Формування та розвиток Землі в докембрії
В даний час майже одностайно визнається, що наша планета разом із Сонцем та іншими планетами утворилася з газопилової хмари, що включала і досить великі уламки, під впливом імпульсу, пов'язаного зі спалахом Наднової зірки. У складі тіл Сонячної системи є важкі елементи, які не могли синтезуватися в термодинамічних умовах Сонячної системи і з'явилися завдяки нуклеосинтезу під час спалаху Наднової. Крім того, цей спалах повинен був породити гравітаційну хвилю, яка безпосередньо сприяла стиску газопилової хмари і початку конденсації його розсіяного матеріалу.
Формування планети Земля шляхом акреції, або акумуляції конденсованих частинок, планетезималей в окремі згущення) мало протікати дуже швидко, протягом сотні мільйонів років. Спочатку утворилося внутрішнє ядро, а зовнішнє виникло вже пізніше, в ході глибинної диференціації мантійного матеріалу на залізо, ймовірно, з домішкою нікелю, що стікає в ядро, і силікати, що піднімаються в мантію. Ця диференціація, поступово сповільнюючись, продовжується і до теперішнього часу, супроводжуючись виділенням тепла. 3,5 млрд. років тому зовнішнє ядро Землі вже існувало і було розплавленим, бо відтоді породи земної кори виявляють залишкову намагніченість.
Земля вже в процесі акреції повинна була істотно розігрітися внаслідок зіткнення планетезималей, що складали її, виділення ядра і розпаду природно-радіоактивних елементів, деякі з яких: Al 26 і I 127 до теперішнього моменту вимерли. Місяць виник трохи пізніше Землі, близько 4,4 млрд. років тому. Розігрів Землі на ранній стадії її розвитку міг викликати, плавлення не тількизовнішнього ядра, а й поверхневих частин планети, до виникнення так званого магматичного океану. За іншою версією, найбільш поверхнева частина твердої Землі була розплавлена, але розплавлена зона – прототип астеносфери – виникла невеликий глибині. Так чи інакше. Це створювало умови виплавлення з мантії первинної кори базальтового складу. Найстародавніші породи Землі гренландські кварцити мають вік 4,7 млрд. років. Архейські породи виявлені також в Австралії, Українському щиті, Канадському щиті. Згодом хімічний склад континентальної кори змінився з базальтового на сучасний, гранітний, це сталося 2500 млн років тому
Важливим фактором розвитку Землі на даному етапі і трохи пізніше, в інтервалі 4,2-3,8 млрд. років - мало бути ще метеоритне бомбардування. Якщо розплавлений шар знаходився на певній глибині під твердим шаром, найбільші метеорити при падінні могли пробивати цей шар і утворювати кратери, які заповнювали базальтовою лавою.
Вже цьому етапі могла почати формуватися атмосфера Землі. Припускають, що початок цього процесу поклало виділення газів при зіткненні планетезималей. Але гідросфери виникла пізніше, оскільки поверхню Землі якщо і була розплавленою, то, у разі, мала досить високої температурою.
В даний час отримані дані про наявність вільного кисню у докембрії. Присутність високоокислених сполук заліза у червоних смугах залізних руд докембрію свідчить про наявність вільного кисню. Склад атмосфери змінювався постійно і регулювався як процесами дегазації мантії, так і фізико-хімічними факторами, які мали місце на поверхні Землі, включаючи охолодження і зниження температуридовкілля. Крім того, у формуванні атмосфери брали участь живі організми.
Походження вод гідросфери також нерозривно пов'язане з історією летких речовин. Виділення останніх взаємозалежне з магматичними процесами, тобто. кожне вилив базальтової чи андезитової лави приносило на поверхню Землі певну порцію води. Кількість такої, ювенільної води при виверженнях сучасних вулканів коливається зазвичай у межах 3-5 %, а в ряді випадків до 8 % по відношенню до маси порід, що вилилися.
Поверхня новонародженої Землі перевищувала 100 0 З, і вода деякий час у пароподібному стані формувала атмосферу. При падінні температури нижче 100 0 С, що ймовірно відбувалося в полярних областях, почалася конденсація води та утворення первинних водойм. Умови поверхні планети стали підкорятися широтній зональності у зв'язку з особливостями розподілу сонячної радіації. Протягом пізнього докембрію (1800-570 млн. років тому) океанічні води за складом наблизилися до сучасних.
До початку архея протоконтинентальна кора виступала над поверхнею мілководного протоокеану окремими островами, а ці острови стали ядрами майбутніх материків. У середньому та пізньому археї 3,5-2,5 млрд. років тому з'явилася перша Пангея. Виникає процес метаморфізму, Потужність континентальної кори сягає вже 30-35 км. А її площа становить не менше ніж 70 % від загальної площі сучасної континентальної кори. З'являється процес субдукції. Виникає первинний океан епіархейська Панталасса, менш глибокий, ніж сучасний світовий океан. На стику архея та протерозою Пангея розпадається. На її уламках вже диференціюються платформи та складчасті області. У протерозої на континентах з'являються рифтогенні структури, протосинкліналі, авлакогени, розломита інші геологічні структури. У середньому протерозою (1,7-1 млрд. років тому) утворюється друга Пангея, що розпалася наприкінці протерозою, активізується вулканізм/
Освіта первинної біосфери Землі, природно, було з виділенням її поверхні атмосфери, гідросфери, продуктів вивітрювання ювенільних порід і живої речовини. Основні причини появи життя й біосфери Землі з'явилися наприкінці охолодження первинної газової прото планетної туманності. На останніх етапах охолодження в результаті радіохімічних і каталітичних реакцій між біофільними елементами утворилися численні органічні сполуки, що зумовили, хоча (хоча ця точка зору є спірною) поява ДНК і високомолекулярних систем, що саморозвиваються. Найпізніші конденсати сонячної туманності при об'єднанні в компактні маси дали освіту родоначальних тіл вуглистих хондритів. Тому можна вважати, що матеріал, який завершив побудову первинної мантії нашої планети, був аналогічним до матеріалу вуглистих хондритів. За розрахунками Дж. Брукса ймовірна кількість первинної органічної речовини небіологічного походження, що надійшла на Землю з 4,6 до 3,8 млрд. років тому, склала 0,2 10 8 тонн амінокислот, n 10 7 т формальдегіду і n 10 12 т органічних полімерів за рахунок осадження матеріалу типу кутистих хондритів. В даний час існує думка, що життя на Землі існує стільки ж часу, скільки і сама наша планета
Найбільш давніми, морфологічно добре вираженими, слідами життя у ранньому докембрії є органогенні утворення – строматоліти. Вони є біогерми, що виникли на дні мілководних басейнів і мають опуклу або нерівну поверхню і складну шаруватість. Тонкі нашарування створюються найчастішекарбонатом кальцію внаслідок діяльності прокаріотів – синьо-зелених водоростей та бактерій. Бактеріоподібні та водоростеподібні утворення виявлені у різноманітних гірських породах у Південній Африці, Північній Америці та Австралії, породах віком близько 3,5 млрд. років тому. У західногранландських породах віком 3,8 млрд років виявлено сліди фотосинтезуючих організмів. Цими організмами могли бути синьо-зелені водорості, ціанобактерії чи їхні предки. Вважається, що еволюційний рівень фотоавтотрофного життя було досягнуто 4,55-4,00 млрд років тому. Протягом докембрію у освітленій зоні древніх морів розвивалися переважно одноклітинні організми та водорості. У прокаріотів, сліди яких виявлені у ранньому докембрії, харчування було автотрофним. Строматоліти, як біогенні будівлі далекого минулого біосфери, утворилися при накопиченні тонкого осаду карбонату кальцію, який захоплюють фотосинтезуючими організмами мікробних асоціацій.
Перші водорості еукаріоти виникли у планктонних асоціаціях відкритих вод. Завершення виняткового панування прокаріотів відбулося приблизно до дати 1400 млн років тому, хоча перші еукаріоти з'явилися значно раніше. Так, за деякими даними, вигляд викопних залишків вони з'явилися близько 1900 млн років тому. Для свого розвитку еукаріоти потребували кисню і все більше конкурували з прокаріотами в тих сферах біосфери, де з'являвся вільний кисень. Тим не менш, еукаріоти потребували прокаріотів у процесі обміну речовин і, створюючи єдині екосистеми в стародавніх морях, тривалий час співіснували. Поява еукаріотів створила важливу передумову для зародження в рифеї (пізньому протерозої) багатоклітинних рослин та тварин. Таким чином, надзвичайно тривала ера панування бактерійі синьо-зелених водоростей, що досягли у водах древніх океанів значного розмаїття форм і фарб протягом пізнього рифею (1000-570 млн. років тому), завершилася появою багатоклітинних водних еукаріотів. Численні бурі та червоні водорості стають все більш різноманітними. На думку Б. С. Соколова (1979). Багатоклітинні рослини та тварини з'явилися майже одночасно. У відкладеннях венда, що передував кембрійському періоду, трапляються різноманітні представники водних рослин. Найчастіше зустрічаються багатоклітинні водорості, слані яких переповнюють товщі вендських відкладень - глин і пісковиків, а також макропланктонні водорості, колоніальні, спіралеподібні, нитчасті та інші форми. Еволюція рослин переважно протікала в морському середовищі. У ній виникли та розвивалися водорості, які належать до групи нижчих водних рослин. Їхнє тіло ще не диференційоване на коріння, листя та інші форми, характерні для вищих рослин. Все тіло складається з відносно однорідної тканини – слані або талусу. Словник побудований з численних клітин, подібних за своїм виглядом та функцій. В історичній послідовності водорості пройшли тривалий період розвитку та в загальному геохімічному кругообігу речовини зіграли роль потужного генератора вільного кисню. Виникнення та розвиток різних водоростей – джгутикових, зелених, бурих, червоних, харових та діатомових мало вкрай нерівномірний характер у геологічній історії. Одні з них з'явилися наприкінці рифею, інші у мезозої.
Вихід живих організмів на сушу стався близько 1200 млн років тому ними стали нитчасті ціанобактерії, а непрямі свідчення наземної рослинності виявлено у відкладеннях з віком 2400 млн років. Ймовірно, вищі рослини походять від наземних.водоростей. Перші представники наземної рослинності зростали на берегах озер та лагун. Тут з'явилися рослини, нижня частина яких була у воді, а верхня в повітряному середовищі. Найперші великі представники наземної рослинності розвинули кореневу систему та отримали можливість використовувати ґрунтові води, що сприяло їх виживанню у посушливі періоди. Масове завоювання поверхні континентів рослинами почалося в палеозої.
Рослинність пізнього докембрію
Історія тварин почалася з появою найпростіших одноклітинних організмів (Ргоtоzоа), які відповіли від загального стовбура з рослинами в протерозойську еру. Тваринний світ виник за умов окислювальної біосфери Землі. Тварини втратили здатність природного синтезу амінокислот та деяких інших органічних сполук, і стали одержувати їх гетеротрофним шляхом зі світу рослин. В той же час життя тварин виявилося пов'язаним з процесами окислення через дихання та фіксацію кисню в пігментах крові. Одним із важливих етапів у розвитку тварин стала поява багатоклітинних організмів (Метазоа). Ймовірною причиною появи багатоклітинних організмів була колоніальність, що виникла як наслідок порушень безстатевого розмноження (клітини розділилися, але не розійшлися). Виникнення багатоклітинних організмів можна уявити так. Спочатку клітини, що входять до складу колонії, були однаковими, але потім почався їх поділ за функціями. Виникла диференціація: сприймають їжу, що визначають рухливість і відтворювані клітини. Можна вважати, що на першому етапі еволюції багатоклітинні існували саме такі плаваючі та досить примітивні організми-гетеротрофи. Найбільш ймовірними предками багатоклітинних були безбарвніджгутиконосці. Масовий розвиток багатоклітинних безхребетних протікав у завершальному періоді протерозою, у так званому венді (680-600 млн років тому). У різних, значно віддалених один від одного геологічних розрізах цього підрозділу були виявлені залишки багатоклітинних м'якотілих морських безхребетних тварин. Вендська фауна виявилася представленою десятками видів пелагічних та бентосних пологів кишковопорожнинних, аннелід, членистоногих та погонофор. Дуже важливі зміни в історії розвитку безхребетних тварин відбулися на межі венду та кембрійського періоду. Вони висловилися у цьому, що з морських тварин виникли тверді частини тіла – покриви, раковини, внутрішній скелет. Утворення твердих частин тіла, як прояв біомінералізації, відбувалося у різних груп безхребетних у різний час. Так у низькоорганізованих груп воно почалося ще в середині венду, в інших переважно в кембрії, у високоорганізованих груп - молюсків - в ордовику. Тверді частини тіла будувалися переважно з карбонатів кальцію, фосфатів та кремнезему різних поліморфних модифікацій. Поява твердих частин, що збільшують міцність тіла і захищають від ушкодження, дозволило древнім тваринам зайняти більш великі місця проживання, уможливило їх накопичення в районах морських узбереж.