Земля и жизнь - Александр Вологдин

Биологическое формирование осадочных месторождений железа в огромных масштабах происходило в особенности в протерозое, т. е. в позднем докембрии. Крупнейшие железные месторождения мира принадлежат к группе отложений этого возраста.

Н. Г. Холодный считал, что железобактерии имеют прямое отношение к поведению железа в биосфере, где они выполняют значительную биохимическую работу по окислению закисей железа и превращению их в нерастворимую гидроокись - в железные руды различных типов, по условиям их образования и последующим химическим изменениям, под влиянием различных геологических обстановок (лимониты, гематиты, гётиты, а также силикаты, фосфаты и сульфиды железа). Эти руды очень часто содержат остаточное органическое, по-видимому, бактериальное вещество. Докембрийские руды Кирунавары (Швеция), как правило, содержат до 5% этого органического вещества. Богатейшие месторождения Северной Америки в районе Верхнего озера тоже отложились в раннем протерозое.

К отложениям нижнего протерозоя относятся и криворожские железные руды, а также железные руды Курской и Воронежской областей, Прибалтики. Руды кремнистые. В рудах Кривого Рога и в аналогичных кремнистых рудах Кольского полуострова автор наблюдал настоящие бактериальные структуры, лучше различимые именно в рудах, бедных железом, на фоне светлого кремнезема.

Начало отложений курской железорудной серии датируется 2060 млн. лет, а конец ее формирования - 1500 млн. лет.

И почвы на суше, и водные бассейны протерозоя были широкой ареной деятельности целого ряда групп микроорганизмов, из которых уже тогда эволюционно обособились группы автотрофов, приспособившиеся к освоению реакций распада и преобразования ряда минеральных веществ, связанного с выделением свободной энергии. В породах архея мы не находим зерен пирита, но уже в протерозое пирит отлагался в осадочных породах (пиритизация пород). Значит, в это время появились в массовом количестве окислители серы, а затем и сульфатредуцирующие (разрушающие сернокислые соли) бактерии. Вероятно, существовали и денитрифицирующие бактерии, выделявшие элементарный азот в состав древней атмосферы за счет первичного аммиака и соединений азота, возникших на его основе.

Таким образом, органическая жизнь в виде железобактерий была представлена уже более 2000 млн. лет назад. Для существования этих бактерий был нужен, хотя бы в очень малых количествах, элементарный кислород. Часто они его получали от водорослей, вместе с которыми иногда создавали концентрации гидроокислов железа и карбоната кальция. Иногда деятельность бактерий чередовалась с деятельностью водорослей: лето было временем оптимального развития железобактерий. Часто в докембрии так образовывались строматолиты.

Мир водных растений, настоящих фотосинтезирующих, уже в позднем архее был представлен одноклеточными формами. В следующую эру - в протерозое - во всех водных бассейнах Земли развились разнообразные виды многоклеточных, начавших играть важную роль в породообразовании. Лучистая энергия Солнца, особенно красная часть спектра, и значительные запасы углекислоты в биосфере, пополнявшиеся при вулканических явлениях, способствовали развитию водной растительности не только плавающей, но и донной. Воды морей, еще слабо соленые, но богатые бикарбонатами кальция и магния, легко осаждали их химически. Подщелачивая воду, водоросли играли важную роль в осаждении таких карбонатов, образуя строматолиты.

Развитие многоклеточных водорослей произошло более или менее одновременно с появлением в осадках протерозойской эры слоев плотных известняков. Интересная зависимость существует между вспышками вулканизма и количеством растительного водорослевого вещества. Создается впечатление, что временами развитие водных растений на Земле ограничивалось содержанием углекислоты в биосфере, что подтверждается и сокращением отложения карбонатных отложений вообще.

Протерозой - это эра водорослей и бактерий. Лишь к концу ее возникли самые ранние представители многоклеточных животных - черви, губки и археоциаты. Это была также эра одноклеточных простейших животных, пока слабо вскрываемых при исследовательских работах. Но главнейшими видимыми проявлениями жизни в протерозое были водоросли типа пресноводных. Последние, вероятно, участвовали наряду с бактериями и в развитии на суше процессов почвообразования. Перемыв и смыв рыхлых масс почвенного мелкозема уже играл существенную роль в осадочном породообразовании во внутренних и внешних морях того времени. Жизнь по преимуществу захватывала в то время области морских мелководий. Многоклеточные растения еще не выходили на сушу.

