16. Życie eksplodowało i ginęło kilka razy, a jednak przetrwało

Początek biologicznego rozkwitu na Ziemi przypada na erę paleozoiczną w eonie noszącym nazwę Fanerozoik, który obejmuje „zaledwie” ostatnie około pół miliarda lat. Z zielenic wyeluowały wtedy (prawdopodobnie w okresie kambru) typowe rośliny lądowe, Ich najstarsze znalezione skamieniałości pochodzą sprzed 430 mln lat. Po erze paleozoicznej, trwającej około 290 mln lat, wyróżnia się erę mezozoiczną (kolejne około 185 mln lat) oraz obecną erę kenozoiczną (od 66 mln lat do teraz). W różnych źródłach można spotkać pewne rozbieżności co do milionów lat odgraniczających Fanerozoik od omówionych we wpisie nr 14 eonów (Hadeik, Archaik, Proterozoik) określanych łącznie jako Prekambr. Podobne różnice datowania dotyczą er – paleozoicznej, mezozoicznej i kenozoicznej w obrębie eonu Fanerozoiku. W poznawaniu historii Ziemi jeden milion w tę czy w drugą stronę nie ma większego znaczenia. Przynajmniej z mojego punktu widzenia.

Przy braku mocnych śladów (skamieniałości), jak rozwijało się ziemskie życie w Prekambrze, dane dowodowe tego rozwoju dla trwającego ostatnie 542/541 mln lat Fanerozoiku, są już bardzo wiarygodne. Bazują one na występowaniu charakterystycznych skamieniałości w różnych warstwach skał osadowych. Na ustalanie chronologii zachodzących na naszym globie procesów geologicznych (ale również biologicznych) pozwala złożona i zmieniająca się w czasie struktura skorupy Ziemi.

Wiek warstw skalnych skorupy ziemskiej oceniany jest metodą izotopową. Warstwy te, na skutek działania sił tektonicznych przemieszczały się, ulegały pofałdowaniu, a często również odwrotnemu odkładaniu się warstw starszych nad młodszymi. W ten sposób wypiętrzone zostały warstwy osadowe zalegające pierwotnie na dnie oceanów. Umożliwia to prześledzenie form życia nie tylko na lądach ale i w oceanach. Znajdują się tam dowody kambryjskiej eksplozji życia w  pierwszym okresie ery paleozoicznej.

Energia słoneczna, tlen, obfitość wody i ciepły klimat sprzyjały rozwojowi i wyjściu na ląd wielokomórkowych organizmów roślinnych. Prawdopodobnie już wcześniej na ląd wyszły grzyby, a później w ślad za tymi dwoma królestwami podążyły zwierzęta. W ciągu kolejnych milionów lat ewolucja doprowadziła do powstania na Ziemi wielkiej różnorodności organizmów żywych. Niestety były one pięciokrotnie niszczone przez kolejne wielkie katastrofy klimatyczne nękające Ziemię w erach paleozoicznej i mezozoicznej.

W zapisie geologicznym istnieją dowody co najmniej pięciu wielkich wymierań na naszej planecie. Pierwsze z nich, około 450 mln lat temu, przypisuje się eksplozji gwiazdy supernowej spoza naszej galaktyki, skutkującej potężnym rozbłyskiem energii elektromagnetycznej w postaci promieniowania gamma. Prawdopodobnie zniszczone zostały niemal wszystkie pierwotne formy życia w oceanach.

Podstawową niszczycielską rolę odgrywały również (choć nie tylko) wielkie zdarzenia tektoniczne – kolizje płyt skorupy ziemskiej i wulkaniczne wylewy lawy oraz wyrzuty popiołów i gazów. Przemiennie występowały okresy tropikalnego ciepła i zlodowaceń. Kiedy ustępowały wielkie zlodowacenia, uwolnione od lądolodu płyty kontynentalne, „napędzane’ energią wnętrza Ziemi dryfowały po oceanie, łączyły się i rozdzielały, by ponownie połączyć się w nowych konfiguracjach.

