Почвы внутри камня

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Эпизод десятый: Конференция в Комо Эпизод десятый: Конференция в Комо

Эпизоды «Революции вундеркиндов»

Наука и жизнь, июль'19
Новости науки и инновации Новости науки и инновации

Пестрая белка, оружие из человеческих костей и сыр, который слушал хип-хоп

National Geographic, сентябрь'19
Травма поколений: психологические последствия Великой Отечественной войны Травма поколений: психологические последствия Великой Отечественной войны

О подвигах военных лет сегодня говорят громко

Naked Science, август'19
Малый бизнес Малый бизнес

Работа подростка — стресс и для него самого, и для родителей

Добрые советы, август'19
«Гораздо легче делать карьеру, если понимаешь, что ты не один»: когда семья не мешает работе «Гораздо легче делать карьеру, если понимаешь, что ты не один»: когда семья не мешает работе

Топ-менеджеры о том, как строить отношения, если оба партнера увлечены карьерой

Forbes, июль'19
Неудобная правда Неудобная правда

Американец и швед сняли самую честную экранизацию катастрофы на АЭС в Чернобыле

Дилетант, июль'19
«Самый верный друг»: NYT узнала о связи обвиняемого в секс-торговле людьми с владельцем Victoria’s Secret «Самый верный друг»: NYT узнала о связи обвиняемого в секс-торговле людьми с владельцем Victoria’s Secret

Финансист Джеффри Эпштейн обвиняется в продаже людей в сексуальное рабство

Forbes, июль'19
Суверенность чревата откатом Суверенность чревата откатом

РСПП сообщил о наличии в законе об изоляции Рунета коррупциогенных рисков

РБК, июль'19
Лазертаг в России: репортаж с крупнейшей в мире битвы в смоленских лесах Лазертаг в России: репортаж с крупнейшей в мире битвы в смоленских лесах

Сражался за «синих», вернулся невредимым, но задумчивым

Men’s Health, июль'19
Как одеваться крупным парням Как одеваться крупным парням

Что делать, если Эди Слиман точно шьет не для вас

GQ, июль'19
Абонентский ящик временно недоступен Абонентский ящик временно недоступен

Вопросы об инициативе сенаторов привязать электронную почту к номерам телефонов

РБК, июль'19
Леонид Гозман: Хроника объявленной революции. Почему последствия московского политического кризиса будут очень серьезными Леонид Гозман: Хроника объявленной революции. Почему последствия московского политического кризиса будут очень серьезными

Леонид Гозман считает, что власть поставила себя в безвыходное положение

СНОБ, июль'19
Выпускница колледжа, накопившая $100 000 за три года, написала книгу финансовых советов для женщин Выпускница колледжа, накопившая $100 000 за три года, написала книгу финансовых советов для женщин

Финансовый тренер наделала немало ошибок — и не стесняется это признавать

Forbes, июль'19
Главное про акцию «за честные выборы» в Москве Главное про акцию «за честные выборы» в Москве

Субботняя акция протеста в Москве стала рекордной по числу задержанных

РБК, июль'19
Сухой закон Сухой закон

Когда потливость становится проблемой, с которой не справляются обычные средства

Лиза, июль'19
Аристократы на подиуме: 3 модели голубых кровей Аристократы на подиуме: 3 модели голубых кровей

Троих главных персонажей перечисляет автор блога Let's Fly to Seoul

Cosmopolitan, июль'19
Как женщине справиться со стрессом на руководящей должности Как женщине справиться со стрессом на руководящей должности

Как оставаться лидером и не допустить эмоционального выгорания?

Psychologies, июль'19
Интервью с Романом Нагучевым, комментатором телеканала «МАТЧ ТВ» Интервью с Романом Нагучевым, комментатором телеканала «МАТЧ ТВ»

Скоро исполнится год с момента окончания чемпионата мира по футболу в России

Maxim, июль'19
Росстат опубликовал данные по инфляции раньше времени. Почему это важно? Росстат опубликовал данные по инфляции раньше времени. Почему это важно?

Раннее появление в публичном доступе данных по инфляции вызвало гнев Орешкина

Forbes, июль'19
17 сериалов про любовь, которые растопят любое сердце: список лучших 17 сериалов про любовь, которые растопят любое сердце: список лучших

Список лучших сериалов про любовь со всего света

Лиза, июль'19
Как был сбит «Боинг». Нестыковки в версии концерна «Алмаз-Антей» Как был сбит «Боинг». Нестыковки в версии концерна «Алмаз-Антей»

Авиационный эксперт Вадим Лукашевич о катастрофе малайзийского «Боинга»

Forbes, июль'19
ESforce усиливается ненасильственным путем ESforce усиливается ненасильственным путем

Mail.ru Group расширяет активы в сфере киберспорта

РБК, июль'19
Ресторанный рейтинг 2019 Ресторанный рейтинг 2019

Срочно побывайте хотя бы в одном из перечисленных в этом рейтинге заведений

GQ, август'19
Почему мы цепляемся за вредные привычки и как это изменить Почему мы цепляемся за вредные привычки и как это изменить

Изменить привычное поведение непросто, но возможно

Psychologies, июль'19
Кто выиграет Кубок Америки по футболу? Кто выиграет Кубок Америки по футболу?

Размышляем о том, кто станет лучшей командой континента

GQ, июль'19
Потерпевшим по делу о хищении 136 млн рублей сотрудниками ФСБ оказался безработный москвич Потерпевшим по делу о хищении 136 млн рублей сотрудниками ФСБ оказался безработный москвич

Безработный москвич оказался потерпевшим по делу о хищении 136 млн рублей

Forbes, июль'19
Что вам нужно знать о бренде Greg Lauren Что вам нужно знать о бренде Greg Lauren

Эти рваные и мешковатые вещи завоевали наши сердца

GQ, июль'19
MAXIM рецензирует полезный канадский фильм «Как отмыть миллион» MAXIM рецензирует полезный канадский фильм «Как отмыть миллион»

Рецензия на фильм «Как отмыть миллион»

Maxim, июль'19
Чем мог закончиться «Король лев» + 5 неожиданных фактов об оригинальном мультике Чем мог закончиться «Король лев» + 5 неожиданных фактов об оригинальном мультике

Эти факты проливают свет на некоторые детали мультика «Король лев»

Playboy, июль'19
Девушки об абортах в разных странах Девушки об абортах в разных странах

Личные истории жительниц стран, где прерывание беременности ограничено законом

Vogue, июль'19