, содержащие такие элементы, как железо, которое затем могло забирать кислород из атмосферы.
Среди наземных животных были ранние рептилии, а также существа, демонстрирующие признаки и рептилий, и млекопитающих. К последним относились любопытный диметродон, у которого из спины выступало похожее на парус перепончатое образование, и хищники, известные как горгонопсиды. Горгонопсиды входили в группу терапсидов, от которой, вероятно, произошли млекопитающие.
Массовое вымирание
Границы геологических периодов и эпох обычно определяются резкими изменениями в толщах или слоях осадочных пород. Одно из заметных различий - окаменелости, преобладающие в разных слоях. Периоды геологической шкалы времени обычно разделяются событиями вымирания, а основные эпохи — массовыми вымираниями.
Палеозойская («древняя жизнь») и мезозойская («средняя жизнь») эры разделены самым драматическим событием. Это событие, которое также отделяет Пермский период от Триасового периода, известно как пермско-триасовое вымирание. Примерно 95% всех морских видов и 70% всех наземных видов вымерли в это время. Даже те виды, которые выжили, вероятно, претерпели значительное сокращение популяции.
Пермско-триасовое вымирание, часто называемое "Великим вымиранием", произошло около 252 миллионов лет назад. Фактически, в средней и поздней Перми произошла серия вымираний. Окончательное вымирание произошло менее чем за миллион лет, а возможно, и за несколько тысяч.
Причина пермско-триасовых вымираний достоверно не известна, но выдвигалось много идей. Современные объяснения сосредотачиваются на факторах, которые могли нарушить круговорот питательных веществ и дестабилизировать экосистемы.
Например, огромное количество вулканической активности имело место примерно во время вымирания на территории современной Сибири и продолжалось около миллиона лет. В общей сложности, обширные извержения выбросили до 3 миллионов кубических километров лавы, которая затвердела в достаточное количество базальта, чтобы покрыть площадь, примерно равную Соединенным Штатам.
Вулканическая активность такого масштаба имела бы несколько серьезных последствий. Большие облака вулканического пепла ограничили бы количество солнечного света, доступного для фотосинтеза. Снижение фотосинтеза привело бы к повышению уровня углекислого газа в атмосфере.
Дополнительный углекислый газ, а также метан и другие газы могли быть выброшены в атмосферу в результате выброса вулканических газов. Такие высокие уровни этих газов могли вызвать интенсивный парниковый эффект, который, в свою очередь, нагрел бы не только атмосферу Земли, но и моря. Высокие уровни парниковых газов также увеличивают производство кислотных дождей, что, в свою очередь, повысит кислотность океанских вод.
Снижение фотосинтеза привело бы к снижению уровня кислорода в окружающей среде. Отложения Пермского периода свидетельствуют о низком содержании кислорода в океане того времени. Совокупное воздействие более теплой температуры воды, повышенной кислотности океана, высоких концентраций углекислого газа и низкого уровня кислорода значительно изменило бы Пермскую среду, что сделало невозможным выживание большинства морских беспозвоночных, а также многих других видов.
На протяжении многих лет было предложено ряд других причин пермско-триасовых вымираний. Некоторые эксперты предположили, что сборка Пангеи, возможно, сократила количество мелководных морей, которые были необходимы для поддержания многих морских сообществ. Другие ученые предположили, что в это время на Землю упала крупная комета или астероид, вызвав экологическую катастрофу. Однако эта идея продолжает вызывать серьезные споры.
Мезозойская эра
Мезозойская эра («средняя жизнь») длилась от 252 до 66 миллионов лет назад. Она разделена на три периода: Триасовый (от 252 млн. до 201 млн. лет назад), Юрский (от 201 млн. до 145 млн. лет назад) и Меловой (от 145 до 66 млн. лет назад).
Эта эпоха знакома большинству людей больше, чем Палеозой, потому что Мезозой был эпохой динозавров. Каждый из периодов завершился некоторыми вымираниями, но самое драматическое событие произошло в конце мелового периода. Хотя оно и не было таким обширным, как пермско-триасовое событие, тем не менее, оно положило конец динозаврам и проложило путь к появлению млекопитающих.
