Архив. 10 микроскопических событий с гигантскими последствиями на Земле

Земля очень старая и очень большая, и за много веков на ней скопилось множество микроскопических деталей, которые не всегда можно было разглядеть. Современные технологии демонстрируют невероятный вид крошечных вещей, которые либо остались со времен серьезных природных и человеческих событий в прошлом, либо продолжают держать планету в узде по сей день.

Это тонкий срез метеорита возрастом четыре с половиной миллиарда лет. Круглые пятна, называемые хондрами (хондрулами), определили название этих метеоритов — хондриты. Сегодня хондриты показывают ученым, как в точности формировалась Земли и остальная часть Солнечной системы.

Хондриты старше, чем пыль, грязь и песок, в буквальном смысле. Они образовались, когда Солнечная система была всего лишь облаком межзвездной пыли, некоторая часть которой сплавилась в хондры. Остальная ее часть начала скапливаться вместе в крупные объекты с большей гравитацией. Этот процесс продолжался, пока в центре облака не зажглась звезда — наше Солнце. То, что осталось от пыли и хондр, стало планетами, лунами, астероидами и кометами.

После этого все планеты и большинство лун стали достаточно большими, чтобы развиваться самостоятельно. Оригинального материала на сегодня не осталось, поэтому хондриты являются важными для изучения.

Астероиды и некоторые другие объекты были слишком малы, чтобы продолжать развиваться, и просто зависли в Солнечной системе на миллиарды лет, иногда разбиваясь и падая на Землю. Теперь ученые знают, что яркие хондры, показанные выше, входят в материал из оригинального межзвездного облака пыли, из которого образовалась наша Солнечная система.

Это размытое и, кажется, расфокусированное изображение — настоящий эквивалент химических формул, которые вы видели в учебниках. Оно сделано с помощью крайне интересного инструмента — «бесконтактного атомно-силового микроскопа» — и демонстрирует атомы углерода и водорода, связанные вместе в три бензольных кольца.

Астробиологи любят шестигранную бензольную структуру, поскольку из нее могут собираться самые разные типы молекул, которые можно встретить в космосе, в том числе и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Из этих и других органических молекул на основе углерода состоит почти половина пылевых и газовых облаков, плавающих между звездами.

Поскольку в основе жизни на Земле лежит углерод, чрезвычайно интересно, не пришел ли он из этих межзвездных органических молекул. Никто не знает наверняка, но ученые NASA сделали потрясающее открытие, изучая ПАУ. Они подвергли пиримидин, материал, напоминающий ПАУ, воздействию суровых условий космоса, воспроизведенных в лаборатории. В результате образовался урацил, цитозин и тимин — три материала, обнаруженных в генетическом материале всех форм жизни на Земле.

Однажды эксперты выяснят, с чего началась жизнь на Земле. Зато мы уже знаем, что с момента возникновения жизнь претерпела ряд массовых вымираний. Возможно, худшее из всех вызвали следующие маленькие создания.

На этом снимке именно то, что вы думаете: куча бактериальных клеток под микроскопом. Эти создания были известны как сине-зеленые водоросли, но сегодня носят название «цианобактерии». Первый удивительный факт об этих клетках: им миллиард лет. Ученые извлекли их из геологических отложений в Австралии возрастом миллиард лет, вместе с 29 другими видами.

Как могут бактерии оставить окаменелости? Цианобактерии больше других бактерий и обладают толстыми клеточными стенками. Они живут в матах, которые составляют слоистые структуры — строматолиты и онколиты. Древние строматолиты, будучи разрезанными на чрезвычайно тонкие пластинки, иногда выявляют окаменевшие цианобактерии — как на этом снимке.

Другой удивительный факт заключается в том, что без этих цианобактерий на снимке и без других, похожих на них, жизни на Земле, какой мы ее знаем, не существовало бы. В своей юности атмосфера Земли напоминала задымленный воздух луны Сатурна Титан. Он был токсичен современной жизни, но некоторые микробы, в том числе и цианобактерии, могли с ним уживаться. Примерно 2,3 миллиарда лет назад цианобактерии развили способность жить за счет солнечного света в процессе фотосинтеза. Одним из побочных эффектов фотосинтеза является кислород, который был смертельным для микробов, предпочитавших смог. Поскольку цианобактерий было чрезвычайно много, так называемая Кислородная катастрофа изменила атмосферу планеты и, вероятно, вызвала массовое вымирание на Земле. Тем не менее она также заложила основу для современных животных и растений.

Было и другое мощное событие — Великое вымирание — после которого практически вся жизнь на Земле исчезла. Одной из причин этого вымирания были…

Так геологи называют тонкий срез скалы, очень тонкий. Если взглянуть на него под микроскопом с использованием поляризованного света, по цвету можно идентифицировать разные минералы.

Это тонкий срез лейкократового габбро. Белая часть картины — минерал плагиоклаза, а синяя — амфибол. Обратите внимание, как минералы слиплись вместе; они увязли в потоке черного материала, который можно представить вяло текущим, подобно гавайской лаве, слева направо на этом снимке.

Когда-то этот материал разливался в стиле гавайской лавы из-под земли на территории, где сейчас находится Сибирь, порядка 250 миллионов лет назад. Затопление сибирских траппов произошло во время пермского периода почти одновременно с крупнейшим массовым вымиранием жизни на Земле. Базальтовое наводнение продлилось один миллион лет. Было много лавы — достаточно, чтобы утопить Сибирь под километровой толщей.

Земной жизни пришлось несладко. Хотя в ходе Великого вымирания проявились и другие факторы, газы и пепел извержения заблокировали солнечный свет, а из лавы вырвались ядовитые газы, отравившие воздух и воду. В ходе этого периода на Земле исчезло 93—97% жизни.

Некоторые считают, что наводнение было вызвано мантийным плюмом; другие думают, что оно связано с тектоникой плит. Сибирская лава молчит, но молчание ее смертоносных кристаллов весьма красноречиво. Земля проходит через циклы жизни и смерти. Некоторые записываются в ее породах, но атмосфера записей не хранит. Или хранит?

Эти крошечные пузыри воздуха не появляются в воде. Они были заморожены во льду сотни тысяч лет назад. Анализ этого воздуха рассказал ученым многое о древнем климате Земли, как он менялся со временем и как может измениться в будущем.

Как воздух попал в лед и как определили его возраст? Кристаллы снега улавливают воздух по мере падения на Землю. Если снег не тает, он превращается в ледник с пузырьками воздуха. Иногда ледники перемещаются по горизонтали, плывут по воде и земле, но по вертикали их расположение не меняется. Таким образом, ученые могут определить возраст различных горизонтальных ледовых слоев без углеродного датирования — молодые слои всегда сверху. Собственно, так и определили, что пузыри воздуха, обнаруженные в кернах льда Антарктиды и Гренландии, содержат частички атмосферы возрастом 420 000 лет.

Изменения в количестве диоксида углерода в воздухе определенно влияют на климат. Сегодня это считается большой проблемой, но, к счастью, крошечные морские создания помогают нам с ней справиться.

Это не спутниковый снимок леса с дорогой вокруг него. Это микроскопический вид Alteromonas, недавно обнаруженных бактерий, которые играют большую роль в удержании углекислого газа (CO2) под контролем.

Углерод существует повсюду на Земле. Он присутствует в воздухе в определенной концентрации, которую помогают контролировать земные океаны. Морская вода поглощает и высвобождает атмосферный углекислый газ. Планктон питается углем, который поглощается. Когда они умирают, их тела опускаются на дно океана, где ими питаются бактерии. Затем бактерии высвобождают углекислый газ, который в конечном итоге возвращается в атмосферу Земли.

По крайней мере ученые думают, что так происходит. Большая часть процесса происходит глубоко под океаном, куда ученые добраться не могут. Когда-то считалось, что в процессе участвует множество разных бактерий. Однако недавно обнаружили, что одни Alteromonas едят, что называется, за семерых. Это открытие существенно облегчило создание модели круговорота углерода в океане.

Растения помогают сохранять атмосферу пригодной для дыхания. Кусочки сверху — это мгновенно окаменевшие растения во время падения метеорита миллионы лет назад. Ученые понятия не имеют, как органическое вещество смогло выдержать столько тепла. Благодаря этому открытию, мы знаем, что жизнь на Марсе, если она когда-нибудь была, могла сохраниться таким же образом.