Po rozpadzie Rodinii (jej powstanie we wpisie nr 15), jakieś 750 mln lat temu (lub hipotetycznej późniejszej Pannocji), z dryfujących płyt tektonicznych na półkuli południowej powstał nowy superkontynent Gondwana. Obejmował on kratony (duże fragmenty skorupy ziemskiej) odpowiadające dzisiejszej Ameryce Południowej, Afryce, Indiom, Południowo-wschodniej Azji, Australii i Antarktydzie oraz mniejsze płyty Zelandii i Madagaskaru. Kraton określany jako Bałtyka (albo Praeuropa), także wędrował po półkuli południowej, gdzie „przeżył” nawet wielkie zlodowacenie.

Bałtyka (Praeuropa) w swojej wędrówce na północ znalazła się po wschodniej stronie Laurencji – skalnego rdzenia  przyszłej Ameryki Północnej. Od wschodu była dociskana przez płytę syberyjską. Rdzeń skalny przyszłej Europy Wschodniej znalazł się tym razem już prawie na „swoim” miejscu. Ruchy płyt tektonicznych jednak nie ustawały.

Od okresu Karbonu w erze paleozoicznej do okresu Kredy w erze mezozoicznej, w przedziale czasu od 300 do 180 mln lat temu, istniał jeden dominujący superkontynent Pangea (Wszechziemia). W czasie tworzenia się i istnienia Pangei na kuli ziemskiej wystąpiło wielkie ocieplenie. Nastąpił bujny rozwój wielokomórkowych organizmów roślinnych i zwierzęcych charakteryzujących się zróżnicowanymi tkankami, organami i morfologią. Najpierw w oceanach, a następnie podbiły skaliste lądy.

Na etapie istnienia superkontynentu Pangei, przed ponad 250 mln lat miało miejsce jedno z największych wymierań organizmów żywych na Ziemi; określane jest jako matka wielkich wymierać. Kataklizm, który został uznany za pierwotną przyczynę tego wymierania pozostawił geologiczny ślad w postaci trapów syberyjskich. Pęknięcie płaszcza skorupy ziemskiej na Syberii spowodowało wulkaniczne erupcje lawy z płaszcza Ziemi trwające co najmniej 1 mln lat.

 Towarzyszyła temu erupcja popiołu i gazów – dwutlenku węgla i związków siarki. Temperatura na Ziemi wzrosła prawdopodobnie o 10oC. Woda w oceanach uległa silnemu zakwaszeniu i odtlenieniu, co doprowadziło do masowego wyginięcia (około 96%) bogatego wówczas oceanicznego świata zwierząt. Wyginęło też około 75% organizmów lądowych, zwierzęcych i roślinnych.

Otoczona tzw. wszechoceanem Pangea, obejmująca płyty tektoniczne wszystkich przyszłych kontynentów, zaczęła się rozpadać w okresie Jury (około 180 mln lat temu).  Na skutek dalszych tektonicznych przepychanek, na półkuli północnej powstał superkontynent Laurazja, która obejmowała Laurencję, Bałtykę i Syberię. Na półkuli południowej odtworzona została na nowo Gondwana obejmująca płyty kontynentalne przyszłej Ameryki Południowej, Afryki, Antarktydy, Australii i Indii.

Na skutek wylewów lawy między kratonami tworzącymi Laurazję i Gondwanę, jakieś 135 mln lat temu, kontynenty te zaczęły się rozpadać.

Płyta południowoamerykańska, powoli odsuwała się na zachód, co dało początek oceanowi atlantyckiemu. Płyta afrykańska i indyjska powędrowały na północ, a antarktyczna i australijska (początkowo nadal połączone) pozostały na półkuli południowej.

Po milionach lat płyta australijska oderwała się jednak od płyty antarktycznej i powędrowała w kierunku równika. Płyta indyjska, po oderwaniu się od afrykańskiej powędrowała na północ i zderzając się z płytą euroazjatycką spowodowała wypiętrzenie się Himalajów. W wyniku tych zmian powstał ocean indyjski.