Триасовый период
Ранний Триас ознаменовался сохранением Пангеи и медленным восстановлением после предыдущих вымираний. Мир быстро заселялся большим количеством особей относительно небольшого числа видов, так что биологическое разнообразие было незначительным.
Поскольку Пангея располагалась на экваторе, большая часть континента была жаркой и сухой. Районы, расположенные дальше от экватора, вероятно, имели довольно суровые сезоны, с жарким летом и довольно холодной зимой, наряду с большими сезонными различиями в количестве осадков. В конце триаса Пангея начала распадаться.
Северная и южная части Пангеи имели различные виды растений и животных. На юге леса семенных папоротников, таких как Дикроидиум, заменили Глоссоптерис, который доминировал в пермском периоде. На севере были распространены саговники (нечто среднее между папоротником и пальмой), гинкго и примитивные вечнозеленые хвойные деревья.
Терапевты доминировали в животном мире на юге, в то время как примитивные рептилии, известные как архозавры, преобладали на севере. В море обитало множество рыб, а также недавно развившихся водных рептилий, таких как ихтиозавры. На суше ранние динозавры стали обычными в позднем триасе, по-видимому, развившись из архозавров. Маленькие землеройные животные, которые были первыми млекопитающими, также появились в конце этого периода.
Юрский период
Юрский период стал продолжением распада суперконтинента Пангеи. Образовавшиеся между разошедшимися континентами разломы заполнились мелководными морями, и поднявшийся уровень океана затопил прибрежные области материков. В этих морях развивались коралловые рифы. Климат был теплым, даже жарче, чем современный. В районах, где начиналось отделение Австралии и Антарктиды, произрастали леса, со временем превратившиеся в месторождения угля.
Динозавры в юрский период достигли пика разнообразия. Некоторые виды достигли колоссальных размеров, так, зауроподы, такие как Брахиозавр, достигали 12 метров в высоту и весили до 80 тонн. Этих гигантов-травоядных выслеживали хищные тероподы, например, аллозавры.
Некоторые травоядные, включая стегозавра, развили защитные приспособления: бронированные пластины и острые шипы. Летающие рептилии без перьев – птерозавры – были обычным явлением. Археоптерикс – древнейшее известное существо, которое принято считать предком птиц, появилось в конце юрского периода. Млекопитающие существовали, но оставались небольшими.
Меловой период
В меловом периоде Атлантический океан расширялся. Южный континент Гондвана полностью распался, а экваториальное море Тетис начало сокращаться по мере того, как Африка перемещалась на север к Европе. Индия двигалась на север, в Азию. Климат был теплым, вероятно, как из-за распределения материков, так и, возможно, из-за высокого содержания углекислого газа, высвобождаемого вулканической активностью. В Арктике и Антарктике вместо льдов простирались леса.
В мелководных морях формировались мощные отложения мела – останки бесчисленного количества морских существ, имеющих раковины. Большинство глубин океана было практически безжизненным, так как плохая циркуляция лишала глубины кислорода. Развивались крупные рифовые системы, но они строились преимущественно крупными моллюсками - рудистами, а не кораллами. В морях обитали крупные рептилии, например, плезиозавры.
Летающие рептилии, такие как птеродактили, встречались часто, однако их численность сокращалась, в то время как гигантские Птеранодоны и Кетцалькоатли просуществовали до конца периода. Примитивные птицы продолжали развиваться от динозавров-теропод. Динозавры в целом становились все более разнообразными в меловой период. Важными тероподами этого периода были ужасающий Тираннозавр Рекс, велоцираптор и овираптор. Два самых известных травоядных динозавра мелового периода – бронированный анкилозавр и крупный рогатый трицератопс.
В меловой период произошли значительные перемены в эволюции растений: появились покрытосеменные, или цветковые растения. Ландшафт, до этого скорее всего зеленый, вероятно, стал приобретать разные оттенки, когда эти растения начали развивать привлекательные цветы для привлечения насекомых, переносящих пыльцу. В ответ на это сами насекомые быстро диверсифицировались, приобретая новые формы.
В меловых отложениях можно найти довольно современных рептилий, таких как крокодилы и черепахи. Тем не менее, динозавры все еще доминировали, а млекопитающие оставались маленькими; многие млекопитающие того периода проводили большую часть времени под землей.
