ПОЧЕМУ ЖИЗНЬ 3 МИЛЛИАРДА ЛЕТ НЕ ВЫХОДИЛА ИЗ ОКЕАНА НА СУШУ? | Блог о природе

закат

Скорее всего потому, что на Земле просто ещё не было суши!

Жизнь в солёном океане появилась 3500 миллионов лет назад. А жизнь на суше (и флора, и фауна) — всего около 500 миллионов назад [1, 2]. Но, что самое интересное и информативное, «почвенная фауна появилась существенно раньше пресноводной»! [3].

Почему жизнь так долго не выходила из океана на сушу? Причины могли быть разные. Можно предположить, что над водой была атмосфера, враждебная жизни. Но чем обусловлено, что не было не только сухопутной жизни, но и пресноводной? Практически все реки и пресноводные озёра (посредством рек) соединены с мировым океаном, в котором жизнь существует уже миллиарды лет. А состав атмосферы влияет на жизнь и в солёной океанической, и в пресной речной воде примерно одинаково. Так что, продвигаясь по 1 сантиметру в год, океаническая жизнь за пол-миллиарда лет вполне могла адаптироваться к пресной воде и освоить все реки от устья до истоков. Поэтому совершенно непонятно, почему на протяжении трёх миллиардов лет жизнь в океане была, но при этом не смогла распространиться из океана во впадающие в него пресноводные реки.

А ответ может быть таким: вся наша планета Земля была покрыта единым океаном, и на Земле просто не было суши, по которой могли бы течь пресноводные реки. Поэтому, из-за отсутствия суши, и не было на Земле ни сухопутной жизни, ни пресноводных водоёмов, в которых могла бы развиваться пресноводная жизнь.

Таково обоснование нашего утверждения об отсутствии суши на Земле, как причины наблюдаемых следствий: из всех возможных причин позднего появления сухопутной жизни наиболее весомая (если она имела место) состоит в том, что появление и развитие сухопутных и пресноводных форм жизни было невозможно до появления суши в некоторый момент. Потому и не обнаруживаются сухопутные и пресноводные формы ранее 500 млн. лет.

Рассмотрим возможность самой гипотетической причины, то есть, отсутствия суши до определённого момента. Приведём известные цифры [4]:

Мировой океан занимает примерно 361 млн. кв. км из 510 млн. кв. километров всей поверхности нашей планеты.

Площадь суши, соответственно, составляет 149 млн. кв. километров.

Средняя глубина океана составляет примерно 3800 метров.

Средняя высота суши около 875 метров.

Какова была бы средняя глубина океана, если бы он покрывал поверхность всей Земли (при неизменном количестве воды в океане и при сравнительно малом количестве воды в виде рек и ледников на суше)? Это легко подсчитать:

Нсреднее = (361*(—3800м) + 149*(+875м))/510 = —2434 м.

Убедительных свидетельств, что объём вод мирового океана мог существенно меняться, нет. Так что видим, что, если рельеф земной коры когда-то был достаточно гладким, не было таких больших перепадов высот, как в настоящее время, то вся Земля вполне могла быть покрыта водой со средней глубиной 2434 м, а суши не было!

Зададимся вопросом: могла ли иметь место такая ситуация с достаточно гладким рельефом земной коры в геологической истории Земли? Чем она могла быть обусловлена? Мы уже видели, что перепад приведённых (к одной плотности) уровней, в конечном итоге — разность высот различных точек земной поверхности — зависит от вязкости мантийных потоков, увлекающих твёрдую кору [5, 6, 7, 8]. Так что при малой вязкости вещества мантийного конвекционного потока, даже при его сравнительно большой скорости, стремление к изостазии обеспечивало бы минимальную разность приведённых уровней поверхности на всей Земле.

Каково бы ни было происхождение нашей планеты, какова бы ни была природа глубинного тепла (хоть остаточное со времён аккреции, хоть из-за разделения веществ земных недр по плотности в поле тяжести, хоть в результате распадов неустойчивых изотопов), в любом случае миллиарды лет назад интенсивность потока тепла из глубин Земли через её кору была намного выше нынешней. Земная кора также была намного тоньше, поскольку толщина коры приблизительно обратно пропорциональна геотермическому градиенту, то есть, потоку глубинного тепла. Соответственно, и вязкость мантийного конвекционного потока на поверхности его сопряжения с более тонкой тогда твёрдой корой была ниже нынешней (поскольку в зоне соприкосновения коры с мантийным потоком давление было меньше, а в соответствии с диаграммой состояния и вязкость была ниже). К тому же, эффективная вязкость мантийного потока, с учётом его более высокой (по сравнению с нынешней) температуры по сечению потока была ещё меньше.

