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

Каталонская мозаика Каталонская мозаика

Приехав сюда страшно усталым, уже наутро чувствуешь себя полным сил

Добрые советы
Однопартийная Рада: чего ждать от нового украинского парламента Однопартийная Рада: чего ждать от нового украинского парламента

​Результаты парламентских выборов подтверждают триумф партии «Слуга народа»

Forbes
Обзор беспроводного пылесоса Dyson V11 Absolute: чисто и дорого Обзор беспроводного пылесоса Dyson V11 Absolute: чисто и дорого

Тестируем продвинутый вертикальный пылесос от Dyson

CHIP
Найти работу по душе: 5 шагов Найти работу по душе: 5 шагов

Как поставить знак равенства между любимым занятием и работой?

Psychologies
Как разговаривать с детьми, чтобы они чувствовали себя любимыми Как разговаривать с детьми, чтобы они чувствовали себя любимыми

Построить с детьми доверительные отношения — стоящая цель для родителей

Psychologies
Пока не попросили вернуть: любимые бренды российских звезд Пока не попросили вернуть: любимые бренды российских звезд

Кто стал фаворитами Ханны, Филиппа Киркорова, Ольги Бузовой и других

Cosmopolitan
«Гриффон» и «Ягуар»: новейшие бронемашины французской армии «Гриффон» и «Ягуар»: новейшие бронемашины французской армии

Новейший бронетранспортер Griffon

Популярная механика
Наследник ювелирной династии Buccellati: «Русских клиентов нужно удивлять» Наследник ювелирной династии Buccellati: «Русских клиентов нужно удивлять»

Ювелирному дому Buccellati исполнилось сто лет

Forbes
Леонардо ДиКаприо и Брэд Питт: «Мы как будто выиграли в лотерею» Леонардо ДиКаприо и Брэд Питт: «Мы как будто выиграли в лотерею»

Тарантино назвал совместную работу ДиКаприо и Брэда Питта дуэтом десятилетия

GQ
Кисточкам пора на пенсию: выбираем электрический краскопульт для дома Кисточкам пора на пенсию: выбираем электрический краскопульт для дома

Критерии выбора краскопульта и рейтинг лучших электрических краскопультов

CHIP
Сказка о геологе Джеке Шмитте, который стал астронавтом и побывал на Луне Сказка о геологе Джеке Шмитте, который стал астронавтом и побывал на Луне

Рассказы о науке

Наука и жизнь
Зарплаты половины россиян оказались меньше 35 000 рублей Зарплаты половины россиян оказались меньше 35 000 рублей

Наибольшие зарплаты — у рыболовов

Forbes
Читаем на каникулах: 10 главных детских книг лета по версии Forbes Life Читаем на каникулах: 10 главных детских книг лета по версии Forbes Life

10 новых детских книг о взрослении, дружбе, любви

Forbes
Вселенная вибрирующих струн. Как выглядит подлинная реальность с точки зрения физика-теоретика Вселенная вибрирующих струн. Как выглядит подлинная реальность с точки зрения физика-теоретика

В МГУ начал работу Институт теоретической и математической физики

Русский репортер
Обзор внешнего SSD Transcend ESD240C: компактный и быстрый Обзор внешнего SSD Transcend ESD240C: компактный и быстрый

Тестируем самый миниатюрный SSD-накопитель емкостью 240 Гбайт

CHIP
Брать или нет: тест умных, но бюджетных часов Y1 c функцией телефона Брать или нет: тест умных, но бюджетных часов Y1 c функцией телефона

Умные часы Y1 обладают неоспоримым преимуществом перед фитнес браслетами

CHIP
#прохобби: тревел-бизнес и барабаны Александра Гладилина #прохобби: тревел-бизнес и барабаны Александра Гладилина

Генеральный директор «Туту Агентство» рассказал о проектах и тревел-лайфхаках

РБК
Дарья Донцова: «Не люблю, когда муж молчит» Дарья Донцова: «Не люблю, когда муж молчит»

Писательница призналась, как приходят идеи для сцен самых ужасных убийств

StarHit
Земля ниже ветра Земля ниже ветра

Моё поколение познавало мир, путешествуя вместе с героями книг

Наука и жизнь
Встать на рейд Встать на рейд

Маршрут для легендарного Севастополя и его окрестностей

Лиза
Лили Джеймс: «Любовь и музыка – больше ничего и не нужно» Лили Джеймс: «Любовь и музыка – больше ничего и не нужно»

Каково жить в мире, где нет The Beatles, Гарри Поттера и кока-колы?

Cosmopolitan
Арестованный экс-владелец Антипинского НПЗ попробует вернуть его себе Арестованный экс-владелец Антипинского НПЗ попробует вернуть его себе

Госбанк забрал завод за долги и инициировал уголовное дело против бизнесмена

Forbes
Какая батарейка нужна для материнской платы и как ее установить Какая батарейка нужна для материнской платы и как ее установить

Что за батарейка в материнской плате, для чего она нужна и как ее заменить

CHIP
Тейлор Свифт, Бейонсе и Черная вдова. Самые высокооплачиваемые женщины шоу-бизнеса-2019 Тейлор Свифт, Бейонсе и Черная вдова. Самые высокооплачиваемые женщины шоу-бизнеса-2019

Кто из женщин-звезд шоу бизнеса за минувшие 12 месяцев заработал больше всех

Forbes
Зеленый – новый черный Зеленый – новый черный

Как мода становится экологичной

Домашний Очаг
От диктофона до мирового хита: Sony Walkman — 40 лет От диктофона до мирового хита: Sony Walkman — 40 лет

1 июля 1979 года начались продажи революционного аудиоустройства

Популярная механика
Кто управляет российским футболом? Кто управляет российским футболом?

Рассказываем о восьми людях, без которых нельзя представить футбол в России

GQ
Станет ли инстаграм без лайков более «здоровым» Станет ли инстаграм без лайков более «здоровым»

Руководство инстаграма намеревается спрятать количество лайков от пользователей

Vogue
Боишься летать на самолете? 6 лайфхаков, которые помогут успокоиться Боишься летать на самолете? 6 лайфхаков, которые помогут успокоиться

Бояться — это нормально, но страх можно победить!

Playboy
Актриса «Брестской крепости» перед гибелью в реке пошутила о последней сигарете Актриса «Брестской крепости» перед гибелью в реке пошутила о последней сигарете

Муж погибшей на Аляске Вероники Никоновой рассказал, почему не смог спасти ее

Cosmopolitan
Открыть в приложении