Конец эры динозавров
Меловой период завершился достаточно скоропостижно, приблизительно 66 миллионов лет назад, когда случилось масштабное вымирание, приведшее к исчезновению динозавров. Рифы рудистов также перестали существовать в мелководных морях. Хотя это вымирание уступает по масштабам пермско-триасовому, оно считается одним из наиболее драматичных в истории планеты: около 80% всех биологических видов прекратили свое существование.
Аналогично тому, что наблюдалось в конце пермского периода, причины вымирания в меловом периоде активно обсуждаются. В тот период на территории современной Индии произошла массивная вулканическая активность, образовавшая Деканские траппы (лавовые пласты).
Некоторые ученые утверждают, что эта деятельность обусловила выброс в атмосферу значительного объема углекислого газа и иных газов, что повлекло за собой сильнейший парниковый эффект, с последующим изменением климата и кислотными дождями, сходными с теми, что имели место в конце пермского периода. Другие ученые выдвигают предположение о перестройке суши, связанной с дрейфом континентов, которая могла привести к климатическим изменениям и уничтожению мест обитания.
Впрочем, наиболее распространенной гипотезой, объясняющей причины вымирания в меловом периоде, является теория астероида, предложенная геологом Уолтером Альваресом и его отцом Луисом Альваресом. В 1980-х годах Уолтер Альварес обнаружил избыточную концентрацию элемента иридия в осадочном слое, сформировавшемся на границе мелового и третичного периодов, известной как граница К-Т.
Приблизительно в 1980 году они с Луисом Альваресом выдвинули объяснение. Они заявили, что, так как иридий часто встречается в метеоритах, данный слой можно интерпретировать как обломки от падения крупного объекта, возможно, достигавшего 10 километров в поперечнике. Опустошение, вызванное таким столкновением, вполне могло привести к массовым вымираниям.
Термин "третичный период" отсутствует в современной геологической временной шкале, где палеоген следует за меловым периодом. Однако термин "третичный период" по-прежнему используется учеными, когда речь заходит о границе в ископаемой летописи и о массовых вымираниях, которые произошли в конце мелового периода.
К середине 1990-х годов иные исследователи собрали убедительные данные о том, что мощное столкновение произошло примерно 65 миллионов лет назад в мелководных морях в районе, где сегодня находится северное побережье мексиканского полуострова Юкатан.
Изучение гравитационных и магнитных полей в этом районе выявило огромную круговую структуру, известную ныне как кратер Чиксулуб, диаметром около 160 километров. Образцы керна, взятые нефтяной компанией много лет назад, показали наличие необычной, стекловидной породы на глубине около 1300 метров.
Кроме того, на многочисленных участках в Карибском бассейне и Северной Америке были обнаружены породы, называемые брекчиями и тектитами. Брекчии представляли собой смесь фрагментов различных видов горных пород, сплавленных вместе под воздействием тепла.
Считается, что тектиты – это материал, выброшенный с места столкновения, который расплавился, а затем затвердел. Данные образцы были датированы радиоактивным методом, указывая на образование в момент предполагаемого столкновения.
Экологические последствия подобного события должны были быть крайне серьезными. Энергия удара оценивается примерно в 100 миллионов мегатонн, что эквивалентно 2 миллионам самых мощных ядерных бомб, когда-либо взорванных. Огромные цунами, землетрясения и высокая температура имели бы почти мгновенные последствия. В течение получаса вещество, выброшенное с места удара, должно было вернуться в атмосферу в большей части земного шара. Ударный нагрев воздуха вызвал бы масштабные лесные пожары.
Более долговременные последствия включали бы практически полное прекращение поступления солнечного света на землю в значительной части земного шара, продолжающееся в течение нескольких месяцев. Химические вещества, образовавшиеся в результате этого события, могли отравить воздух и океаны. Углекислый газ, выделяющийся при испарении донных отложений, мог спровоцировать мощный парниковый эффект, длившийся сотни лет.
Несмотря на наличие свидетельств, подтверждающих теорию астероида, споры относительно основных причин вымирания мелового периода все еще продолжаются. Также остается неясным вопрос о том, почему некоторые виды выжили.