Płyta afrykańska zaczęła napierać na europejską część płyty euroazjatyckiej wypiętrzając Alpy i Karpaty. Proces ten trwa nadal. W Polsce najstarszym śladem ruchów górotwórczych tektoniki Ziemi są Góry Świętokrzyskie i Sudety.

Laurazja rozpadła się na dwieczęści – północnoamerykańską i euroazjatycką dopiero pod koniec okresu kredy, niecałe 100 mln lat temu. Rozpękniecie się Laurazji zaczęło powiększać ocean atlantycki rozdzielający dzisiejszą Amerykę Północną od Eurazji. Wulkaniczne wylewy lawy utworzyły na dnie oceanu długie pasmo górskie określane jako grzbiet śródatlantycki. Proces ten trwa nadal, co jest najbardziej widoczne na Islandii. Ta zrodzona z wulkanicznej lawy wyspa rozpada się. Jej zachodnia część, pozostając na skraju płyty północnoamerykańskiej, powoli wędruje na zachód, a wschodnia, włączona do płyty euroazjatyckiej, w kierunku przeciwnym.

Wielkie przemieszczanie się płyt kontynentalnych, zapoczątkowane w erze paleozoicznej, kontynuowane było w erze mezozoicznej i kenozoicznej. W wyniku tych ruchów powstały obecne kontynenty. Po ich uformowaniu się Ziemia przechodziła długie okresy zlodowaceń (glacjałów) przedzielane krótszymi okresami ocieplania się klimatu (interglacjałów).

Przez cały czas erupcja licznych wulkanów generowała olbrzymie ilości dwutlenku węgla powodującego efekt cieplarniany i rozwój żywych organizmów w wodach i na lądach od Arktyki po Antarktydę. Również w Praeuropie, podczas wędrówki przez równik na północ w kierunku Pangei, nastąpił bujny rozwój roślinności typowej dla lasów tropikalnych. Z obumarłych roślin powstawała warstwa żyznej gleby sprzyjająca rozwojowi wysokich drzew, które walczyły o dostęp do światła.

Spadek zawartości w atmosferze dwutlenku węgla zużywanego w procesie fotosyntezy doprowadził do rozwoju roślin liściastych. Mogły one sprawniej asymilować CO2  dzięki ogromnemu zwiększeniu liczby aparatów szparkowych w rozwijanych liściach. Wcześniejsze rośliny miały niewielką ich liczbę na łodygach. Duże znaczenie w rozkwicie roślinności drzewiastej miało też wypracowane przez miliony lat współżycie roślin z grzybami dostarczającymi bardzo efektywnie partnerom roślinnym wodę i składniki mineralne z gleby na w zamian za organiczne produkty fotosyntezy.

Bujny rozwój nowych form życia, zwłaszcza świata roślinnego na lądzie miał negatywny wpływ na niektóre formy życia w oceanach na skutek deficytu tlenu. Biologiczna sielanka na lądzie w warunkach niemal tropikalnych nie mogła jednak trwać wiecznie. Postępujący spadek zawartości dwutlenku węgla w atmosferze w wyniku asymilacji go przez rośliny doprowadził do utraty przez Ziemię ocieplającej kołderki, jaką wcześniej ten gaz tworzył. Od bieguna południowego postępowało wielkie zlodowacenie.

Przed 300 mln lat, w późnym Karbonie, nastąpił klimatyczny kryzys w rozwoju świata roślinnego. Olbrzymia masa umierających drzew na lądzie w strefie okołorównikowej utworzyła grubą warstwę torfu. Później ruchy tektoniczne spowodowały przykrycie tej warstwy dawnej roślinności drzewiastej warstwami skał osadowych. Powstawały wtedy współczesne pokłady węgla kamiennego.