Вот что произошло: серия из семи разных космических объектов упала на территории современной Аргентины порядка девяти миллионов лет назад. Земля там была покрыта порошкообразной почвой под названием лесс, которая плавилась и быстро превращалась в стекло. Ученые провели ряд экспериментов, и после ряда неудач обнаружилось, что при температуре порядка 1480 градусов по Цельсию вода в наружных слоях растения поглощает достаточно тепла, чтобы защитить внутреннюю хрупкую структуру. Что-то похожее происходит, когда вы запекаете пищу.

Марс тоже покрыт лессом и обладает множеством кратеров. Уже миллиарды лет на Красной планете нет озер и рек, но когда-то, возможно, были. На Марсе могла быть жизнь, и вполне вероятно, что в случае удачного стечения обстоятельств, при падении метеорита, ее также могло защитить лессовое стекло, как в случае с растениями на Земле.

Этот снимок похож на приближенный вид «Звездной ночи» Ван Гога, но в действительности это еще один геологический тонкий срез вулканической породы. Только в нем много острых углов. Это извержение было жестоким, это вам не вялая гавайская лава.

Крупные куски — это разбитые фрагменты минералов. Они находятся в расплавленной породе, которая текла вокруг. Если присмотреться, можно увидеть темные пустоты в распиленном камне, которые вытягиваются подобно расплавленной карамели.

Это небольшой кусочек суперизвержения Тоба, состоявшегося порядка 75 000 лет назад. Это извержение стало крупнейшим в истории человечества, выбросив 2900 кубокилометров магмы и три триллиона килограммов серы в небо. Минеральные кристаллы расщепились на обломке, когда произошел взрыв. Через несколько секунд они оказались заключенными в горячем загазованном вулканическом пепле. Газ быстро рассеивается, оставляя пробелы в частицах пепла, которые выглядят черными в поляризованном свете. Десятки тысяч лет спустя геологи изучают эти осколки и поражаются жестокости Тоба. Пепел извержения разлетелся над Восточной Африкой на 7000 километров.

На этом снимке все просто. Желтовато-коричневое вещество — это грязь, частицы посветлее — пепел древесного огня, а темно-серое — материал растения, которое было частично сожжено. Что удивительно, это доказательство того, что люди укротили огонь миллион лет назад — намного раньше, чем ожидалось.

Оценки точной даты приручения огня всегда были зыбкими. Трудно сказать, являются ли слои древнего пепла остатками лесного пожара или же появились в процессе приготовления пищи. Несколько лет назад применили продвинутые технологии на пепелище. Пепел взяли из очага в пещере Южной Африки возрастом миллион лет. Он был нетронут и не мог появиться вследствие природных процессов. Неподалеку были найдены каменные орудия труда.

Перед нами пепельные останки растения, которое кто-то, возможно Homo erectus, принес в пещеру миллион лет назад. И он не был вегетарианцем, потому что сожженные кости тоже были обнаружены неподалеку.

Власть над огнем стала краеугольным камнем в нашем превращении в хозяев Земли, которыми мы считаем себя сегодня. Однако действительно ли мы хозяева? Ученые начинают понимать, что самая крупная масса живых организмов на Земле может в действительности скрываться в скалистой коре под океанами. И эти крошечные существа называются…

Простейший способ обозвать эти крошечные зеленые вещи: «Скрученные минеральные стебли, произведенные окисляющими железо бактериями, извлеченные в ходе экспериментов по инкубации минералов из скважин Хуан-де-Фука».

Важное слово здесь — скважины. Ученые пробурили морское дно и обнаружили, что там живут бактерии. Эти крошечные жители камней под названием эндолиты были там и раньше. Они живут в камне и едят его. Ученые давно знали о них, но только недавно начали подозревать, что эндолитов на Земле может быть очень и очень много.

Большая часть Земли покрыта океанической корой. Дно океана состоит из базальтовой лавы, которая извергается в срединно-океанических хребтах, а затем перемещается от хребтов по своего рода конвейерной ленте. Там есть много воды и тепла, необходимых для процветания земной жизни. Кроме того, водная жизнь отлично чувствует себя в срединно-океанических хребтах у гидротермальных источников. Почему бы ей не процветать внутри морского дна?

Теперь представьте, что вся океаническая кора населена живыми существами. Ученые, которые сделали этот снимок зеленых стеблей эндолитов, считают, что в морском дне может быть больше биомассы, чем на суше и в море, вместе взятых.

Источник: hi-news.ru