Катархей и архей кратко

Обновлено: 04.07.2024

Докембрий, или криптозой является самым ранним временем в геологической истории нашей планеты, начиная с образования Земли 4,6 млрд лет назад до начала кембрийского периода палеозойской эры около 542 млн лет назад.

Докембрий считается суперэоном, который включает такие эоны, как катархей, архей и протерозой. Криптозой сменился фанерозойским эоном.

Возникновение Земли

Земля начала формироваться более чем 4,6 млрд лет назад из того же облака газов (в основном водорода и гелия) и межзвездной пыли, которая сформировала Солнце, остальную солнечную систему и даже нашу галактику. На самом деле Земля все еще формируется и остывает от галактической имплозии, которая создала другие звезды и планетные системы в нашей галактике. Этот процесс начался около 13,6 млрд лет назад, когда стал развиваться Млечный Путь.

Когда наша солнечная система начала объединяться, Солнце образовалось из облака пыли и газа, которые продолжали сжиматься с помощью гравитационных сил. Это заставило его пройти процесс слияния и стать источником света, тепла и другого излучения. Во время этого процесса оставшиеся облака газа и пыли, которые окружали Солнце, начали формироваться в более мелкие объекты, называемые планетезималями, которые в конечном итоге образовали планеты, известные нам сегодня.

Земля пережила период катастрофического и интенсивного образования около 4,6-4,4 млрд лет назад. Приблизительно 4,1-3,8 млрд лет назад она превратилась в планету с атмосферой (не такой, как сегодня) и океаном. Считается, что первые признаки жизни появились только около 3,5 млрд лет назад.

Эоны и эры докембрия

Катархей

Земля сформировалась при такой высокой температуре и давлении, что поначалу она была словно расплавленная. Первые миллиарды лет образования Земли (4,6-4,0 млрд лет назад) приходятся на катархей, когда наша планета непрерывно бомбардировалась остатками пыли и обломков (включая астероиды, метеориды и кометы) до тех пор, пока полностью не сформировалась.

Когда Земля начала принимать твердую форму, в ее атмосфере не было свободного кислорода. Было так жарко, что капли воды в атмосфере не могли оседать, чтобы образовать поверхностные воды или лед. Во время катархея первая атмосфера состояла из гелия и водорода, поэтому ни один организм не мог бы выжить.

Вторая атмосфера Земли была сформирована главным образом из таких летучих соединений, как водяной пар, монооксид углерода, метан, аммиак, азот, диоксид углерода, хлористоводородная кислота и сера, вызванных постоянными извержениями вулканов, осаждавшими планету. Свободного кислорода в это время еще не было.

Около 4,1 миллиарда лет назад поверхность Земли – или кора – стала охлаждаться и стабилизироваться, создавая сплошную поверхность с ее скалистым ландшафтом. Облака образовались, когда Земля начала остывать, создавая огромные объемы дождевой воды, которые наполнили океаны.

Архей

В течение следующих 1,5 млрд лет (4,0 – 2,5 млрд лет назад) архейского эона зародилась первая жизнь.

Архейский эон подразделяется на четыре эры:

Эоархей (4,0-3,6 млрд лет назад);
Палеоархей (3,6-3,2 млрд лет назад);
Мезоархей (3,2-2,8 млрд лет назад);
Неоархей (2,8 – 2, 5 млрд лет назад).

Первая жизнь появилась в океане и большая часть живых организмов докембрия, была представлена прокариотическими одноклеточными организмами. На самом деле существует довольно богатая история бактерий и связанных одноклеточных организмов в летописи окаменелостей. Считается, что первые представители одноклеточных организмов появились в архейском домене.

Возраст самой старой окаменелости составляет около 3,5 млрд лет.

Ранние формы жизни напоминают цианобактерии. Это были фотосинтетические сине-зеленые водоросли, которые процветали в чрезвычайно горячей атмосфере, богатой углекислым газом.Их окаменелости обнаружены на побережье Западной Австралии.

Другие, подобные окаменелости были найдены во всем мире. Их возраст составляет около двух миллиардов лет.

С таким количеством фотосинтетических организмов, населяющих Землю, было только вопросом времени, когда атмосфера начала накапливать более высокие уровни кислорода, поскольку кислород является побочным продуктом фотосинтеза. Когда в атмосфере стало больше кислорода, появилось много новых видов, которые смогли использовать кислород для получения энергии.

Протерозой

Протерозой, который длился от 2,5 млрд до 542 млн лет назад стал свидетелем некоторых из самых захватывающих событий в истории жизни Земли.

Протерозойский эон был самым длительным в истории планеты и включал три эры:

Палеопротерозой (2,5-1,6 млрд лет назад);
Мезопротерозой (1,6 – 1 млрд лет назад);
Неопротерозой (1000 – 542 млн лет назад).

Свободный кислород начал расти примерно в середине протерозоя – около 1,8 млрд лет назад – и создал условия, позволяющие большей части существующей жизни выжить.

Архейская эра в геологии - самый древний, самый ранний период истории земной коры.
Нижнесилурийские и кембрийские отложения, заключающие богатую флору и фауну и составляющие основание всех осадочных образований земной коры, подстилаются мощной толщей глинистых и кристаллических сланцев, известняков, гнейсов и т. п. пород, частью вовсе лишенных органических остатков, частью крайне ими бедных.
В Америке, где впервые эта группа геологических памятников подверглась тщательному изучению, ее разбили на две подгруппы, на две системы, принятые и для всей Европы; но в последнее время в Америке стали склоняться к делению архейской группы на три системы.
Нижняя часть архейских, т. е. самых древних отложений, состоящая из гнейсов, гранулитов, гранитов, слюдяных сланцев, известняков и конгломератов, характеризуется сильным господством гнейсов, почти полным отсутствием следов органической жизни и носит название лаврентьевской системы (от р. св. Лаврентия), также системы первобытных, или первозданных, сланцев. Верхняя группа сложена преимущественно слюдяными и глинистыми сланцами, известняками, содержит больше остатков органической жизни, хотя также еще очень бедна ими, и называется системой первобытных, или первозданных, гнейсов, системой Гуронской (по Гуронскому оз.). Лаврентьевские гнейсы и сопровождающие их породы, по представлению многих геологов, являются первичной твердой корой земного шара, первой твердой оболочкой охлаждающегося огненно-жидкого земного шара. Предполагая, что вся вообще архейская группа лишена следов органической жизни, ее назвали азойской, т. е. лишенной органической жизни; после того как стали известны остатки животного и растительного царств в азойских отложениях, их правильнее (вместе с некоторыми геологами) стали называть агнотозойскими, т. е. такими, в которых органическая жизнь мало известна (частью даже вовсе неизвестна), но в которых она бесспорно существовала, так как следующие за ними кембрийские и силурийские отложения содержат уже сравнительно высоко организованную фауну, бесспорно имевшую многих предшественников. Неизмеримая древность архейских отложений, глубокая гидрохимическая и динамическая метаморфизация во многих случаях совершенно уничтожили или по крайней мере сильно замаскировали остатки органической жизни, сделали архейские породы "азойскими". Общая мощность архейских отложений превышает 3000 метров, древность не поддается определению числом столетий и тысячелетий, а определяется геологическими периодами.
В архейскую эру начали впервые обрисовываться материки и зародилась органическая жизнь. В лаврентьевских отложениях единственными ее следами является громадная корненожка (Eozoon Canadense), которая многими учеными рассматривается как родоначальник органической жизни, между тем как многие геологи отрицают вполне органическое происхождение Eozoon и видят в нем лишь минеральное конкрециозное образование.
Графит, очень распространенный в Лаврентьевских горных породах, свидетельствует в пользу существования растительных организмов. В гуронских породах, кроме углистых веществ (см. Шунгит), найдены остатки червей, иглокожих, водорослей.
Вулканическая деятельность, отличавшаяся в этот отдаленный период истории земной коры особой интенсивностью и массовым характером, доставила на земную поверхность громадные массы гранитов, диабазов, габбро и сиенитов. Золото, серебро, медные и железные руды, драгоценные камни (изумруды, турмалины, хризобериллы и т. п.) очень распространены в архейских породах.
В России в этом отношении выделяется Урал, играющий по своим минеральным богатствам первенствующую роль во всей Европе. Остатки архейской эры в виде различных архейских пород покрывают значительные площади Америки, Азии, Европы (Скандинавия, Богемия, Бавария, Саксония, Шотландия, Альпы и т. д.).
В России архейские отложения, в особенности лаврентьевские, пользуются значительным развитием в Олонецкой и Архангельской губ., также в Тиманском кряже на Урале, в Днепровской кристаллической полосе (Волынск., Подольск., Екатеринославская, Воронежская губ. и т. д.), а также в некоторых частях Сибири (Подкаменная Тунгуска, Саянский и Яблоновый хребты, Байкал)

24 прокариотные организмы. Появление в палеонтологической летописи Земли. Включение в биогеохимические циклы планеты

Биотические процессы определяют цикл органического углерода. Ключевой реакцией служит образование биомассы при фотосинтезе, пропорциональное освещаемой дневной поверхности. Реакция ассимиляции с самого начала осуществлялась по рибулозобисфосфатному пути, как об этом можно судить по изотопному составу керогена древних пород с обогащением легким изотопом углерода близким 25 х 10~3. Какова была освещенная поверхность, пригодная для цианобак-терий? По-видимому, она не сильно отличалась от суммы площадей воды и суши, занятых фитопланктоном и растениями в настоящее время. Цианобактериальный мат относится к биоценозам организмов с коротким жизненным циклом, быстро набирающим максимальную плотность до полного самозатенения, т.е. около 500-1000 мг хлорофилла/м2. Отсюда можно заключить, что ассимиляция С-СО2 составляла величину п х х 102 млрд. т С/год, где п составляет 1-2. При использовании современных значений для стока С-СО2 в ~ 145 кг/1кг хлорофилла проективного покрытия растительного покрова необходимо сделать поправки на стадии стока углерода соответственно времени пребывания, где стадиям соответствуют:

Gross Primary Production (GPP) - всяассимилированнаяуглекислота;

Netto Primary Production (NPP) - углерод первичного продуцента за год (фотоассимиляция минус дыхание растения, в том числе ночью, предполагается GPP = 2NPP);

Netto Ecosystem Production (NEP) - экосистем-ная продукция соответствует NPP минус дыхание органотрофов в экосистеме в течение года;

Netto Biome Production (NBP) - накопление углерода в ландшафте в течение десятилетий с образованием устойчивого органического вещества гумуса с временем пребывания ~ 1000 лет.

Для наших целей необходимо ввести понятие нетто-геосферной продукции Netto Geospheric Production (NGP), соответствующее захороненному углероду керогена и каустобиолитов с временем пребывания более 108 лет (геологический рецикл).

В избранном нами масштабе времени все остальные величины, кроме NGP, представляют малые величины динамических резервуаров с наиболее крупной величиной - устойчивым углеродом гумуса, куда входит и растворенное органическое вещество океана. Считается, что для водных экосистем logNGP = klogGPP и количество углерода, переходящего в устойчивую форму в осадках, пропорционально первичной продукции (Tyson, 1995), поскольку для водорослей с коротким жизненным циклом GPP ~ NPP. Из цикла выводится только устойчивый углерод, и таким образом скорость седиментации тонкодисперсных осадков глин контролирует создание кислородной атмосферы (см. рис. 1).

Ключевым этапом для начала образования ке-рогена в осадках фанерозоя служит переход из оксической в аноксическую зону с резким уменьшением скорости деструкции. Эта концепция явно непригодна для ранних этапов эволюции геосферно-биосферной системы, поскольку в атмосфере не было О2. Кислородная обстановка тогда создавалась в экосистемах на короткое дневное время, и в плотных скоплениях водорослей она могла достигать 100% вблизи пузырьков газа. Соответственно бактерии в непосредственной близости от цианобактерий должны были обладать окситолерантностью, хотя бы к стрессовым воздействиям кислорода, а возможно, и быть "half time" аэробами. Круглосуточный аэробиоз вряд ли имел место, а при стоке кислорода в океан создавались условия для микроаэрофилов, каковы многие водные микроорганизмы.

Ассимиляция СО2 происходит в молярном отношении СО2:Сорг:О2 = 1:1:1 по реакции СО2 + + Н2О = [СН2О] + О2. Реакция ассимиляции уравновешивается дыханием, осуществляющим обратную реакцию.

С циклом углерода связаны циклы азота и фосфора в отношении, определяемом их включением в биомассу. Для микробов отношение C:N:P = = 106:16:1.

В современных условиях лимитирующим биогеном чаще всего служит связанный азот. В про-кариотной атмосфере это было не так, поскольку многие прокариоты способны к ассимиляции N2, особенно в аноксических условиях. Ассимиляция N2 ведет к существенным дополнительным энергетическим затратам, но она не была безусловным ограничением. Таким образом, накопление связанного азота наряду с созданием кислородной атмосферы было необходимым предварительным условием для возможности появления эукариот-протист с фотосинтезом и дыханием как единственными путями метаболизма.

25.прокариотные биогеоценотические сообщества. Их роль в стабилизации состояния планеты.