В протерозойскую эру на выступах суши, не имеющих растительного покрова, интенсивно шло выветривание горных пород при участии физико-химических и микробиологических процессов; в морских и пресноводных мелководьях развивались водорослевые банки, часто причудливого облика. Водные растения создавали очень своеобразные накопления известняка и даже древнейшие рифы и банки. "В поле" исследователь далеко не всегда отличит небольшие водорослевые скопления карбонатной породы от вмещающих отложений. Но повторяемость рисунка поверхности породы иногда подсказывает, что найдены остатки ископаемых древнейших водорослей. Порода местами оказывается кривослоистой, и это уже частый признак ее водорослевого происхождения; иногда видны известковые тела, которые при разрушении, при выветривании как бы расслаиваются на отдельные пластинки. Это водорослевые известковые образования - строматолиты, иногда достигающие значительных размеров. Они бывают построены или неправильно, или в виде относительно правильных куполов, состоящих из последовательно наросших друг на друга куполовидных годичных наслоений. В некоторых слоях поперечные сечения водорослевых образований кажутся округлыми, концентрически слоистыми, тогда как в действительности это вытянутые вверх тела, чаще конической формы, до метра в высоту и до полуметра в поперечнике у основания. Иногда это крупные тела с округлой поверхностью, тоже сложенные как будто из отдельных корок. В изломе видно, что первоначально маленькое известковое тело постепенно, слой за слоем, обрастало все больше сверху и с боков, сохраняя почти шаровидную форму. Кое-где на скалах как будто нарисованы колонки, состоящие тоже из наслоений, тянущиеся в одном направлении и время от времени ветвящиеся. Лишь при более внимательном рассмотрении видно, что местами они срастаются друг с другом, отклоняются в ту или другую сторону. В одном случае колонии водоросли построили слой породы толщиной в 36 м при скорости роста 1 мм за год. Это значит, что данный вид водоросли, с ее микроскопическими колониями, просуществовал 36 000 лет.

Типы проявления жизни в докембрии: остатки червей, синезеленые водоросли в виде лучистых колоний (ув. в 325 раз), спикулы губок и спор (ув. в 725 раз), отпечаток медузы (уменьш. в 2 раза) и строматолиты, образованные известковыми водорослями (по Р. Моору)

Специальное лабораторное изучение показывает, как виды микроскопических водорослевых колоний с течением времени непрерывно сменяли друг друга. Отдельные слои породы могут иметь различное строение и слагаться из водорослевых сооружений разной формы и размеров. Часто геологическая жизнь большей части этих ископаемых видов оказывается относительно короткой: смена одних породообразователей другими иногда происходила через 20-30 см, или даже менее. При годичном приросте, составлявшем около 0,1-0,5 мм, длительность жизни видов этих водорослей измеряется всего сотнями лет.

Колонковые строматолиты из отложений докембрия (Северный Китай). Фото автора

Для изучения строматолитов из них выпиливаются тонкие прозрачные шлифы, определенным образом ориентированные по отношению к направлению нарастания строматолитов. Если сохранность первичных структур водорослевых колоний достаточная, в шлифе можно видеть особенности строения остатков водорослей. При зарисовках с увеличениями в 10-400 раз видны округлые клеточные колонии из окаменевших сгустков слизистой массы в виде тяжей разной формы, или же удлиненные многорядные нити, тоже с остаточными структурами слизистых масс колоний синезеленых водорослей. Специальными исследованиями шлифов, зарисовок с них и микрофотографий раскрыто огромное разнообразие водорослевых структур из отложений докембрия. Это позволило описать массу видов, принадлежащих к нескольким десяткам родов синезеленых и красных водорослей.

Сосуществование множества видов водорослей привело к построению многообразных строматолитов в одном слое породы. Поздний синий (Китай). Фото автора

Таким образом, непонятные прежде известковые стяжения - строматолиты, ныне во все большем количестве обнаруживаемые в слоях древних морских и пресноводных отложений и часто составляющие мощные слои породы, оказываются продуктами жизнедеятельности древнейших фотосинтезирующих организмов.