История Земли как планеты: геологические эры и периоды

История Земли началась примерно 4,54 миллиарда лет назад. Чтобы ориентироваться в таком времени, геологи разделили его на вложенные отрезки. Эон состоит из эр, эра из периодов, период из эпох, а эпоха из веков. Поэтому «мезозойская эра» и «юрский период» обозначают разные уровни одной шкалы: юра является средней частью мезозоя.

Современная Международная хроностратиграфическая шкала выделяет четыре эона, десять эр и двадцать два периода. Не у каждого эона есть все уровни деления. В гадее официальные эры не установлены, а четыре архейские эры пока не разделены на официальные периоды. Самая подробная часть шкалы относится к фанерозою, для которого сохранилась особенно богатая летопись видимой жизни.

Динозавры занимают лишь небольшую часть истории планеты. Они появились в триасовом периоде мезозойской эры, пережили юру и оставались важнейшей частью наземных экосистем до конца мела. Земля к их появлению существовала уже более четырёх миллиардов лет.

Геологическая шкала за минуту

Шкала одновременно описывает время и слои горных пород. В обычном рассказе чаще используют геохронологические единицы: эон, эру, период, эпоху и век. Когда речь идёт именно о толще пород, им соответствуют хроностратиграфические единицы.

Например, «юрский период» обозначает интервал времени, а «юрская система» – совокупность пород, образовавшихся за этот интервал. В популярном тексте слово «период» часто употребляют и там, где строгое описание потребовало бы назвать эпоху. Это удобно в разговоре, но мешает понимать устройство шкалы.

Как геологи проводят границы

Граница между подразделениями не выбирается по удобному круглому числу. Сначала исследователи сопоставляют разрезы в разных частях света по ископаемым организмам, слоям вулканического пепла, изменениям магнитного поля, изотопному составу и другим признакам. Радиометрическое датирование минералов помогает перевести эту последовательность в миллионы лет.

Для многих границ фанерозоя утверждён эталонный разрез с конкретной точкой в породе. Такой международный стандарт называется GSSP. Его неофициальное название – «золотой гвоздь». Число лет возле границы является оценкой возраста этой точки и может уточняться после новых измерений, тогда как сам эталон остаётся на месте.

У значительной части докембрийских подразделений границы исторически заданы числовым возрастом. Такой способ называется GSSA. Международная комиссия по стратиграфии постепенно уточняет древнюю часть шкалы, поэтому в старых книгах и на современных схемах некоторые даты различаются.

Полевые измерения связывают последовательность слоёв с образцами для лабораторного датирования. Это современная иллюстрация метода, а не изображение конкретного эталонного разреза.

Вся история Земли: четыре эона

Первые три эона часто объединяют словом «докембрий». Это полезное общее название огромного отрезка до кембрийского периода, но не отдельная эра международной шкалы.

Гадей: до древнейших официальных эр

Гадей начинается с образования Земли. Планета нагревалась при столкновениях, разделялась на ядро, мантию и кору, а её поверхность многократно менялась. От этого времени почти не осталось обычных горных пород. Главные свидетельства дают древние кристаллы циркона, изотопные данные, метеориты и модели формирования Солнечной системы.

В течение гадея образовалась Луна, возникли ранняя кора, атмосфера и жидкая вода. Эти события не произошли одновременно и не превратили молодую Землю сразу в стабильный современный мир. Условия менялись, а значительная часть ранней коры была переработана последующей геологической активностью.

В официальной шкале гадей является эоном, но внутри него пока нет утверждённых эр и периодов. Слово «катархей», встречающееся в русскоязычных книгах и поисковых запросах, относится к традиционной терминологии ранней истории Земли и приблизительно сопоставляется с гадеем. Автоматически считать любые старые границы катархея современными границами гадея нельзя.

Гадейская поверхность не известна по единому сохранившемуся пейзажу. В реконструкции объединены вероятные процессы молодой Земли: вулканизм, охлаждение коры, конденсация воды и более близкая Луна.

Архей: четыре древнейшие эры

Архей охватывает более полутора миллиардов лет. Именно к нему относятся многие древнейшие сохранившиеся комплексы земной коры и убедительные следы ранних экосистем. Однако отдельные заявления о самом раннем возрасте жизни требуют осторожности: микроскопические формы, химические сигналы и структуры в породах могут иметь небиологическое объяснение.

Эоархейская эра

Эоархей продолжался от 4,031 до 3,6 миллиарда лет назад. От него сохранилось очень мало пород. Они важны потому, что позволяют исследовать раннюю кору, воду на поверхности и условия, в которых могла существовать древнейшая биосфера.

Палеоархейская эра

Палеоархей охватывал 3,6–3,2 миллиарда лет назад. В породах этого возраста известны древние микробные сообщества и строматолитоподобные структуры. Каждую такую находку оценивают отдельно: форма сама по себе ещё не доказывает биологическое происхождение.

Строматолиты росли послойно благодаря взаимодействию микробных сообществ с осадком. Их форма и внутреннее строение исследуются вместе, поскольку похожие структуры способны возникать и без участия жизни.

Мезоархейская эра

Мезоархей продолжался 3,2–2,8 миллиарда лет назад. Развивались устойчивые участки континентальной коры, а микробные экосистемы влияли на осадконакопление и химические циклы. Континенты тогда не имели привычных очертаний и многократно собирались из меньших блоков.

Неоархейская эра

Неоархей охватывал 2,8–2,5 миллиарда лет назад. К его концу относятся свидетельства фотосинтеза, менявшего состав окружающей среды. Время появления кислородного фотосинтеза и масштабы локального накопления кислорода до следующего эона остаются предметом исследований.

Международная шкала не делит архейские эры на официальные периоды. Поэтому названия, встречающиеся в отдельных научных моделях или региональных схемах, нельзя добавлять к общему списку как уже утверждённые периоды.

Протерозой: кислород и сложная жизнь

Протерозой длился почти два миллиарда лет. За это время изменился состав атмосферы и океана, появились эукариоты – клетки с ядром, возникли сложные многоклеточные организмы. Эон разделён на три эры и десять периодов.

Палеопротерозойская эра

Палеопротерозой продолжался 2,5–1,6 миллиарда лет назад. Его четыре периода образуют такую последовательность:

1. Сидерий – 2,5–2,3 миллиарда лет назад.
2. Риасий – 2,3–2,05 миллиарда лет назад.
3. Орозирий – 2,05–1,8 миллиарда лет назад.
4. Статерий – 1,8–1,6 миллиарда лет назад.

В раннем палеопротерозое произошло Великое кислородное событие. Кислород, который производили фотосинтезирующие микроорганизмы, начал устойчиво накапливаться в атмосфере. Это был не один мгновенный скачок, а длительная перестройка океана, атмосферы и биосферы. Точные уровни кислорода и последовательность этапов продолжают обсуждаться.

С палеопротерозоем также связаны крупные оледенения, формирование и распад древних континентальных объединений, а также ранние свидетельства эукариотической организации клетки. Не каждую микроскопическую находку можно уверенно отнести к конкретной современной группе.

Красно-бурые минералы и полосчатые железистые породы сохраняют часть геохимической летописи кислорода. Цветная береговая сцена условна, а выводы получают из состава и возраста реальных пород.

Мезопротерозойская эра

Мезопротерозой охватывал 1,6–1 миллиард лет назад и включал три периода:

1. Калимий – 1,6–1,4 миллиарда лет назад.
2. Эктазий – 1,4–1,2 миллиарда лет назад.
3. Стений – 1,2–1 миллиард лет назад.

Эту эру иногда ошибочно представляют как почти неизменный «скучный миллиард». Темпы некоторых геохимических изменений действительно могли быть ниже, чем во время крупных переходов до и после неё, но биологическая и тектоническая история не прекращалась. Развивались эукариоты, существовали морские микробные экосистемы, собирались и распадались крупные массивы континентальной коры.

Неопротерозойская эра

Неопротерозой продолжался от 1 миллиарда до 538,8 миллиона лет назад. В нём выделены:

1. Тоний – 1 миллиард–720 миллионов лет назад.
2. Криогений – 720–635 миллионов лет назад.
3. Эдиакарий – 635–538,8 миллиона лет назад.

Криогений известен масштабными оледенениями, которые лежат в основе гипотезы «Земли-снежка». Эта формула не означает, что детали каждого оледенения полностью установлены или что вся поверхность обязательно была одинаково закрыта льдом. Геологи проверяют модели по осадкам, изотопным данным и географическому положению древних пород.

Ледяной канал показывает один из возможных вариантов среды у края оледенения. Точное распределение открытой воды во время отдельных криогенийских оледенений остаётся предметом моделирования.

В эдиакарии появились крупные мягкотелые организмы, известные по отпечаткам. Эдиакарская биота не является единым набором прямых предков современных животных. Родственные связи многих форм спорны, а сами сообщества заметно отличались от более поздних кембрийских экосистем.

Мягкотелые формы восстановлены по отпечаткам, но их цвет и многие детали поверхности неизвестны. Дикинсонии показаны лежащими на микробном мате, без выдуманных глаз, рта и конечностей.

Фанерозой: три эры видимой жизни

Фанерозой начался 538,8 миллиона лет назад и продолжается сейчас. Его название связано с обилием хорошо заметных ископаемых остатков, а не с внезапным появлением всей жизни. Организмы существовали задолго до его начала.

Палеозойская эра

Палеозой охватывал 538,8–251,902 миллиона лет назад и состоял из шести периодов.

Кембрий, 538,8–486,85 миллиона лет назад. В морях быстро увеличилось разнообразие животных с разными планами строения, способами движения и питания. «Кембрийский взрыв» не был однодневным событием: это продолжительный эволюционный переход, связанный и с более ранней эдиакарской историей. Подробнее его ископаемые и события разобраны на странице про кембрийский период.

Ордовик, 486,85–443,1 миллиона лет назад. Морские экосистемы стали ещё разнообразнее. Распространились многие группы беспозвоночных, развивались ранние позвоночные, а наземная среда начала осваиваться простыми растениями и связанными с ними организмами. Конец периода отмечен крупным вымиранием.

Силур, 443,1–419,62 миллиона лет назад. В морях существовали богатые рифовые сообщества и разнообразные рыбы. На суше распространились сосудистые растения и членистоногие, хотя наземные ландшафты ещё резко отличались от современных.

Девон, 419,62–358,86 миллиона лет назад. Рыбы заняли множество экологических ниш, возникли лесные экосистемы, а ранние четвероногие начали осваивать мелководья и сушу. Эти изменения и позднедевонские кризисы подробнее рассмотрены в материале о девонском периоде.

Карбон, 358,86–298,9 миллиона лет назад. Обширные влажные леса оставили мощные залежи органического вещества, из которых во многих регионах позднее сформировался уголь. Развивались насекомые, земноводные и ранние амниоты. Название и деление каменноугольного периода имеют региональные особенности.

Пермь, 298,9–251,902 миллиона лет назад. Континенты составляли Пангею, внутренние области которой отличались выраженной сезонностью и засушливостью. На суше были разнообразны синапсиды и другие четвероногие. Пермский период завершился крупнейшим массовым вымиранием фанерозоя. Сибирский трапповый вулканизм связан с каскадом потепления, закисления и потери кислорода в океане, однако детали причинной цепочки продолжают уточняться.

Сцена показывает длительный стресс среды, а не один установленный момент гибели. Животные, растительность, вулканическая дымка и пересыхание собраны в осторожную реконструкцию по разным линиям данных.

Мезозойская эра

Мезозой продолжался 251,902–66 миллионов лет назад. Его часто называют эрой динозавров, но одновременно менялись океаны, растения, насекомые, млекопитающие, птицы и многочисленные другие группы.

Триас, 251,902–201,4 миллиона лет назад. Экосистемы восстанавливались после пермского кризиса. Появились первые динозавры, птерозавры и млекопитающие, а моря населяли разнообразные рептилии. В конце триасового периода новое массовое вымирание изменило соотношение наземных и морских групп.

Юра, 201,4–143,1 миллиона лет назад. Динозавры стали главными крупными наземными позвоночными во многих экосистемах. Существовали гигантские зауроподы, разнообразные хищные тероподы и ранние птицы. Распад Пангеи менял океаны и климат. В отдельном обзоре юрского периода показано, почему его нельзя сводить к одной знакомой экранной картине.

Обобщённый позднеюрский пейзаж иллюстрирует масштаб наземных сообществ, но не изображает одну конкретную формацию. Совместимость каждого рода в реальной реконструкции проверяют по месту и возрасту находок.

Мел, 143,1–66 миллионов лет назад. Распространились цветковые растения, появились новые сообщества насекомых, а динозавры достигли большого разнообразия. Материки продолжали расходиться и приобретать узнаваемые очертания. Меловой период завершился кризисом на границе мела и палеогена. Удар астероида в районе Чиксулуба является ключевым фактором этого вымирания, после которого исчезли все нептичьи динозавры.

Кайнозойская эра

Кайнозой начался 66 миллионов лет назад и продолжается сегодня. Он включает три периода.

Палеоген, 66–23,04 миллиона лет назад. После вымирания на границе мела и палеогена быстро менялись сообщества млекопитающих и птиц. Внутри палеогена находятся палеоцен, эоцен и олигоцен, но это эпохи, а не отдельные периоды.

Неоген, 23,04–2,58 миллиона лет назад. Расширялись травянистые ландшафты, формировались многие современные линии млекопитающих и птиц, менялись океанические течения и климат. Неоген состоит из миоцена и плиоцена.

