Эволюция биосферы

Наиболее значимые гипотезы происхождения Земли следующие:

0. Гипотеза И. Канта и П. Лапласа. Согласно этой гипотезе вся Солнечная система образовалась из раскаленной вращающейся газовой туманности. Позднейшие расчеты показали, что такой путь формирования Солнечной системы нереален.

1. Гипотеза О.Ю. Шмидта. Согласно этой гипотезе Земля образовалась из твердых холодных частиц, окружавших Солнце.

2. Гипотеза В.Г. Фесенкова. Согласно этой гипотезе некоторые планеты солнечной система образовались при отрыве от Солнца длинного выступа и его распаде на части.

В настоящее время нет общепризнанной удовлетворительной гипотезы возникновения Земли.

Возраст планеты Земля составляет около 4,6 млрд лет, земной коры – не менее 3 млрд лет. Геохронологическая шкала – хронологическая последовательность событий геологического прошлого.

Геохронологическая таблица

Эры, их названия и возраст (в млн. лет)	Периоды и их продолжительность (в млн. лет)	Складчатость	Растительный мир	Животный мир
Кайнозойская (новой жизни), 67	Антропоген (четвертичный), 1,5	Кайнозойская (альпийская)	Время цветковых	Время млекопитающих
	Неоген (третичный), 23,5
	Палеоген, 42
Мезозойская (средней жизни), 230	Меловой, 70	Мезозойская	Время голосеменных	Время новых групп рептилий
	Юрский, 58
	Триасовый, 35			Время древних групп рептилий
Палеозойская (древней жизни), 570	Пермский, 55	Поздне- палеозойская (герцинская)	Время высших споровых
	Каменноугольный, 75-65			Время амфибий
	Девонский, 60	Ранне- палеозойская (каледонская)		Время рыб и бесчелюстных
	Силурийский, 30		Время водорослей
	Ордовикский, 60 Кембрийский, 70			Время беспозвоночных
		Байкальская
Протерозойская(ранней жизни), 2700
Архейская (самая древняя в истории Земли), >3500

Большинство гипотез о происхождении жизни на Земле допускали, что в течение огромного промежутка времени планета наша была безжизненной и на ее поверхности, в атмосфере и океане происходил медленный абиогенный синтез органических соединений, который привел к образованию первых примитивных организмов. Установилось почти традиционное представление о том, что на Земле происходила длительная химическая эволюция, предшествовавшая биологической и охватившая интервал времени не менее 1 млрд. лет.

С другой стороны, появились и иные, противоположные представления о необычайной длительности существования жизни на Земле. Они были высказаны выдающимися учеными нашей страны – В.И. Вернадским, Л.С. Бергом, Л.А. Зенкевичем.

Наши знания о ранее живших организмах представляются довольно жалкими. Миллиарды особей предков современного растительного и животного мира безвозвратно исчезли в геологическом прошлом, не оставив после себя остатков тех или иных форм ископаемых. По оценкам некоторых палеонтологов, в геологической летописи сохранилось всего лишь около 0,01% от числа видов, некогда населявших поверхность Земли в течение ее истории. Это, естественно, связано с плохой сохранностью тела организмов после их гибели.

Следы существования, которые оставляют после себя организмы геологического прошлого, подразделяются на морфологические и геохимические. Морфологические следы наиболее очевидны. Они встречаются в виде остатков естественной мумификации, окаменелостей и отпечатков. При естественной мумификации организм сохраняется наиболее полно. Однако естественные мумии образуются редко, преимущественно при замерзании трупов животных в условиях вечной мерзлоты. Примерами могут служить трупы мамонтов и других животных в замороженном состоянии, иногда находимые на севере Сибири.

Данные по космохимии метеоритов и астероидов свидетельствуют о том, что образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях ее развития было типичным и массовым явлением.

Синтез довольно сложных органических соединений как предшественников живого вещества был закономерным этапом в химической эволюции Солнечной системы в канун формирования планет. Возникшие в космических условиях органические вещества вошли в состав многих тел, но лишь на Земле реализовались возможности дальнейшей прогрессивной эволюции, которые обеспечили быстрое возникновение саморегулирующих высокомолекулярных систем – непосредственных предков первых живых организмов. В метеоритах химическая эволюция оказалась замороженной.

Из сказанного следует, что первая биосфера в истории Земли носила восстановительный гетеротрофный характер. В дальнейшем, в ходе геологической истории, эволюция биосферы происходила и происходит как решение противоречия между безграничной способностью организмов к размножению и ограниченностью минеральных ресурсов, которые могут быть использованы в каждую определенную эпоху. Это противоречие разрешается путем овладения новыми источниками вещества и энергии и приобретением новых качеств, приспособлений растениями и животными. При этом наследственная изменчивость выступает существенной предпосылкой развития, а естественный отбор – механизмом закрепления новых качеств.