Кайнозойская эра
Кайнозойская эра, или эра "новой жизни", началась примерно 66 миллионов лет назад и продолжается до сих пор. Традиционно ее делили на два неравных периода: третичный и четвертичный. Однако современная классификация выделяет палеоген (66 миллионов - 23 миллиона лет назад), неоген (23 миллиона - 2,59 миллиона лет назад) и четвертичный период (2,59 миллиона лет назад - наши дни).
Эти периоды, в свою очередь, делятся на эпохи, причем текущая эпоха – голоцен (11 800 лет назад – настоящее время). Кайнозой часто называют "эпохой млекопитающих", поскольку именно млекопитающие быстро вытеснили рептилий как доминирующих сухопутных животных.
В кайнозое тектоническое движение плит привело к современному расположению континентов. Индия столкнулась с Азией, что привело к формированию Гималаев. Южная Америка, ранее входившая в Гондвану, соединилась с Северной Америкой – это произошло впервые после распада Пангеи, всего за последние несколько миллионов лет.
Климат в этот период был очень теплым, и средняя глобальная температура достигала пиковых значений от 25 до 30°C, в сравнении с нынешними 15°C. Тропический климат распространялся как минимум до 45 градусов от экватора, и даже в Северном Ледовитом океане температура могла достигать 20°C. После этого началось постепенное похолодание, приведшее к образованию льда в Антарктиде и Гренландии.
Примерно за последний миллион лет климат Земли вступил в новую, драматическую фазу. Суровые ледниковые периоды происходили примерно каждые 100 000 лет. Эти периоды прерывались относительно мягкими интервалами, называемыми межледниковыми периодами, продолжительностью около 20 000 лет.
Ледниковый период
Последний крупный период похолодания достиг своего пика около 18 000 лет назад, когда ледяные щиты толщиной более мили покрывали большую часть Северо-Западной Европы и Северной Америки. Средняя глобальная температура в это время составляла около 5-8°C.
Лед начал быстро таять около 14 000 лет назад, и сейчас мы находимся в голоценовом межледниковье. В настоящее время Земля значительно теплее, чем на протяжении большей части последних 100 000 лет, но все же значительно холоднее, чем в среднем за последние 250 миллионов лет.
В начале кайнозоя млекопитающие и птицы быстро заняли многие экологические ниши, ранее занятые динозаврами и другими рептилиями. Некоторые млекопитающие достигли внушительных размеров. Индрикотерий, питавшийся листьями и напоминавший смесь носорога и жирафа, достигал примерно 4,5 метров в высоту в плече и весил до 15 тонн.
Некоторые наземные млекопитающие постепенно адаптировались к водной среде, эволюционировав в китов и дельфинов. Млекопитающие даже освоили воздух, эволюционировав в летучих мышей.
Гигантские хищные и нелетающие птицы, некоторые до 3 метров в высоту, взяли на себя роль хищников, которую ранее исполняли динозавры. Большинство биологов сейчас считают, что птицы произошли от определенных видов динозавров; таким образом, в некотором смысле динозавры никогда полностью не вымерли, а, скорее, диверсифицировались в огромное количество видов птиц, существующих сегодня.
Растительный мир также претерпел изменения. Цветковые растения стали доминировать на большей части планеты. К ним относятся травы, появившиеся в конце мелового периода, но впоследствии распространившиеся и создавшие совершенно новую экосистему.
Появление людей на Земле
В кайнозое увеличилось разнообразие приматов. Потомки самых ранних приматов развились в просимиев, а затем разделились на обезьян и предков человека. Современные люди появились в последние 300 000 лет, примерно в то же время, когда начался цикл ледниковых и межледниковых периодов. Человеческая цивилизация, включая земледелие и города, развивалась только в голоцене, после того как великие северные ледяные щиты в значительной степени отступили.
Образование и возраст Земли: Первый миллиард лет Земли
Образование и возраст Земли: Появление жизни на Земле
Образование и возраст Земли: Эры и периоды Земли
Земные циклы и Круговорот воды на Земле
Солнечная энергия и Магнитное поле Земли
Что ещё посмотреть: