Когда появились первые почвы на Земле и как они выглядели?

Наука и жизньНаука

Почвы внутри камня

Кандидат географических наук Никита Мергелов, Институт географии РАН.

Ландшафт антарктического оазиса Холмы Ларсеманн — естественного заповедника сообществ цианобактерий, водорослей, лишайников и мхов, а также область господства эндолитных систем.

Когда появились первые почвы на Земле и как они выглядели? Надо признаться, люди редко задаются этим вопросом. Широкой публике он представляется менее интересным по сравнению с тайной возникновения жизни на Земле, её распространённости во Вселенной. Между тем почвы и жизнь нерасторжимо соединены, во всяком случае на нашей планете, вот уже на протяжении нескольких миллиардов лет. А потому почвы могут многое рассказать о жизни в прошлом.

Мы — современники своего рода «гонки обнаружения» свидетельств былой деятельности организмов во всё более древних породах и почвах на Земле: от ископаемых микроорганизмов и их следов до особенностей элементного и изотопного состава вмещающего материала. Нижняя временнáя граница таких находок отодвигается в прошлое, и всё увереннее звучит поразительное предположение, что жизнь в той или иной форме была неотъемлемой частью нашей планеты с первых этапов её формирования. Идея В. И. Вернадского о геологически вечной биосфере не кажется такой уж фантастической. Пожалуй, только для первых 700 млн лет истории Земли (при её возрасте более 4,5 млрд лет) сегодня нет однозначных свидетельств существования организмов. Периодически появляются данные о находках следов организмов в породах старше 3,8 млрд лет, но они пока требуют разностороннего научного подтверждения.

Последовательность окаменевших микробных матов в аллювиальной почве возрастом 3,2 млрд лет. Тёмные прослои содержат органическое вещество — кероген. (Геологическая тропа в районе Барбертона, ЮАР.)

Формирование педосферы, то есть почвенной оболочки Земли, связано с самыми древними формами жизни, которые могли сильно повлиять на направление и скорость выветривания горных пород. Несколько миллиардов лет существования Земли — это, по сути, история коэволюции организмов, минералов и почв. С развитием биосферы связывают высокое разнообразие минералов на Земле. В отсутствие организмов число минералов было бы, по-видимому, в несколько раз меньше, чем известно сейчас, — их уже более 5 тысяч. С развитием биосферы почвы также менялись и усложнялись, а иногда исчезали. Редкие, наиболее древние из них, доходят до нас в литифицированном виде, то есть обнаруживаются внутри камня. Но и они несут уникальную запись о процессах, происходивших в момент их формирования в зоне контакта литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы.

Признаки былой структуры палеопротерозойской почвы (ЮАР). Исходный материал, заполнявший вертикальные и горизонтальные трещины, а также вмещающая почвенная масса подверглись очень сильным преобразованиям, но всё же сохранили различия в минералогическом составе.

Окаменевшие свидетели раннего докембрия

Речь идёт о самых древних почвах, существовавших в архее (4,0—2,5 млрд лет назад) и палеопротерозое (2,5—1,6 млрд лет назад). Это информационно «тёмные» времена: работая с палеозаписью в древнейших почвах и породах, мы выхватываем лишь отдельные мелкие и разрозненные детали огромного «сумрачного» пространства прошлого. И подобные детали — лучшее, что есть в руках учёных; на основании этих данных можно строить гипотезы, формировать научное знание.

Раннедокембрийские почвы сильно расходятся с привычным образом почв как в массовом сознании, так и в традиционном понимании почвоведения. Сейчас они представляют собой камень, горную породу, но, что очень важно, формировались до появления сосудистых растений с корневой системой, которые определяют облик современных почв и их аналогов лишь в последние 400 с небольшим миллионов лет. Биотические покровы докембрийских почв существовали в форме плёнок и матов, сложенных прокариотами и позже эукариотами1. Такие «плёночные» формы верхних органогенных горизонтов почв доминировали на протяжении как минимум двух, а возможно и трёх миллиардов лет. При этом раннедокембрийские почвы часто имели мощные многометровые профили, в формировании которых была велика роль физического и химического выветривания (например, под воздействием угольной кислоты).

Криптоэндолитная система — «тайная» жизнь в камне (Восточная Антарктида).

Не так уж много мест на Земле, где хорошо сохранились раннедокембрийские палеопочвы. Их можно найти в районе так называемых кратонов, то есть сохранившихся фундаментов древних платформ: например, в районе кратонов Каапвааль в Южной Африке или Пилбара в Австралии. Можно предположить, что многие почвы архея и палеопротерозоя пока не обнаружены. В России такие почвы, вероятно, ещё предстоит распознать среди кор выветривания2, например на Балтийском или Анабарском щитах древних платформ.

Один из лучших примеров раннедокембрийских палеопочв — почвы в окрестностях города Барбертон в ЮАР. Там можно совершить экскурсию по сорокакилометровой геологической тропе3 и своими глазами увидеть выходы архейских пород.

Среди них самые впечатляющие — многометровые толщи песчаников и конгломератов группы Мудиз (Moodies Group) возрастом около 3,2 млрд лет. Их материал был отложен в мелководьях на окраине древнего континента. Это была пограничная зона между сушей и морем. По-видимому, к ней прилегала огромная речная дельта. Последнее очень важно, так как характеризует среду на суше, в которой могли формироваться почвы. Осадки пронизаны тысячами тонких разветвляющихся прослоев от бурого до чёрного цвета. Это уцелевшие на протяжении более чем трёх миллиардов лет микробные маты. Если растворить в кислоте минеральные компоненты таких прослоев, то останется тёмное вещество — кероген — смесь труднорастворимых органических соединений, образовавшихся путём сложной трансформации исходного органического вещества микробного мата. Сохранность слоистой структуры древних микробных матов поразительна, а морфология на макроуровне очень близка к современным цианобактериальным матам периодически затопляемых участков суши и мелководий. Наличие таких биогенных покровов говорит о том, что поверхность отложений в определённые промежутки времени была стабильна и образовывались почвы. На аллювиально-морской равнине механизмы формирования почвенной толщи в самых общих чертах могли быть схожи с теми, что реализуются на некоторых участках дельт современных рек. В них при перерыве в поступлении осадка на поверхности успевает закрепиться растительный покров. Потом он погребается материалом, принесённым рекой, и поселение растительности вместе с почвообразованием возобновляется на новой поверхности. В периоды «речного покоя» пионерные микробные сообщества быстро дополняются или сменяются сообществами сосудистых растений с корневыми системами. Но это сейчас, а в архее поселялись микробные и формировались ассоциированные с ними древнейшие аллювиальные почвы.

Среди отложений группы Мудиз были также распознаны почвы периодически засушливых обстановок (то есть условий. — Прим. ред.). Благодаря процессам внутрипочвенного преобразования минеральной массы в сочетании с сезонным колебанием уровня грунтовых вод и интенсивным испарением в них формировались гипсовые и карбонатные округлые образования, так называемые конкреции.

Палеопочвы Восточного Трансвааля, также в ЮАР, дают аргументы в пользу существования организмов на суше 2,7—2,6 млрд лет назад. Элементный и изотопный состав этих палеопочв позволяет предположить, что органическое вещество состояло изначально из остатков микробных матов, которые развивались на поверхности почвы.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Полет над красной пустыней Полет над красной пустыней

Инопланетная авиация возможна, вот только аппараты придется сделать специальными

Популярная механика
Как юбка-карандаш стала главной вещью женского гардероба Как юбка-карандаш стала главной вещью женского гардероба

Рассказываем, с чего началась история юбки-карандаш

Vogue
Над пропастью поржи Над пропастью поржи

Ходят слухи, что российский юмор снова на взлете

Esquire
«Они работают нагло и четко». Как автомобилистов подставляют на дороге «Они работают нагло и четко». Как автомобилистов подставляют на дороге

Что нужно делать, чтобы не отдать дорожным аферистам свои деньги

РБК
Водородная кругосветка Водородная кругосветка

Кругосветное путешествие катамарана Energy Observer

Популярная механика
Марк Цукерберг – робот-авантюрист, который любит побеждать Марк Цукерберг – робот-авантюрист, который любит побеждать

Он создал Facebook, чтобы сделать людей открытыми и свободными

GQ
Ужас летящий Ужас летящий

В среднем около 30% людей испытывают страх перед полетами на самолете

Вокруг света
Как люди заселяли Америку? Как люди заселяли Америку?

Из всех обжитых человеком частей света Америка была заселена в последнюю очередь

Наука и жизнь
Как перестать заедать стресс фастфудом: 8 проверенных способов Как перестать заедать стресс фастфудом: 8 проверенных способов

Как обуздать жажду поедания нездоровой пищи

Playboy
Длинный, узкий и дорогой: тест-обзор Xperia 10 Plus Длинный, узкий и дорогой: тест-обзор Xperia 10 Plus

Sony, как обычно, идёт своим путём

Популярная механика
Обзор и тест realmе 3 Pro: реальный про Обзор и тест realmе 3 Pro: реальный про

Эта модель - лучшее, что есть у realme на российском рынке

CHIP
Самолет-беглец: самая нелепая катастрофа советского истребителя Самолет-беглец: самая нелепая катастрофа советского истребителя

Тридцать лет назад на дом в деревушке Беллегем упал советский истребитель МиГ-23

Популярная механика
Правда и мифы о глобальном потеплении Правда и мифы о глобальном потеплении

Эксперты комментируют пугающие прогнозы с научной точки зрения

Vogue
Чудище в перьях Чудище в перьях

В Крыму нашли одну из самых крупных птиц в истории Земли

Огонёк
Ни слиться, ни поглотить. Как ЦБ хочет заставить банки финансировать экономический рост Ни слиться, ни поглотить. Как ЦБ хочет заставить банки финансировать экономический рост

Банк России ужесточает требование к покупкам компаний в кредит

Forbes
15 идей, как красиво собрать волосы в пучок, — учимся у звезд 15 идей, как красиво собрать волосы в пучок, — учимся у звезд

Согласись, в разгар лета пучок — самая актуальная прическа

Cosmopolitan
Переключи режим! Переключи режим!

Как научиться отключаться от работы во время отпуска?

Лиза
Как Михаил Зыгарь зарабатывает на революции в медиа Как Михаил Зыгарь зарабатывает на революции в медиа

Один из самых талантливых журналистов в России стал успешным предпринимателем

Forbes
4 полезные программы для работы с жесткими дисками 4 полезные программы для работы с жесткими дисками

Утилиты, которые помогут при любых проблемах с жесткими дисками

CHIP
Бизнесменская зорька Бизнесменская зорька

Вероника Романова – ведущая утренней программы «Стартап» на канале «РБК»

Maxim
Жизнь без остатка Жизнь без остатка

Восхищаемся Варварой Кронберг еще с тех времен, когда она была Жемчужниковой

Seasons of life
Наука и жизнь: как живут студенты знаменитого физтеха Наука и жизнь: как живут студенты знаменитого физтеха

В МФТИ высокий уровень суицида среди студентов

Популярная механика
Все решают звезды Все решают звезды

Представление об уюте и комфорте, оказывается, зависит и от нашего знака зодиака

Лиза
Елизавета Братищева: «Мы строги в выборе партнеров» Елизавета Братищева: «Мы строги в выборе партнеров»

Сеть бургерных #FARШ решилась на франшизу

Maxim
Сергей Кожаков: «И я, как говорят, поймал хайп» Сергей Кожаков: «И я, как говорят, поймал хайп»

26 июля Вamboo.Bar с размахом отпразднует свое 10-летие

Maxim
Место силы. Как устроены «Патрики» и сколько здесь стоит счастливая жизнь Место силы. Как устроены «Патрики» и сколько здесь стоит счастливая жизнь

Москва — один из самых неоднородных мегаполисов мира

Forbes
Личность, скрывающаяся за монстром. Эксклюзивное интервью создателя Ганнибала Лектера Личность, скрывающаяся за монстром. Эксклюзивное интервью создателя Ганнибала Лектера

Автор «Молчания ягнят» Томас Харрис не давал развернутых интервью с 1970-х

Forbes
Как приготовить бургер своими руками: пошаговая инструкция + 6 крутых лайфхаков Как приготовить бургер своими руками: пошаговая инструкция + 6 крутых лайфхаков

Тебя ждут простые рецепты бургеров своими руками

Playboy
25 лучших городов земли: кто вошел в ежегодный рейтинг журнала Monocle 25 лучших городов земли: кто вошел в ежегодный рейтинг журнала Monocle

Ежегодный рейтинг самых комфортных для жизни городов по версии журнала Monocle

Forbes
Диджей-инвестор: как Стив Аоки заработал $30 млн за год на музыке, моде и киберспорте Диджей-инвестор: как Стив Аоки заработал $30 млн за год на музыке, моде и киберспорте

Стив Аоки за год дает сотни концертов, но источник его дохода — не только музыка

Forbes
Открыть в приложении