Эры и периоды в развитии жизни на Земле

Возраст Земли — сколько лет нашей планете

В течение длительного времени многие страны признавали справедливость только теологической теории создания мира. Когда появились современные методы исследования в геологии, получилось приближенно назвать время образования планеты и возникновения на ней жизни.

Имеет место несколько теорий, согласно которым определяют возраст Земли. Некоторые из них появились за последние 100 лет. Благодаря развитию науки, многие из них были опровергнуты. Лишь немногие предположения нашли научное подтверждение.

Самым информативным методом расчета возраста Земли считают радиометрическое датирование. Благодаря анализу древних горных пород, которые вышли на участки поверхности планеты, удалось определить, что некоторые из них старше 4-4,5 млрд лет.

Методы исследований с меньшей точностью:

• исследование запасов солей в пластах и воде;
• изучение каньонов и гор;
• анализ Луны.

Радиометрическая датировка

Научное сообщество на протяжении длительного времени признавало справедливость данных о возрасте планеты, которые были представлены Кельвином. Ученый в процессе исследований использовал ключевые тезисы теории термодинамики. По результатам анализа было заключено, что охлаждение расплавленной планеты до текущего состояния длилось в течение 20 тысяч лет. Это предположение оказалось ошибочным.

Существенно позднее был определен состав Земли на ранних этапах с высокой концентрацией радиоактивных изотопов, выделяющих при распаде огромные объемы тепловой энергии. Данный факт подтверждает, что планета не могла так быстро остыть.

Используя в качестве основы явление радиоактивного распада, молодому ученому А. Холмсу удалось разработать собственную методику расчета возраста пород. В будущем данный метод получил название «радиометрическое датирование». Для того чтобы определить возраст пород, необходимо рассчитать концентрацию в их составе продуктов распада таких веществ, как:

• уран;
• торий;
• рубидий;
• самарий;
• рений;
• лютеций.

Несмотря на то что процесс распада рассматриваемых изотопов происходил сотни тысяч лет назад, в настоящее время можно выявить в породах следы этого явления. Метод радиометрического датирования, с помощью которого определяют соотношение в породе урана и продуктов его распада, является самым простым и изученным.

Данная методика позволяет рассчитать минимальные значения, которым соответствует возраст Земли. Реальные цифры могут быть существенно больше. Кроме того, не удалось выявить все факторы, которые определяют скорость протекания радиоактивного распада. Неизвестным остается число изотопов, которые присутствовали в породах только сформировавшейся Земли и ряд других параметров.

Определение возраста планеты, исходя из накопления соли

Впервые, опираясь на степень солености воды в мировом океане, возраст Земли предположительно определил Эдмунд Галлей в 1715 году. После представления исследований данный вывод поддержали и другие ученые.

В теории нет ссылки на период, в течение которого планета должна была приобрести температуру, необходимую для образования земной коры. И этого следует, что анализ концентрации соли в воде позволяет рассчитать приблизительный возраст мирового океана. Однако планета может быть существенно старше.

Теория основана на том факте, что в начале формирования океан состоял из пресной воды. С течением времени с помощью подземных вод и осадков он наполнялся солями, вымываемыми из пород. Еще одной причиной растворения и накопления запасов солей в океане являлся процесс испарения.

Согласно этому предположению, мировой океан сформировался 90 – 350 млн лет назад. Данные выводы были опровергнуты, когда ученые начали активно исследовать породы и останки морских моллюсков, которые оказались намного старше заявленных периодов.

Возраст планеты по каньонам

Некоторые специалисты, доказывая возраст Земли, основываются на таких геологических формациях, как каньоны. Большой популярностью у ученых пользуется Большой Каньон в США. Обширное плато было изменено рекой Колорадо, благодаря которой в течение тысяч лет образовывались впадины, достигающие сейчас глубины в 1800 метров.

Приблизительно каньон начал формироваться 5-6 млн лет назад. Предполагается, что в этот период произошел сдвиг литосферной плиты и другие геологические процессы, в результате чего обширное плато приподнялось, что сопровождалось увеличением угла наклона течения реки по поверхности плато, ускорением эрозии почв, вымыванием их в мировой океан.

Каньон образовался также за счет того, что в состав плато входили такие материалы, как:

• известняк;
• песчаник;
• сланцы.

Такие породы отличаются мягкостью и высокой скоростью разрушения. Образования вымывались рекой Колорадо. Следует отметить, что каньон продолжает углубляться по сей день.

Определение возраста Земли по Луне

Некоторые ученые строят свои предположения о возрасте Земли, исходя из отдаленности планеты, относительно Луны. В начале своего формирования еще не остывшая Земля столкнулась с планетой Тейя. В результате катастрофы в космос были выброшено множество обломков разного размера. Вначале из них было образовано кольцо, которое затем трансформировалось в спутник нашей планеты – Луну.

Изначально Луна находилась на более близком от Земли расстоянии. Предполагается, что оно составляло 22 тысячи километров от поверхности планеты. В это время, благодаря силе тяготения, формировались мегаураганы в первичных океанах планеты. Спутник отдаляется от Земли. Это процесс объясняется постепенно слабеющим магнитным полем нашей планеты.

Благодаря наблюдениям, ученым удалось определить скорость удаления Луны. Она составляет приблизительно от 2 до 4 сантиметров ежегодно. В данный момент спутник удален от Земли на 400 тысяч километров. Имея такие данные, некоторым исследователям удалось посчитать, что Луна сформировалась 3,5 – 4,2 млрд лет назад.

Геологические эры и их последовательность в истории Земли

Наша планета меняла свой облик на протяжении миллиардов лет. Получив начало в бескрайней Вселенной, планета развивалась, изменяясь и усложняя покровы. В связи с этим геологическая история Земли была поделена учеными на определенные периоды времени, которые отличаются химическим составом и структурой планеты, очертаниями континентов, формами жизни.

Геологическую историю Земли измеряют по достаточно сложной шкале. За все время существования планета пережила четыре больших отрезка истории, называемых эонами. Три из четырех эонов подразделяют на эры, которые, в свою очередь, включают периоды.

Геологические эры Земли характеризуются длительными временными периодами, в течение которых отмечены существенные изменения облика планеты. Частично эры подразделяют на геологические периоды, отличия между которыми способен выявить только специалист.

При формировании планеты около 4,6 млрд лет назад в Солнечной системе на ней происходили процессы, которые длились 600 млн лет. Этот период, то есть эон, называют катархеем. В переводе с греческого языка термин обозначает «ниже древнейшего».

Катархеей подразделяют на несколько эр. Этот период отмечен формированием планеты, отсутствием у нее коры и ядра. Земля в те времена представляла собой темно-серый шар, поверхность которого была однообразна и включала такие же следы от столкновения с астероидами, как у Луны или Меркурия.

Во времена катархея планета пережила столкновение по касательной планетой Тейя. В результате удара большое количество обломков и пыли окружили Землю. Со временем из них образовалось маленький космический объект – Луна. Эта небольшая планета в дальнейшем стала спутником Земли.

Данная катастрофа существенно повлияла на химические и физические процессы, которые протекали на планете. В результате это привело к образованию тяжелой атмосферы, которая по большей части состояла из углекислого газа. Поверхность Земли заполнили океаны с температурой до 250 градусов по Цельсию.

Однако вода не испарялась по причине слишком сильного давления атмосферы. Считается, что во времена катархея жизнь на планете отсутствовала. Ее поверхность была мрачной и жаркой, как в раскаленной печи.

Эон катархей перешел в архей. Это первый эон, который подразделяют на эры. Начальной эрой считают эорхей в период 4 – 3,6 млрд лет назад. В это время были сформированы древнейшие горные породы, которые сохранились на планете. Для данной эры характерно образование земной коры, которая препятствовала выходу жидкой раскаленной лавы на поверхность Земли.

Планета была окутана тяжелой атмосферой с высокой концентрацией углекислого газа и низким содержанием кислорода. Температура в это время была ниже, чем в катархее. Моря, еще не объединенные в один океан, представляли собой отдельные бассейны с температурой воды, которая достигала 90 ºC.

В период эорхея зародилась жизнь на планете. Появились прокариоты в виде простых одноклеточных микроскопических организмов, у которых отсутствует ядро. Жизнедеятельность прокариот поддерживалась за счет их способности перерабатывать неорганические вещества, которые имелись в наличии в то время. Остатки этих живых организмов, которые обитали на Земле в эоархей, не сохранились.

Ученым удалось обнаружить только следы их жизнедеятельности – такие, как строматолиты в форме окаменелых веществ, произведенных когда-то прокариотами.

На смену эорхею 3,6 млрд лет назад пришла новая эра – «палеоархей». В этот период было образовано твердое земное ядро, что значительно усилило земное притяжение. Благодаря ему, земная атмосфера не рассеивается. Во времена палеоархея атмосфера планеты насыщается кислородом, который является результатом жизнедеятельности микроорганизмов.

В период палеоархея отмечено образование самых древних из ископаемых микробов и других форм жизни, включая бактерии, которые ученым удалось обнаружить в окаменелостях Австралии.

Третья геологическая эра Земли началась 3,2 млрд лет назад. Ее название – мезоархей. В этот период сформировались первые суперконтиненты, которые представляли собой континенты со всей поднимающейся над океаном земной корой.

Самым первым суперконтинентом стал Ваальбара. В дальнейшем произошло его деление на материки, которые в процессе движения земной коры объединились в суперконтинент Ур. Предположительно, в эру мезоархея впервые Земля оледенела.

Смена мезоархея другой эрой – неоархеем, произошла 2,8 млрд лет назад. В этот период появился фотосинтез, то есть процесс формирования в живых клетках органики из неорганических веществ, сопровождающийся высвобождением кислорода. Это послужило причиной быстрого накопления кислорода в атмосфере планеты.

В результате анаэробные организмы, которые не использовали кислород и погибали при контакте с ним, массово вымирали. Распространение получили аэробные организмы, использующие кислород, который поддерживал их нормальную жизнедеятельность.

Аэробные организмы были хорошо приспособлены к жизни в разнообразных условиях обитания. В связи с этим на Земле началась активная эволюция жизни. Этот период, который протекал 2,5 млрд лет назад, стал началом эры палеопротерозоя. Данная эра отмечена появлением первых организмов, которые обладали клетками со сложным строением, включающим ядро, под названием «эукариоты».

Эра мезопротерозоя началась 1,6 млрд лет назад. В этот период на планете сформировался очередной суперконтинент – Родиния. Живые организмы приспособились к условиям обитания, используя половое размножение в качестве способа обмена генами и приспособления к изменениям, возникающим в среде обитания.

На смену мезопротерозою 1 млрд лет назад пришла другая эра – неопротерозой. В этот период отмечено появление новых организмов, которые обладали твердой оболочкой по типу внешнего скелета. Эра характеризуется самым масштабным оледенением Земли. В процессе льды достигали экватора планеты.

Длительная эпоха Земли – дикембрий, состоит из эона катархея и эр эоархея, палеоархея, мезоархея, неоархея, палеопротерозоя, мезопротерозоя и неопротерозоя. В это время жизнь на планете характеризовалась либо полным отсутствием, либо была представлена примитивными формами – такими, как микроорганизмы.

На смену неопротерозою 541 млн лет назад пришла эра палеозоя. В этот период на планете бурно развивались разнообразные формы жизни. Организмы в процессе приобретали более сложное строение. Сначала сформировались разные растения, а затем – многоклеточные животные организмы.

Первыми из них образовались беспозвоночные в виде полипов, медуз, червей, а далее – позвоночные организмы, включая рыб, и земноводные. Эволюция беспозвоночных протекала параллельно с развитием позвоночных. В процессе появились моллюски и членистоногие, в том числе, ракообразные, пауки, насекомые.

Если раньше жизнь можно было встретить только в воде, то в рассматриваемый период живые организмы стали заполнять территории на суше. Конец эры палеозоя отмечен образованием на Земле густых лесных зарослей, которые составляли древовидные папоротники, хвощи и плауны. Сегодня их окаменелости представлены в виде залежей угля, являющегося одним из ценных видов топлива.

Эра палеозоя отличалась теплым климатом. В ее наиболее известном периоде под названием «карбон» поверхность континентов покрывали заросли гигантских папоротникообразных растений, а также жаркие и сырые болота. Такие водоемы являлись местами обитания для гигантских земноводных, напоминающих по внешнему виду тритонов или саламандр. Они были соизмеримы с современными крокодилами.

Водные испарения в виде облаков закрывали собой солнце. В первое время палеозойской эры суша преобразовалась в единый суперконтинент Гондвана. В конце этого временного периода к нему были присоединены и другие континенты. В результате сформировался суперконтинент Пангея.

В эру мезозоя (252,17 млн лет назад), Земля характеризовалась сухим и жарким климатом. Происходило постепенное разделение единого суперконтинента Пангея на отдельные материки, которые существуют в настоящее время. Образовались известные сегодня моря. По окончанию эры климат стал более влажным.

На протяжении мезозоя суша была покрыта лесами и зарослями кустарников, включая голосеменные растения, которые являются родственниками современных хвойных растений. Некоторым биологическим группам растительных организмов, в том числе, саговникам, удалось сохраниться на планете по сей день. Мезозой отмечен появлением первых цветковых или покрытосеменных растений.

Чаще всего ученые упоминают о животном мире мезозойской эры. Данный период известен, как расцвет пресмыкающихся, которые насчитывали множество видов, включая маленьких, как современные ящерицы, и огромных, крупнее слона, организмов. В мезозое появились динозавры, а также крокодилы и птицы, которые считаются потомками динозавров.

До появления динозавров на Земле доминировали зверозубые ящерицы, которые представляли собой организмы, занимающие промежуточное положение между рептилиями и млекопитающими. Считается, что именно от этих организмов произошли млекопитающие к концу мезозоя.

Значительные и быстрые климатические изменения на Земле произошли 66 млн лет назад. Климат стал более сухой и холодный. Крупным пресмыкающимся из-за больших габаритов стало сложно скрываться в теплых местах и впадать в оцепенение. Такие организмы были обречены на вымирание. Приспособиться удалось мелким организмам.

В это время отмечено активное развитие млекопитающих, которые, благодаря стабильной температуре тела, могли переносить холода. Было положено начало кайнозойской эре, продолжающейся по сей день. Кайнозой также подразделяют на периоды, которые отличаются по видовому составу флоры и фауны, характеризуются неодинаковыми климатическими условиями.

В итоге планета приобрела современный облик. Образовались разные природные зоны в виде лесов, степей, пустынь, тундр, на территориях которых произрастают покрытосеменные растения и обитают млекопитающие животные.

Развитие живых организмов

Процесс зарождения жизни на земле получил начало более 3,5 млрд лет назад. Ему предшествовало завершение образования земной коры. Благодаря длительному возникновению и развитию живых организмов, на планете сформировался определенные рельеф и климат.

Большое влияние на жизнь планеты оказали тектонические и климатические изменения. Историю Земли ученые разделяют на отдельные этапы, крупными из которых являются эры жизни, подразделяющиеся, в свою очередь, на периоды. Периоды состоят из эпох, а эпохи – и веков.

Жизнь на планете существует в течение двух этапов:

• докембрий или криптозой (первичный период 3,6 до 0,6 млрд лет);
• фанерозой.

В криптозой входит несколько эр:

• архейская;
• протерозойская.

Эры фанерозоя:

• палеозойская;
• мезозойская;
• кайнозойская.

Границы между эрами представляют собой эволюционные изменения глобального характера, вымирания. Непосредственно с помощью эр обозначают специальные интервалы времени с наиболее значимыми событиями.

В таблице развития жизни на планете можно наблюдать не только процессы во времени, но и эволюцию в определенные этапы формирования живых организмов, на которые оказало огромное влияние изменение климата, включая ледниковый период и глобальное потепление.

Архейская эра

Наиболее масштабные изменения в жизни на Земле произошли с появлением сине-зеленых водорослей или прокариот и многоклеточных организмов. Особенность прокариот заключалась в способности к размножению и фотосинтезу. В данный период образовались живые белковые вещества или гетеротрофы, которые поглощали органику в виде веществ, растворенных в воде. Благодаря формированию таких организмов, мир разделился на царство животных и растений.

Протерозойская эра

В рассматриваемый временной период жизнь активно развивалась. В протерозойскую эру появились такие организмы, как:

• одноклеточные водоросли;
• кольчатые черви;
• моллюски;
• морские кишечнополостные черви.

Также в протерозое образовались первые хордовые в виде ланцетника. Вблизи водоемов формировались почвы.

Палеозойская эра

В кембрийский период на планете активно развивались водоросли, морские беспозвоночные и моллюски. Далее в ордовикском периоде было отмечено изменения в трилобитах, которые сменили защиту на известковый панцирь. В то время на Земле особенно были распространены головоногие моллюски, отличающиеся прямо или слегка изогнутой раковиной.

Первые позвоночные организмы были представлены рыбоподобными бесчелюстными животными, которые называют телодонтами. Жизнь преимущественно процветала в водной среде.

На протяжении силурийского периода развивались кораллы и трилобиты. В это время сформировались первые позвоночные организмы, а растения (такие, как псилофиты), переместились на сушу. В девонский период появились первые рыбы и стегоцефалы. Данное время отмечено образованием грибов, а также активной трансформацией и вымиранием псилофитов. На территориях суши развивались высшие споровые.

Отдельно можно выделить каменноугольный и пермский периоды. Древнюю планету населяли пресмыкающиеся. В данное время сформировались звероподобные пресмыкающиеся. Трилобиты постепенно вымирали, как и лесная растительность каменноугольного периода. На смену им появились голосеменные растения и папоротники.

Мезозойская эра

В триасовом периоде широко распространились растения, в том числе голосеменные. В это же время отмечено увеличение популяции пресмыкающихся. Появились первые млекопитающие и костные рыбы. На всем протяжении юрского периода на планете преобладали голосеменные. Также в это время возникли покрытосеменные.

Для данного периода характерно появление первоптиц, а также расцвет таких организмов, как головоногие моллюски. В меловом периоде были распространены покрытосеменные, но наблюдалось сокращение других видов растительных организмов. В данный временной период развивались костные рыбы, млекопитающие и птицы.

Кайнозойская эра

В нижнетретичном периоде кайнозойской эры, или палеогене, активно развивались покрытосеменные. Трансформировались насекомые и млекопитающие, появились лемуры, а затем и приматы. Верхнетретичный период или неоген характеризуется формированием растительных организмов, которые сохранились в современном мире.

В это же время появились предки людей. На протяжении четвертичного периода или антропогена формировались и развивались современные растения и животные. Важным событием этого периода также является появление человека.

Развитие условий неживой природы, изменения климата

Развитие жизни на планете невозможно отделить от изменений, происходящих в неживой природе. Данные процессы отразились на зарождении и трансформации новых видов животных и растительных организмов. В архейской эре жизнь на Земле преобладала в водной среде. Низкий процент заселения суши был связан со специфическими особенностями климата и слабо очерченным рельефом.

Атмосфера в то время состояла в основном из углекислого газа, концентрация кислорода в ней была слишком мала. Мелководные районы характеризовались пониженной соленостью. В этот период можно отметить повышенную вулканическую активность, что сопровождалось молниями и черными облаками. В горных породах были огромные запасы графита.

С началом протерозойской эры климат несколько изменился. Суша представляла собой каменную пустыню, но все живые организмы по-прежнему обитали в водной среде. В это время атмосфера насыщалась кислородом. Активные изменения в климате и жизни на планете наблюдались в палеозойской эре:

• кембрийский период характеризовался пустынными территориями суши и жарким климатом;
• в ордовикский период были затоплены практически полностью северные платформы, что являлось наиболее значимым событием того времени;
• на протяжении силурийского периода происходили тектонические сдвиги, что повлияло на образование разнообразных условий неживой природы, формирование горных цепей, наблюдалось преобладание морей над сушей, были выделены разные климатические области, включая холодные регионы;
• в девонский период наблюдался достаточно сухой климат континентального типа, активно формировались межгорные впадины;
• каменноугольный период характеризовался опусканием материков, обилием заболоченных территорий на суше, а также теплым и влажным климатом, увеличением концентрации кислорода в атмосфере;
• в пермском периоде было достаточно жарко, множество вулканов проявляли активность, образовывались горы, и высыхали болота.

Палеозойская эра известна также горами каледонской складчатости, которые сформировались в то время. Эти изменения в рельефе Земли дали начало процессу сокращения морских бассейнов и образования значительных площадей суши. Данный период характеризуется формированием нефтяных месторождений и залежей каменного угля.

Особенности климата в мезозойской эре:

• на протяжении триасового периода наблюдалась активная вулканическая деятельность, изменение климата до резко континентального типа с теплыми погодными условиями;
• в юрском периоде климат характеризовался мягкостью и теплотой, моря все еще преобладали над сушей;
• с началом мелового периода вода отступала от суши, климат был теплым, однако конец этого периода отмечен сменой глобального потепления на похолодание.

В эру мезозоя горы, которые образовались на планете ранее, постепенно разрушались, а равнины покрывались водой (например, территория Западной Сибири). Вторая половина мезозойской эры отмечена образованием Кордильер, горных цепей Восточной Сибири, Индокитая, некоторых частей Тибета, гор мезозойской складчатости. В это время климат был влажным и жарким, что способствовало формированию болот и торфяников.

В кайнозойскую эру произошло такое явление, как общее поднятие поверхности планеты. Наблюдались климатические изменения. Материки Северного полушария были значительно изменены, благодаря многочисленным ледяным структурам, которые спускались с севера. По этой причине были сформированы равнины с холмистым рельефом.

Нижнетретичный период характеризовался мягким климатом, который подразделяют на три климатические зоны. В это время на Земле образуются континенты. В верхнетретичном периоде климатические условия стали более сухими, возникли степи и саванны. Для четвертичного периода было характерно многократное оледенение Северного полушария. В целом, на планете стало холоднее.