Большую часть геологического времени, от периода появления первых водоемов, эволюция организмов происходила в воде, и, естественно, что древняя биосфера ограничилась преимущественно гидросферой. Нам сейчас трудно восстановить облик самых ранних биосфер. Однако, мы вполне имеем право допустить, что размножение организмов в древней биосфере создавало “давление” на среду и приводило к упорной экспансии самих организмов в разные области нового обитания.

Появление эукариотических одноклеточных организмов 2-1,5 млрд. лет тому назад было важным событием в истории органического мира, необходимым для возникновения многоклеточных животных. Вторым событием было увеличение свободного кислорода в атмосфере, что создало предпосылки для экспансии органического мира на поверхность континентов.

Эволюция ландшафтов Земли

В последовавшей за меловым периодом эре кайнозоя – в палеогене, неогене и плейстоцене – происходило постепенное охлаждение земной поверхности. Кроме того, суша расширилась, и ее северные побережья в Евразии и Северной Америке отодвигались в более высокие широты.

В начале палеогена севернее экваториальных лесов появились сезонно-влажные субэкваториальные, преимущественно листопадные, леса, в Евразии они доходили до широт Парижа и Киева. В наше время леса такого типа встречаются лишь в Индостане и Индокитае.

Пространственное положение палеоландшафтных (древних) зон в ряде случаев ставит перед исследователями много неясных вопросов. Например, сейчас невозможно дать точный ответ, почему в конце мезозоя и в начале кайнозоя в высоких широтах Арктики (Шпицберген, Гренландия, Аляска, Новая Земля, Канадский арктический архипелаг) росли богатые по составу широколиственные леса умеренного и субтропического поясов, состоящие из секвойи, платанов, каштанов, магнолий. Едва ли присутствие этой лесной растительности в Арктике можно объяснить одними переменами в очертаниях и высоте материков. В то же время нет подтверждений и гипотезе перемещения полюсов: следов “околополюсной” холодолюбивой растительности не найдено в других районах Земли.

Дальнейшее похолодание привело к развитию субтропических, а затем в конце палеогена (26 млн. лет назад) и широколиственных лесов умеренного пояса. Сейчас эти леса находятся значительно южнее – в центре Западной Европы и на Дальнем Востоке. Субтропические леса постепенно отступали к югу. Все более отчетливо обособляются природные зоны континентальных районов – степи, обрамленные на севере лесостепями, а на юге саваннами, которые в Старом Свете были распределены по всей Сахаре, на полуострове Сомали и на востоке Индостана.

В неогене (25-1 млн. лет назад) продолжалось похолодание. На протяжении этого периода земная поверхность охладилась на 80. Происходит дальнейшее усложнение зональной структуры. На равнинах в северной части Евразии возникла зона смешанных, а затем и хвойных лесов. Более теплолюбивые лесные зоны сузились и сдвинулись к югу. В центральных частях континентальных районов появились пустыни и полупустыни. На севере их обрамляли степи, на юге – саванны, на востоке – редколесья и кустарники. В горах все более отчетливо проявлялась высотная зональность.

К концу неогена произошли важные изменения в природе Земли. Усилилась ледовитость Арктического бассейна, интенсивнее стали циклонические осадки в средних широтах Евразии. Вместе с продолжавшимся похолоданием это привело к возникновению оледенения в горах. Альпы, так же как и горы Северной Америки, покрылись ледниками. Уменьшилась сухость климата в Северной Африке и Передней Азии. Похолодание, особенно в высоких широтах, достигло критического рубежа.

Для плейстоцена – периода, протянувшегося приблизительно с 1 млн до 10 тыс. лет до нашего времени, характерны последние в истории Земли оледенения: температура была на 4-6 ниже современной. Там, где выпадало достаточное количество осадков в виде снега, ледники могли возникать и на равнинах. Так было повсюду в субполярных широтах, и холод как бы накапливался, ведь отражательная способность снежной и ледниковой поверхности достигает 80%; ледник расширялся, образуя сплошной щит. При этом центр оледенения в Европе находился на Скандинавском полуострове, а в Северной Америке – на Баффиновой Земле и Лабрадоре.

Оледенения как бы пульсировали, прерываясь межледниковьями. Эти пульсации – все еще предмет споров ученых. Иногда причины похолодания связывают с активизацией вулканизма. Вулканическая пыль и пепел заметно усиливают рассеяние и отражение солнечной радиации. Считается, что при уменьшении суммарной солнечной радиации только на 1% вследствие запыленности атмосферы средняя планетарная температура воздуха должна понижаться на 50. А дальше может действовать возрастание отражающей способности самой охваченной оледенением территории.

В период оледенений появились еще четыре природные зоны: сам ледник, который образовал полярные пояса (арктический и антарктический); вдоль края арктического пояса на вечной мерзлоте возникла зона тундры, в континентальных более сухих районах – тундростепи, а в приокеанических – луга. Эти зоны отделялись от отступающей к югу тайги зоной лесотундры.