При совершенно жидком веществе недр (при очень малой его вязкости) форма приведённой к одной плотности поверхности Земли должна была бы очень мало отличаться от эквипотенциальной — от формы геоида того времени. То есть, форма поверхности земной коры приблизительно повторяла бы форму поверхности водного океана, но ниже неё на 2 километра. И хотя вопрос: «Была ли когда-либо поверхность Земли раскалённой жидкой?» пока не имеет твёрдого обоснованного ответа, поток глубинного тепла и текучесть вещества недр Земли раньше были определённо намного выше, а потому разности высот приведённых уровней в разных географических точках должны были быть намного меньше нынешних. И только со временем, по мере уменьшения потока глубинного тепла и увеличения вязкости мантии, разности высот приведённого уровня выросли до сегодняшних значений, и будут расти в будущем.

Сила вязкого трения, увлекающая кору, пропорциональна квадрату разностей высот приведённого уровня (разность высот зависит от вязкости, так что вязкость и скорость входят в полученное выражение для силы трения конвекционного потока о кору неявно [6]). Поэтому не только были малы разности высот приведённых уровней, но не было и «торошения» коры (выдавливания из неё гор) из-за меньшего субгоризонтального напряжения сжатия (пропорционального квадрату разностей высот, делённому на толщину коры).

Так что высоты различных точек поверхности коры во времена больших потоков глубинного тепла отличались незначительно. Такое положение дел с малой вязкостью и малыми различиями высот определённо имело место когда тепловой поток был намного больше нынешнего (скажем, в 10 раз), а кора тоньше в 10 раз. То есть, до тех пор, пока величина теплового потока не снизилась до некоторого значения (вместе с увеличением вязкости недр), вся земная кора вполне могла находиться под водой со средней глубиной океана в 2400 метров. Но как долго оставалась вся кора под водой? При какой величине потока глубинного тепла суша появилась над поверхностью океана? Свидетельством того, что это произошло сравнительно недавно, являются наиболее ранние следы жизни на суше и в пресных водах. Эпоха сплошного океана закончилась 500 миллионов лет назад и над водами мирового океана начала возвышаться суша, которую начала осваивать жизнь, породившая сухопутные формы. С тех пор высота гор, в разное время образовывавшихся в разных места коры (где напряжение сжатия, порождаемое трением вязких конвекционных потоков превышало предел прочности коры), постепенно выросла до нынешних размеров.

Наше утверждение о возможности сравнительно недавнего (500 миллионов лет назад) поднятия суши над водами мирового океана сразу же позволяет объяснить некоторые непонятные ранее детали выхода флоры и фауны из воды на сушу. Оно базируется, с одной стороны, на представлении об уменьшении со временем потока глубинного тепла с соответствующим увеличением эффективной вязкости мантийного вещества; с другой стороны, на достаточно надёжно установленном факте, заключающемся в том, что ПРЕСНОВОДНАЯ ЖИЗНЬ (и флора, и фауна) появилась несколько позже, чем СУХОПУТНАЯ [1]. Этот факт объясняется тем, что, когда суша (в результате «торошения» земной коры) уже начала подниматься над солёным океаном, появился плацдарм для сухопутной жизни, а достаточно обширных пресных вод — среды для пресноводной жизни — ещё не было! Потому что для достаточно обширных пресных вод (достаточных для устойчивого существования и развития пресноводной жизни) ещё не было места, не было суши достаточного размера, по которой они могли течь!

Источники

1._ Досье NEWSru.com: Наука и технологии // Флора и фауна // Деревья http://newsru.ru/world/13oct2010/mox.html

2._ © 1995 г. ДМИТРИЕВ В. Ю., ПОНОМАРЕНКО А. Г., РАСНИЦЫН А. П., ДИНАМИКА ТАКСОНОМИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ НЕМОРСКОЙ ВОДНОЙ БИОТЫ, Палеонтологический журнал, 1995, № 4, (http://www.evolbiol.ru/dmitrie2.htm

3._ К.Ю. Еськов «История Земли и жизни на ней» Глава 8. Ранний палеозой: «выход жизни на сушу» http://www.paleo.ru/paleonet/publications/eskov/08.html

4._Земля. Астрономические данные. Средняя глубина океана. http://www.securitylab.ru/news/214802.php

5._ Шумилов В.Н.

Дрейф литосферных плит http://shumilov.kiev.ua/geofizika/drejf-litosfernyx-plit.html

6._ Шумилов В.Н. Сжатие земной коры и горообразование http://shumilov.kiev.ua/geofizika/szhatie-zemnoj-kory-i-goroobrazovanie.html

7,_ Шумилов В.Н. Главные движущие силы землетрясений, дрейфа континентов и горообразования. Прогнозирование землетрясений и спусковые силы http://shumilov.kiev.ua/geofizika/176.html

8._Шумилов В.Н. Главные движущие силы землетрясений, дрейфа континентов и горообразования. Прогнозирование землетрясений и спусковые силы http://www.astronet.ru/db/msg/1213453



Если Вам понравилась статья, то Вы можете получать новые материалы shumilov.kiev.ua по RSS, присоединиться ко мне на твиттере, или можете просто получать обновления блога на e-mail: