Земля дуже стара і дуже велика, і за багато століть на ній накопичилося безліч мікроскопічних деталей, які не завжди можна було роздивитись. Сучасні технології демонструють неймовірний вид крихітних речей, які або залишилися з часів серйозних природних і людських подій в минулому, або продовжують тримати планету в узді до сьогодні.

Стоп-кадр формування Сонячної системи

Це тонкий зріз метеорита віком чотири з половиною мільярди років. Круглі плями, звані хондр (хондрули), визначили назву цих метеоритів – хондрити. Сьогодні хондрити показують вченим, як в точності формувалася Землі і інша частина Сонячної системи.

Хондрити старше, ніж пил, бруд і пісок, в буквальному сенсі. Вони утворилися, коли Сонячна система була всього лише хмарою міжзоряного пилу, деяка частина якої сплавилася в хондри. Інша її частина почала скупчуватися разом у великі об’єкти з більшою гравітацією. Цей процес тривав, поки в центрі хмари не запалився зірка – наше Сонце. Те, що залишилося від пилу і хондр, стало планетами, місяцями, астероїдами і кометами.

Після цього всі планети стали досить великими, щоб розвиватися самостійно. Оригінального матеріалу на сьогодні не залишилося, тому хондрити є важливими для вивчення.

Астероїди і деякі інші об’єкти були занадто малі, щоб продовжувати розвиватися, і просто зависли в Сонячній системі на мільярди років, іноді розбився і падаючи на Землю. Тепер вчені знають, що яскраві хондри, показані вище, входять в матеріал з оригінального міжзоряного хмарного пилу, з якої утворилася наша Сонячна система.

10 наукових питань, на які кожен повинен знати відповідь.

Можливі цеглинки життя в космосі

Це розмите і, здається, розфокусовані зображення – справжній еквівалент хімічних формул, які ви бачили в підручниках. Воно зроблене за допомогою вкрай цікавого інструменту – «безконтактного атомно-силового мікроскопа» – і демонструє атоми вуглецю і водню, пов’язані разом в три бензольних кільця.

Астробіологи люблять шестиграну бензолову структуру, оскільки з неї можуть збиратися самі різні типи молекул, які можна зустріти в космосі, в тому числі і поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ). З цих та інших органічних молекул на основі вуглецю складається майже половина пилових і газових хмар, що плавають між зірками.

Оскільки в основі життя на Землі лежить вуглець, надзвичайно цікаво, чи не прийшов він з цих міжзоряних органічних молекул. Ніхто не знає напевно, але вчені NASA зробили приголомшливе відкриття, вивчаючи ПАУ. Вони піддали піримідин, матеріал, що нагадує ПАУ, впливу суворих умов космосу, відтворених в лабораторії. В результаті утворився урацил, цитозин і тимін – три матеріалу, виявлених в генетичному матеріалі всіх форм життя на Землі.

Одного разу експерти з’ясують, з чого почалося життя на Землі. Зате ми вже знаємо, що з моменту виникнення життя зазнала ряд масових вимирань. Можливо, найгірше з усіх викликали такі маленькі створіння.

Ціанобактерії: клітини, які подарували Землі кисень

На цьому знімку саме те, що ви думаєте: купа бактеріальних клітин під мікроскопом. Ці створіння були відомі як синьо-зелені водорості, але сьогодні звуться «ціанобактерії». Перший дивовижний факт про ці клітинах: їм мільярд років. Вчені витягли їх з геологічних відкладень в Австралії віком мільярд років, разом з 29 іншими видами.

Як можуть бактерії залишити скам’янілості? Ціанобактерії більше інших бактерій і володіють товстими клітинними стінками. Вони живуть в матах, які складають шаруваті структури – строматоліти і онколіти. Стародавні строматоліти, будучи розрізаними на надзвичайно тонкі пластинки, іноді виявляють скам’янілі ціанобактерії – як на цьому знімку.

Інший дивовижний факт полягає в тому, що без цих ціанобактерій на знімку і без інших, схожих на них, життя на Землі, якою ми її знаємо, не існувало б. У своїй юності атмосфера Землі нагадувала задимлене повітря місяця Сатурна Титан. Він був токсичний сучасного життя, але деякі мікроби, в тому числі і ціанобактерії, могли з ним уживатися. Приблизно 2,3 мільярда років тому ціанобактерії розвинули здатність жити за рахунок сонячного світла в процесі фотосинтезу. Одним з побічних ефектів фотосинтезу є кисень, який був смертельним для мікробів, які воліли зміг. Оскільки ціанобактерій було надзвичайно багато, так звана Киснева катастрофа змінила атмосферу планети і, ймовірно, викликала масове вимирання на Землі. Проте вона також заклала основу для сучасних тварин і рослин.

Було й інше потужне подія – Велике вимирання – після якого практично все життя на Землі зникла. Однією з причин цього вимирання були…

Сибірські трапи

Так геологи називають тонкий зріз скелі, дуже тонкий. Якщо поглянути на нього під мікроскопом з використанням поляризованого світла, за кольором можна ідентифікувати різні мінерали.

Це тонкий зріз лейкократовими габро. Біла частина картини – мінерал плагіоклаза, а синя – амфібол. Зверніть увагу, як мінерали злиплися разом; вони загрузли в потоці чорного матеріалу, який можна представити мляво поточним, подібно гавайської лаві, зліва направо на цьому знімку.

Колись цей матеріал розливався у стилі гавайської лави з-під землі на території, де зараз знаходиться Сибір, близько 250 мільйонів років тому. Затоплення сибірських трапів сталося під час пермського періоду майже одночасно з найбільшим масовим вимиранням життя на Землі. Базальтовий повінь протривав один мільйон років. Було багато лави – достатньо, щоб втопити Сибір під кілометровою товщею.

Земного життя довелося несолодко. Хоча в ході Великого вимирання проявилися й інші фактори, гази і попіл виверження заблокували сонячне світло, а з лави вирвалися отруйні гази, що отруїли повітря і воду. У ході цього періоду на Землі зникло 93-97% життя.

Деякі вважають, що повінь було викликано мантійним плюмом; інші думають, що воно пов’язане з тектонікою плит. Сибірська лава мовчить, але мовчання її смертоносних кристалів вельми красномовно. Земля проходить через цикли життя і смерті. Деякі записуються в її породах, але атмосфера записів не зберігає. Або зберігає?

Атмосфера Землі 420 тисяч років тому

Ці крихітні бульбашки повітря не з’являються у воді. Вони були заморожені в льоді сотні тисяч років тому. Аналіз цього повітря розповів вченим багато чого про стародавній клімат Землі, як він змінювався з часом і як може змінитися в майбутньому.

Як повітря потрапив в лід і як визначили його вік? Кристали снігу вловлюють повітря в міру падіння на Землю. Якщо сніг не тане, він перетворюється на льодовик з бульбашками повітря. Іноді льодовики переміщаються по горизонталі, пливуть по воді і землі, але по вертикалі їх розташування не змінюється. Таким чином, вчені можуть визначити вік різних горизонтальних льодових шарів без вуглецевого датування – молоді шари завжди зверху. Власне, так і визначили, що бульбашкове повітря, виявлені в керні льоду Антарктиди і Гренландії, містять частинки атмосфери віком 420 тисяч років.

Зміни у кількості діоксиду вуглецю в повітрі виразно впливають на клімат. Сьогодні це вважається великою проблемою, але, на щастя, крихітні морські створення допомагають нам з нею впоратися.

Головний переробник вуглецю

Це не супутниковий знімок лісу з дорогою навколо нього. Це мікроскопічний вигляд Alteromonas, нещодавно виявлених бактерій, які відіграють велику роль в утриманні вуглекислого газу (CO2) під контролем.

Вуглець існує всюди на Землі. Він присутній в повітрі в певній концентрації, яку допомагають контролювати земні океани. Морська вода поглинає і вивільняє атмосферне вуглекислий газ. Планктон харчується вугіллям, яке поглинається. Коли вони вмирають, їхні тіла опускаються на дно океану, де ними харчуються бактерії. Потім бактерії вивільняють вуглекислий газ, який в кінцевому підсумку повертається в атмосферу Землі.

Принаймні вчені думають, що так відбувається. Велика частина процесу відбувається глибоко під океаном, куди вчені дістатися не можуть. Колись вважалося, що в процесі бере участь безліч різних бактерій. Проте нещодавно виявили, що одні Alteromonas їдять, що називається, за сімох. Це відкриття істотно полегшило створення моделі кругообігу вуглецю в океані.

Рослини віком дев’ять мільйонів років

Рослини допомагають зберігати атмосферу придатної для дихання. Шматочки зверху – це миттєво скам’янілі рослини під час падіння метеорита мільйони років тому. Вчені поняття не мають, як органічна речовина змогло витримати стільки тепла. Завдяки цьому відкриттю, ми знаємо, що життя на Марсі, якщо вона коли-небудь була, могла зберегтися таким же чином.

