Большинство из нас знают о воздействии, которое уничтожило динозавров около 66 миллионов лет назад. Это научный факт, который стал общепризнанным, возможно, потому, что многие из нас в детстве разделяли увлечение динозаврами. Однако это не единственное катастрофическое воздействие, сформировавшее жизнь на Земле.
Около 3,26 миллиарда лет назад существовал еще более древний, и его последствия уникальным образом сформировали раннюю жизнь.
Событие столкновения называется S2, и оно произошло во время архейского эона Земли. Архей — второй из четырех геологических эонов Земли, охватывающий период от 4031 до 2500 млн лет назад (миллионов лет назад). В течение архея произошел ряд значительных изменений, включая формирование земной коры, появление первых континентов и развитие восстановительной атмосферы, пригодной для первых простых форм жизни.
Когда ударник S2 ударил, жизнь на Земле была простой и микробной. Удар оказал мощное воздействие на ранние живые существа на нашей планете, и новые исследования изучают, что произошло. Она называется «Влияние гигантского метеорита на палеоархейскую поверхностную среду и жизнь» и опубликована в «Записках Национальной академии наук». Ведущий автор — Надя Драбон, доцент кафедры наук о Земле и планетах Гарвардского университета.
«Мы считаем, что последствия воздействия катастрофичны для жизни», — сказал Драбон. «Но в этом исследовании подчеркивается, что эти воздействия могли бы принести пользу жизни, особенно на ранних этапах… эти воздействия могли бы фактически позволить жизни процветать».
Надя Драбон, кафедра наук о Земле и планетах, Гарвард.
Дрэбон и ее коллеги-исследователи проделали кропотливую и детальную работу, чтобы получить результаты. Они отправились в Зеленокаменный пояс Барбертона в Южной Африке, чтобы провести полевые исследования. В Поясе находятся одни из старейших обнаженных пород на Земле, и в этих камнях хранятся одни из древнейших следов жизни на Земле. Барбертон также располагает свидетельствами как минимум восьми древних столкновений, включая S2. Дрэбон и ее команда исследовали образцы горных пород, расположенные друг от друга в сантиметрах, и проанализировали их геохимию, седиментологию и изотопный состав углерода.
Они смогли нарисовать картину того знаменательного дня, произошедшего более трех миллиардов лет назад, когда чрезвычайно большой углеродистый хондрит диаметром 37-58 км, что в 200 раз больше, чем уничтоживший динозавров ударный снаряд Чиксулуб, врезался в Землю.
Все началось с цунами.
«Представьте себя стоящим у побережья Кейп-Кода, на мелководье. Это низкоэнергетическая среда без сильных течений. Затем внезапно возникает гигантское цунами, проносящееся и разрывающее морское дно», — сказал Драбон.
Океан перемешался, и цунами унесло обломки с суши в океаны. Катастрофическое воздействие вызвало огромное количество тепла, выкипившего верхний слой океана и нагревшего атмосферу. Затем появилось густое облако пыли, препятствовавшее любому фотосинтезу.
Это был мрачный, но краткий период в истории Земли. Но жизнь неоднократно показала, насколько она устойчива. Примитивные бактерии Земли быстро оправились от катаклизма.
Удар взбудоражил железо и смешал глубокие слои Fe².+-богатые воды с мелким содержанием Fe²+— бедная вода. Fe²+ является важным питательным веществом, и наряду с фосфором, выделившимся из испарившегося метеорита, и усилением выветривания в результате цунами, эти два питательных вещества способствовали возрождению жизни.
Согласно анализу исследователей, все это железо спровоцировало сильный процветание бактерий, метаболизирующих железо. Однако этот уклон в сторону жизни, любящей железо, длился недолго, и равновесие в конечном итоге вернулось. Но это событие по-прежнему остается ключевой частью загадки жизни на Земле. Несмотря на катастрофический эффект гигантских столкновений, они могут принести некоторую пользу. (Есть некоторые свидетельства того, что метеориты доставили на Землю строительные блоки жизни.)
«Восстановлению жизни могло способствовать увеличение содержания двухвалентного железа в фотической зоне и повышение доступности питательных веществ (особенно фосфора), на что указывают геохимические данные», — объясняют авторы в своем исследовании.
«Мы считаем, что последствия воздействия катастрофичны для жизни», — сказал Драбон. «Но в этом исследовании подчеркивается, что эти воздействия могли бы принести пользу жизни, особенно на ранних этапах… эти воздействия могли бы фактически позволить жизни процветать».
Исследователи говорят, что события сразу после удара происходили в сжатые сроки. Под воздействием тепла горная порода превратилась в шарики, и они отложились непосредственно перед осадком цунами или одновременно с ним. После того как шарики и обломки цунами осели, быстро сформировался запасной слой. Этот слой состоит из камня, поднятого в воздух в результате удара.
«В целом пласты сферул и резервные отложения (от 1,3 до 5 м пластов), вероятно, отложились не более чем за несколько дней — геологический момент», — пишут авторы в своем исследовании. «За этот ограниченный период времени цунами, вызванное ударом, разорвало морское дно, нарушило прибрежные донные биосистемы, смешало толщу воды, смыло мусор с прибрежных районов в море и вызвало мутность».
S2 и, возможно, другие крупные удары в раннем архее, похоже, оказали неоднозначное влияние на жизнь. Для некоторых повышенное содержание питательных веществ было благом; по мнению других, густое облако пыли препятствовало фотосинтезу. «Цунами, испарение океана и темнота наиболее сильно повлияли на фототрофов в поверхностных водах, но хемоавтотрофы в нижних слоях воды и гипертермофилы, вероятно, пострадали бы меньше», — объясняют авторы.
Другое исследование S2 предполагает, что это воздействие имело и другие последствия. Некоторые исследования показывают, что это спровоцировало вулканическую активность. Возможно, на месте удара также образовались гидротермальные поля, которые могли добавить в окружающую среду дополнительное количество Fe²+. Возможно, это даже вызвало тектоническую активность.
S2 — это лишь один пример воздействий, которые сформировали траекторию жизни на Земле. Архейские породы содержат свидетельства как минимум 16 древних столкновений с болидами размером более 10 км. Все это, вероятно, привело к серьезным, хотя и кратковременным последствиям.
«Наша работа предполагает, что в глобальном масштабе ранняя жизнь могла выиграть от притока питательных веществ и доноров электронов, а также от новой окружающей среды в результате крупных воздействий», — заключают исследователи.