Dzięki aktywności wulkanicznej i tektonicznej płyt skorupy ziemskiej po milionach lat królestwa lodu następował ponowny przyrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze, co prowadziło do ocieplania się klimatu, a lodowce ustępowały miejsca dla rozwoju flory. Odradzający się świat roślin lądowych zawsze miał już nową, bardziej złożoną i zróżnicowaną formę. Miejsce wcześniejszych roślin rozmnażających się przez zarodniki zajmowały rośliny wytwarzające kwiaty i owoce.

Był to również wielki impuls do rozwoju nowych form zwierzęcych – poczynając od owadów, a kończąc na dinozaurach z niewielkim jeszcze udziałem praptaków (a właściwie ptasich dinozaurów) i prassaków. To właśnie głównie w „królestwie” gadów przez około 200 mln lat (w erze mezozoicznej) nastąpiło dalsze różnicowanie się form zwierzęcego życia na lądach zdominowanego przez wielkie dinozaury. Wtedy pojawiły się też jaszczurki, z których przed około 100 mln lat wyeluowały węże. Jedne i drugie potrafiły wytwarzać śmiercionośny jad jako środek pozwalający na upolowanie pokarmu. Ale nie one dominowały. Obfitość roślin sprzyjała przede wszystkim rozwojowi wielkich roślinożerców. Następstwem tego był rozwój gadów mięsożernych, w tym dinozaurów i krokodyli w kończącym erę mezozoiczną okresie kredy.

Koniec „królestwa” gadów, a zwłaszcza ich wielkiej i dominującej grupy dinozaurów, datuje się na około 66 mln lat temu, po uderzeniu w Ziemię (na obszarze dzisiejszego półwyspu Jukatan w Meksyku) wielkiej planetoidy (asteroidy) o średnicy ponad 10 km, która uderzając w Ziemię z prędkością 72 tys. km/h (skąd wiedza o tym?), pozostawiła krater o głębokości około 30 km i średnicy około 200 km. Do atmosfery wyparowały 3 bln. ton skał. Wysoka temperatura doprowadziła do wytworzenia się olbrzymiej ilości sferuli (szklistych kulek), których ognisty deszcz spadł na Ziemię.

Można spotkać określenia, że Ziemia „spłonęła” albo że „zaczęła się gotować”, i pokryła się nieprzepuszczającymi światła chmurami pyłu i dymu, oraz milionami ton uwolnionej z krateru uderzeniowego siarki. Na oceanach zaistniało olbrzymie tsunami. Fala sejsmiczna wywołała również wielkie wtórne tsunami na wodach śródlądowych daleko od miejsca uderzenia planetoidy.

To nie był jedyny kataklizm pod koniec okresu Kredy. Ziemię nękały również wcześniejsze duże erupcje wulkaniczne na półwyspie indyjskim. Istnieje przypuszczenie, że wielkie wymieranie mogło być prawdopodobnie następstwem obu tych kataklizmów. Jednakże nowsze badania wydają się temu zaprzeczać, gdyż w przerwie między jednym a drugim zdarzeniem Ziemia prawdopodobnie wróciła do stanu klimatycznej i biologicznej równowagi. Po upadku asteroidy rośliny przez blisko 10 lat pozbawione energii słonecznej, wyginęły. Czy wszystkie? Wyginęły również zwierzęta roślinożerne, a za nimi – mięsożerne.

Ocenia się, że wyginęło ponad 90% żyjących wtedy zwierząt, około 75% ówczesnych gatunków lądowych i wodnych. Po 130-150 mln lat intensywnego rozwoju, wyginęły wszystkie dinozaury nieptasie. A jak udało się przetrwać ptasim dinozaurom, z których później wyeluowały ptaki? Życie stosunkowo nieźle przetrwało też w głębinach oceanicznych (morskie gady, ryby) i pod powierzchnią Ziemi (owady, małe wszystkożerne ssaki), co umożliwiło jego powolne odrodzenie się w erze kenozoicznej w nowych doskonalszych formach.