Четвертичный период, от 2,58 миллиона лет назад до настоящего времени. Чередование ледниковых и межледниковых фаз сильно влияло на распространение животных и растений. Возник и расселился человек современного вида. Четвертичный период включает плейстоцен и продолжающийся голоцен.

Полный указатель эр и периодов

Ниже собрана официальная последовательность без неформальных и устаревших подразделений.

Гадейский эон

• Официальные эры и периоды не установлены.

Архейский эон

• Эоархейская эра – официальных периодов нет.
• Палеоархейская эра – официальных периодов нет.
• Мезоархейская эра – официальных периодов нет.
• Неоархейская эра – официальных периодов нет.

Протерозойский эон

• Палеопротерозойская эра: сидерий, риасий, орозирий, статерий.
• Мезопротерозойская эра: калимий, эктазий, стений.
• Неопротерозойская эра: тоний, криогений, эдиакарий.

Фанерозойский эон

• Палеозойская эра: кембрий, ордовик, силур, девон, карбон, пермь.
• Мезозойская эра: триас, юра, мел.
• Кайнозойская эра: палеоген, неоген, четвертичный период.

Пять переломов, которые помогают читать шкалу

Кислород изменил планету

Фотосинтезирующие микроорганизмы начали выделять кислород задолго до появления животных. Сначала он вступал в реакции с растворёнными веществами и породами. Устойчивое накопление свободного кислорода в атмосфере во время Великого кислородного события изменило геохимию поверхности и условия эволюции. Более поздний рост содержания кислорода не был простым повторением первого события.

Сложные клетки открыли новые возможности

Эукариотическая клетка имеет ядро и сложную внутреннюю организацию. Её происхождение подготовило эволюцию крупных и многоклеточных форм, но между появлением ранних эукариот и разнообразными животными прошёл огромный интервал.

Животные перестроили морское дно

Позднедокембрийские и раннепалеозойские организмы всё активнее двигались, рыли осадок, охотились и строили твёрдые скелеты. Это изменяло саму среду обитания. Кембрийская диверсификация поэтому заметна не только по числу групп, но и по следам поведения и усложнению пищевых сетей.

Жизнь освоила сушу

Выход на сушу был не единичным шагом одного животного. Микроорганизмы, растения, грибы и членистоногие создавали наземные сообщества, а позвоночные постепенно осваивали мелководья и сушу. Почвы, леса и круговорот углерода менялись вместе с ними.

Вымирания закрывали одни пути и открывали другие

Массовое вымирание не создаёт автоматически «место для прогресса». Оно уничтожает сложившиеся связи, после чего выжившие линии формируют новые сообщества. Пермский кризис отделяет палеозой от мезозоя, а событие на границе мела и палеогена – мезозой от кайнозоя. Эти границы удобны именно потому, что изменения хорошо читаются в породах по всему миру.

Термины, которые часто путают

Докембрий – всё время до начала кембрия: гадей, архей и протерозой вместе. Это не одна эра.

Катархей – традиционный термин, встречающийся в русскоязычной литературе о самом раннем этапе истории Земли. В современной международной шкале используется гадейский эон.

Третичный период – историческое название. В действующей шкале соответствующий отрезок кайнозоя разделён на палеоген и неоген. Четвертичный период при этом остаётся официальным.

Ледниковый период – выражение, которое может обозначать длительное состояние планеты с постоянными ледяными щитами или отдельную холодную фазу в популярной речи. Это не замена названию четвертичного периода.

Эра динозавров – неформальное название мезозоя. Первые динозавры появились не у его нижней границы, а позднее, в триасе. Птицы являются живой ветвью динозавров и существуют в кайнозое.

Палеоцен, эоцен, олигоцен, миоцен, плиоцен, плейстоцен и голоцен – эпохи кайнозоя. Называть каждую из них отдельным периодом удобно в бытовой речи, но неверно в строгой шкале.

Как читать возраст находки

Фраза «ископаемому 150 миллионов лет» обычно означает оценку возраста слоя, а не прямое измерение самой кости. Геологи могут датировать вулканический пепел выше и ниже находки, сопоставить характерные ископаемые виды, магнитную полярность или химические сигналы. Чем больше независимых методов согласуются, тем надёжнее положение находки во времени.

Название периода даёт контекст, которого нет у одного числа. Оно связывает находку с положением материков, климатом, уровнем моря и окружающими организмами. Но период велик: между его началом и концом могут пройти десятки миллионов лет. Поэтому для научного описания дополнительно указывают эпоху, век, геологическую формацию и числовой возраст, если он известен.