ультрафиолетового излучения в водах морей и океанов начали образовываться сложные органические соединения вплоть до аминокислот. Этому, возможно, содействовала и относительно высокая температура земной поверхности, так как насыщенность атмосферы углекислотой способствовала задержке теплового излучения.
Свободный кислород первоначально расходовался на окисление аммиака, и при этом выделялся свободный азот. Метан и окись углерода окислялись до углекислоты, основная часть которой уходила в океан. Сера и сероводород окислялись до сернистого и серного ангидрита. В океане осаждались карбонатные и сульфатно-карбонатные осадки, а морская вода становилась хлоридно-карбонатно- сульфатной.
Появление гидросферы и атмосферы было весьма важным качественным рубежом в истории Земли. Их развитие усложнило и дифференцировало процессы, протекающие в древнейшей географической оболочке. Земная кора, гидросфера и атмосфера вступили в сложные взаимоотношения путем обмена энергии и веществ. Активно происходили процессы преобразования горных пород на земной поверхности. В бескислородной атмосфере процесс выветривания протекал весьма своеобразно в обстановке повышенных температур и высокой кислотности природных вод и атмосферы.
Только в раннем протерозое, по мнению Ю. П. Казанского, атмосфера стала кислородно-азотно- углекислой. Подтверждением этого является наличие не только мощных толщ джеспилитов, т. е. пород, состоящих из кварца и окисного железа — гематита, но и разнообразных красноцветных пород, пигментирующее вещество которых состоит из окисного железа. Эти породы могли образоваться только при наличии в атмосфере свободного кислорода. Однако наряду с окислительными обстановками в протерозое существовали и восстановительные условия.
Главнейшими газами атмосферы были углекислый газ, аммиак, азот, а сопутствующими — кислород, серный ангидрит, сероводород, пары соляной и фтористой кислот, метан. По сравнению с археем общее количество кислот сильно снизилось. Тенденция к снижению паров кислот, метана, соединений серы и аммиака существовала на протяжении всего протерозойского времени. Одновременно общее количество азота в атмосфере продолжало увеличиваться.
Имеется и другая точка зрения по поводу появления свободного кислорода в атмосфере. По расчетам Л. Беркнера и Я. Маршалла, его содержание в атмосфере в одну тысячную долю от современного (так называемая точка Юри) было достигнуто примерно 1,2 млрд. лет назад, т. е. в середине рифея. С этим выводом хорошо согласуются многие палеонтологические и геохимические материалы.
Наличие свободного кислорода, пусть даже в небольших количествах, благоприятствовало появлению организмов, потребляющих кислород, остатки которых найдены в породах протерозоя.
Критическим уровнем содержания свободного кислорода в биологическом отношении является так называемая точка Пастера, когда количество кислорода в атмосфере составляло одну сотую от современной и организмы взамен анаэробного брожения стали пользоваться более эффективным потреблением энергии — окислением при дыхании. По расчетам Л. Беркнера и Л. Маршалла, данный уровень был достигнут около 600 млн. лет назад. В это время произошел экологический взрыв — массовое распространение животных почти всех известных в настоящее время типов.
С изменением содержания кислорода в древней атмосфере тесно связано количество углекислоты. Углекислый газ попал в атмосферу, а затем в гидросферу, являясь продуктом дегазации мантии. Он возник в результате взаимодействия гранита с водой при высоких температурах, разложении карбидов, высокотемпературной диссоциации карбонатитов, а также путем окисления метана и, главное, как продукт, выделяющийся при вулканических извержениях
Углекислый газ удалялся из атмосферы и гидросферы благодаря химическим реакциям (образование карбонатов) или биологическим путем, когда огромные массы его расходовались на образование скелетов организмов.
Так, в катархее и архее карбонатных пород известно очень мало. Только в раннем протерозое, когда в атмосфере появился кислород, а океаническая вода стала хлоридно-карбонатной, их объем стал увеличиваться. Большое содержание углекислого газа в морской воде и высокий щелочной резерв последней обеспечивали образование мощных известково-доломитовых и доломитовых толщ.
В конце протерозоя количество растворенного в морской воде углекислого газа и его концентрация в атмосфере уменьшились, однако все это связано с усилением поглощения углекислого газа водорослями в процессе фотосинтеза. Морская вода приобрела хлоридно-сульфатный характер, и среда стала нейтральной, что, по-видимому, привело к появлению твердого скелета у организмов.
Происхождение жизни и эволюция биосферы в докембрии
Жизнь на Земле зародилась еще в катархее, т. е. более 3 млрд. лет назад. И это повлекло за собой весьма существенные качественные преобразования в географической оболочке. Жизнь на Земле появилась не случайно. Она была обусловлена всем ходом планетарного развития. В этом весьма значительную роль сыграли процессы дифференциации первичного земного вещества, которые привели к образованию земной коры, атмосферы и гидросферы.
Эволюция органических соединений от простейших углеводородов, возникших абиологическим путем, до их высокополимерных соединений вначале происходила в древней атмосфере под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца и электрических разрядов, а позднее продолжалась в гидросфере. Здесь возникли высокомолекулярные соединения и комплексы, которые приобрели такие основные признаки живого вещества, как возможность обмена веществ, способность размножения, реакция на внешние раздражители. Отсутствие свободного кислорода в атмосфере обусловило анаэробный характер энергетического обмена первичных организмов. Эти организмы в ископаемом состоянии не сохранились. Предполагается, что вряд ли они были похожи на вирусы или бактерии, имеющие довольно сложное строение. Скорее всего они напоминали современные ультрамикробы — существа, лишенные оболочки и клеточного ядра, размножающиеся делением.
Живые организмы возникли в водной среде, так как облегчила обмен веществ и служила основным компонентом живого вещества. Кроме того, водная среда являлась наиболее теплоемкой системой. В ней равномерно протекали колебания температур, в то время как на земной поверхности температуры могли изменяться в широком диапазоне, а это отрицательно сказывалось на развитии простейших организмов.
С течением времени ведущее положение заняли организмы, обладающие способностью продуцировать органическое вещество из углекислоты и воды под действием солнечного света, т. е. возникли формы, обладающие фотосинтезом. Другая часть организмов сохраняла прежние формы питания, используя те органические соединения, которые возникали путем фотосинтеза. Таким образом произошло разделение органического мира на царство растений и животных.
В осадочных породах архея и раннего протерозоя обнаружены многочисленные следы жизнедеятельности древнейших организмов. В породах Южной Африки с возрастом 3,1–3,4 млрд. лет распространены изолированные палочки длиной 0,45—0,7 мкм и диаметром 0,18—0,22 мкм, нитеподобные образования, шаровидные, дисковидные и многоугольные оболочки однолетних водорослей (акритархи). В породах с возрастом 2,9 млрд. лет встречены продукты жизнедеятельности цианофитов (синезеленые водоросли) и бактерий (строматолиты и онколиты). В более молодых отложениях рифея нередко встречаются строматолиты, причем их остатки образуют тела, весьма похожие на рифы.
Биосфера в архее была тонкой и прерывистой. Жизнь существовала только в водной среде, в условиях теплого климата. Обширные пространства суши вследствие значительных суточных температурных контрастов (ввиду маломощности атмосферы архея сильно сказывалась разница в температурах дня и ночи) были лишены жизни и представляли собой биологические пустыни. Масса живого вещества в архее была небольшой, о чем свидетельствует малый объем органогенных пород этого возраста.
Появление многоклеточных организмов было связано с постепенным увеличением содержания