Ось що сталося: серія з семи різних космічних об’єктів впала на території сучасної Аргентини порядку дев’яти мільйонів років тому. Земля там була покрита порошкоподібної грунтом під назвою лес, яка плавилася і швидко перетворювалася на скло. Вчені провели ряд експериментів, і після низки невдач виявилося, що при температурі близько 1480 градусів за Цельсієм вода в зовнішніх шарах рослини поглинає досить тепла, щоб захистити внутрішню тендітну структуру. Щось схоже відбувається, коли ви запихаєте їжу.

Марс теж покритий лесом і володіє безліччю кратерів. Вже мільярди років на Червоній планеті немає озер і річок, але колись, можливо, були. На Марсі могло бути життя, і цілком імовірно, що у разі вдалого збігу обставин, при падінні метеорита, її також могло захистити лісове скло, як у випадку з рослинами на Землі.

Стоп-кадр найбільшого з останніх вивержень вулканів

 

Цей знімок схожий на наближений вигляд «Зоряною ночі» Ван Гога, але насправді це ще один геологічний тонкий зріз вулканічної породи. Тільки в ньому багато гострих кутів. Це виверження було жорстоким, це вам не млява гавайська лава.

Великі шматки – це розбиті фрагменти мінералів. Вони знаходяться в розплавленої породи, яка текла навколо. Якщо придивитися, можна побачити темні порожнечі в розпиляне камені, які витягуються подібно розплавленої карамелі.

Це невеликий шматочок крутого виверження Тоба, що відбувся близько 75 000 років тому. Це виверження стало найбільшим в історії людства, викинувши 2 900 квадратних кілометрів магми і три трильйони кілограмів сірки в небо. Мінеральні кристали розщепилися на уламку, коли стався вибух. Через кілька секунд вони виявилися ув’язненими в гарячому загазованому вулканічному попелу. Газ швидко розсіюється, залишаючи прогалини в частинках попелу, які виглядають чорними в поляризованому світлі. Десятки тисяч років потому геологи вивчають ці осколки і уражаються жорстокості Тоба. Попіл виверження розлетівся над Східною Африкою на 7 000 кілометрів.

Приборкувачі вогню

На цьому знімку все просто. Жовтувато-коричневе речовина – це бруд, частинки світлі – попіл деревного вогню, а темно-сіре – матеріал рослини, яке було частково спалене. Що дивно, це доказ того, що люди приборкали вогонь мільйон років тому – набагато раніше, ніж очікувалося.

Оцінки точної дати приручення вогню завжди були хиткими. Важко сказати, чи є шари доісторичного попелу залишками лісової пожежі або ж з’явилися в процесі приготування їжі. Кілька років тому застосували просунуті технології на попелищі. Попіл взяли з вогнища в печері Південної Африки віком мільйон років. Він був незайманий і не міг з’явитися внаслідок природних процесів. Неподалік були знайдені кам’яні знаряддя праці.

Перед нами попелясті останки рослини, яких хтось, можливо Homo erectus, приніс у печеру мільйон років тому. І він не був вегетаріанцем, тому що спалені кістки теж були виявлені неподалік.

Влада над вогнем стала наріжним каменем у нашому перетворенні на господарів Землі, якими ми вважаємо себе сьогодні. Проте чи дійсно ми господарі? Вчені починають розуміти, що найбільша маса живих організмів на Землі може насправді ховатися в скелястій корі під океанами. І ці крихітні істоти називаються…

Ендоліти

Найпростіший спосіб обізвати ці крихітні зелені речі: «Скорочення мінеральні стебла, вироблені окислюючими залізо бактеріями, витягнуті в ході експериментів з інкубації мінералів із свердловин Хуан-де-Фука».

Важливе слово тут – свердловини. Вчені пробурили морське дно і виявили, що там живуть бактерії. Ці крихітні мешканці каменів під назвою Ендоліти були там і раніше. Вони живуть в каменях і їдять його. Вчені давно знали про них, але тільки недавно почали підозрювати, що Ендоліти на Землі може бути дуже і дуже багато.

Велика частина Землі покрита океанічної корою. Дно океану складається з базальтової лави, яка вивергається в серединно-океанічних хребтах, а потім переміщається від хребтів по свого роду конвеєрній стрічці. Там є багато води і тепла, необхідних для процвітання земного життя. Крім того, водне життя відмінно відчуває себе в серединно-океанічного хребта у гідротермальних джерел. Чому б їй не процвітати всередині морського дна?

Тепер уявіть, що вся океанічна кора населена живими істотами. Вчені, які зробили цей знімок зелених стебел Ендоліти, вважають, що в морському дні може бути більше біомаси, ніж на суші і в морі, разом узятих.