История планеты Земля состоит из четырех эонов – отрезков времени, которые охватывают период от 4 млрд лет назад до современности. Самым первым из них является архей продолжительностью в 1,5 млрд лет. Термин для его обозначения был предложен американским геологом Джеймсом Дана в 1872 году.

Периодизация Архея

Архейской эре предшествовал катархей, но его осадочные породы неизвестны. Его нижней временной границей является время образования планеты Земля – 4,6 млрд лет назад, а закончился он 4 млрд лет назад.

Рис. 1. Архейская эра.

Периодов архейской эры геологи выделяют четыре:

Эоархей. 4-3,6 млрд лет назад. Формировалась земная кора, вулканические кратеры, соленые водоемы с горячей водой. Появились организмы – цианобактерии.
Палеоархей.

На период эоархей приходится так называемая “Поздняя тяжелая бомбардировка” – время формирования кратеров на Луне и Марсе.

Рис. 2. Архейская эра фауна.

Растения и организмы

Флора и фауна архея не особо разнообразны. В данный период на планете существовал только один вид растений – одноклеточные нитчатые водоросли (сфероморфид).

В дальнейшем водоросли привели к формированию лишайников. В архее появились одноклеточные безъядерные организмы, которые называются прокариоты. Они могли производить кислород и создавать условия для возникновения новых организмов. Существует спорная теория о зарождении в этот период эукариотов – организмов из царства грибов.

Цианобактерии архея найдены геологами в Канаде, Африке и в азиатской части России.

Они повлияли на возникновение кристаллов арагонита и на появление кремневых и карбонатных залежей.

Другие особенности архейского периода

Температура воды в архее составляла 90 градусов. Единственной сушей в мезоархее являлись вулканические острова, которые можно считать первыми горами. Других типов гор не могло появиться из-за отсутствия тектонической активности. В результате столкновения с крупным астероидом, 3 млрд лет назад на планете появился самый древний из кратеров. Он обнаружен в Гренландии. Первые снег и лед земного происхождения появились 2,9 млрд лет назад. Первое оледенение получило название – понгольское (в честь города Понгола в ЮАР).

К основным событиям завершающего этапа этого эона (неоархею) следует отнести превращение материка Ур в суперконтинент Кенорленд. Это произошло около 2,7 млрд лет назад. Позже, около 2,6 млрд лет назад, Кенорленд присоединился к суперконтиненту Арктида.

Следующей геологической эрой стал протерозой. Он продолжался 2 млрд лет и включал в себя: палеопротерозой, мезопротерозой и неопротерозой.

Рис. 3. Архей.

Что мы узнали?

Катархей (др.греч: ниже древнейшего) — самый первый геологический эон в истории развития Земли. Катархей начался с самого начала формирования Земли и длился на протяжении 600 миллионов лет, то есть начался 4,6 млрд лет назад и закончился 4 миллиарда лет назад.

Всего история Земли разделена на четыре эона — Катархей (4600-4000 млн. лет назад), Архей (4000-2500 млн. лет назад), Протерозой (2500-542 млн. лет назад) и Фанерозой (542 млн. лет назад — сегодня). Последние три эона делятся на эры и периоды, но только не катархей, так как этот период является самым первым, изначальным, больше того, учёные не находят отложения данного эона, что делает невозможным изучить его с геологической точки зрения. Первоначальная поверхность катархея, по выводам учёных, была уничтожена в последующий период (архей) в результате того, что погрузилась в расплавы верхней мантии.

По мнению учёных, в этот период Земля представляла собой безжизненное и пустое пространство с горячей поверхностью. Внешне Земля катархея была похожа на Луну. В период до 4 млрд. лет назад на планете ещё не сформировалась мантия и твёрдая поверхность, и планета представляла собой горячий шар в космосе. Температура поверхности составляла 230 °C. В те времена не существовало ни ядра, ни земли и океанов, не было атмосферы и гидросферы. Также не было вулканов, так как им было просто негде появиться. Земля состояла из первичного вещества с толстым слоем реголита на поверхности (остаточный грунт, верхний слой планетарной поверхности, который образовался от выветривания, осыпей, падения небесных тел и так далее).

В начале катархея сутки длились 6 часов. Луна в то время вращалась на расстоянии от Земли около 17 тыс. километров. К концу первого эона Луна отдалилась от Земли на расстояние около 150 тысяч километров (сегодня — 384 467 км).

Следующим после эона Катархей стал эон Архей, а первым периодом Архея — Эоархей.

Читайте также: