История земли и жизни на ней
Шрифт:
Солярная гипотеза, предполагающая периодические падения светимости Солнца, не имеет ныне сторонников: согласно мнению астрофизиков, звезды спектрального класса G-2, к которому относится наше Солнце, к подобным глупым шуткам совершенно не склонны. Зато весьма популярна теория астронома М. Миланковича (1924), связывающая оледенения с изменениями летней инсоляции (поступления солнечной радиации) в высоких широтах обеих полушарий, что, в свою очередь, обусловлено циклическими изменениям трех параметров орбитального движения Земли вокруг Солнца (вариациями наклона земной оси и пр.). Сделав поправки на эффекты менявшегося альбедо (отражательной способности земной поверхности), он рассчитал сдвиги в географическом положении границ ледниковых покровов за последний миллион лет, которые неплохо совпали с периодизацией европейских оледенений. Как на инсоляционных кривых Миланковича, так и на палеоклиматическом графике Пенка и Брюкнера ледниковые эпохи запечатлелись в виде коротких резких пульсаций, отделенных друг от друга длинными интервалами, и при этом «Великое межледниковье» (между минделем и риссом) занимает на графике то же место, что и предсказанный Миланковичем длительный теплый интервал (рисунок 59). Впоследствии картина оказалась гораздо более сложной, чем это представлялось в тридцатые-сороковые годы, однако ныне существование 100 000-летних климатических циклов, порождаемых орбитальными возмущениями, имеет вполне солидное обоснование.
ИСУНОК 59.
Теория Миланковича (в ее современных вариантах) удовлетворительно описывает динамику похолоданий и потеплений внутри ледникового периода, однако, к сожалению, не отвечает на вопрос о наступлении самого этого периода: вполне очевидно, что вся эта астрономическая циклика была точно такой же и в предшествующие плейстоцену эпохи, но никаких оледенений при этом не порождала. Поэтому с середины 50-х годов стал расти интерес к «земным» гипотезам оледенений, переносящим акцент на динамические взаимодействия в системе «оледенение – океан – атмосфера»; мы уже упоминали об «обратных парниковых эффектах», порождаемых изменениями атмосферного соотношения CO2/O2, и о работе морских течений при различном расположении материков.
Одной из самых интересных представляется гипотеза климатологов М. Юинга и У. Донна (1956). Задавшись вопросом – а почему оледенение не возникает сейчас, когда температурные условия Арктики вроде бы вполне тому благоприятствуют, – они сочли это следствием дефицита осадков [80] . Главный тезис их гипотезы: решающее условие возникновения оледенения в Арктике – усиление притока несущих влагу воздушных масс и усиление снегопадов; от этого ледник начинает нарастать, альбедо увеличивается, температура падает... ну, дальше – ясно. Вопрос: что же за фактор повышал влажность в арктических широтах? Ответ: освобождение Ледовитого океана от его ледового панциря в результате усиления притока теплой воды из Северной Атлантики. При отсутствии покрова морских льдов этот океан должен становиться мощнейшим испарителем, воздух над ним – «заряжаться» водяным паром, а интенсивность снегопадов на окружающей сушей – резко возрастать; рост альбедо доводит падение температуры до ледниковой эпохи. А вот дальше – самое интересное; в некоторый момент похолодание достигает той точки, когда Ледовитый океан вновь замерзает, и тогда начинается дегляциация: потеряв главный источник атмосферного питания, ледниковые покровы начинают «съеживаться». Ледник тает, и при этом уровень океана повышается, ветви теплого Северо-Атлантического течения вновь прорываются в Арктику, растапливают ее морские льды – и цикл начинается по новой.
80 То, что ледник возникает не столько «от холода», сколько «от сырости», известно достаточно давно. Обратившись к карте 58, легко видеть, что покровное оледенение достигало максимума в теплых и влажных приатлантических областях, тогда как в сухой и холодной Восточной Сибири и на Аляске существовали лишь локальные горные ледники.
Существование этой парадоксальной автоколебательной системы, в которой оледенение порождается потеплением, а дегляциация – похолоданием, нашло недавно косвенное подтверждение при изучении донных отложений Атлантики: оказалось, что в плейстоцене Гольфстрим периодически исчезал; при этом выяснилось, что усиление Гольфстрима действительно совпадает с периодами похолоданий, и наоборот. Вообще один из главных вопросов, на которые приходится отвечать «земным» гипотезам (подразумевающим примерное постоянство инсоляционного баланса планеты) – каким образом прекращается разрастание ледника, процесс, который по идее должен идти с положительной обратной связью? Ведь рост ледника приводит (через увеличение альбедо) к падению температуры, что еще увеличивает ледник – и так до тех пор, пока льдом не покроется вся планета... Один из наиболее убедительных ответов состоит в том, что по достижении ледником некого порогового размера над ним (именно из-за высокого альбедо) возникает постоянно действующий антициклон (область высокого атмосферного давления), который усиливается по мере роста ледника и в конце концов лишает его «питания» – осадков. Таким образом, климат перигляциальных (окружающих ледник) территорий должен быть холодным и сухим – что полностью подтверждается палеонтологическими данными. В этих ландшафтах складываются весьма специфическая фаунистическая группировка с сочетанием криофильных (холодолюбивых) и ксерофильных (сухолюбивых) элементов, которую А.Я. Тугаринов (1929) назвал тундростепной; типично тундровые (влаголюбивые) элементы встречаются здесь лишь близ водотоков.
Сейчас группировки, сходные с перигляциальными, сохранились в виде так называемых реликтовых степей – островков среди таежного и лесотундрового ландшафта, приуроченных к южным склонам гор северо-восточной Сибири и Аляски, а также в холодных засушливых высокогорьях Центральной Азии (здесь их называют «пастбищем яков»). Реликтовые степи, так же как и тундра, представляют собой безлесые сериальные стадии к хвойным таежным климаксам – соответственно, ксеро– и гидросерию; соотношение площадей, занимаемых в ареале сукцессионной системы сообществами ксеро– и гидросериального ряда, определяется климатической ситуацией. В перигляциальном ландшафте, где вся вода вымерзает на массе ледника (как в морозилке холодильника) и ситуация складывается фактически аридная, доминируют криоксерофильные тундростепи, а настоящие тундры существуют лишь в виде приводных сообществ. Когда же ледниковая эпоха заканчивается и наступает межледниковье, ситуация меняется на обратную. Ледник тает, высвобождая массы воды, и доминировать на осовобождающейся ото льда территории начинают сообщества гидроряда (тундра – это в некотором смысле чудовищно разросшееся таежное моховое болото), тундростепи же съеживаются до крохотных островков «реликтовых степей» на сухих прогреваемых южных склонах.
Тундростепь отличалась тем, что травяной ярус ее формировали в основном не мхи (как в тундре), а злаки; здесь складывался крайне криофильный вариант уже знакомого нам (по главе 13) травяного биома с его высокой биомассой пастбищных копытных и хищников – мамонтовой фауной. В ее составе были причудливо смешаны виды, приуроченные ныне к тундре (северный олень, овцебык, леминги), к степям (сайгак, лошадь, верблюд, бизон, суслики), а также виды, характерные лишь для этого сообщества и исчезнувшие вместе с ним (мамонт, шерстистый носорог, саблезубый тигр – смилодон, гигантская гиена – рисунок 60). Исчезновение мамонтовой фауны, произошедшее в начале голоцена, одни исследователи связывают с климатическими изменениями, другие же считают этих животных жертвами человека («охотников на мамонтов»). Сторонники гипотезы «антропогенного вымирания» резонно указывают, что все предыдущие межледниковья, когда еще не было человека, криофильная мамонтовая фауна пережила вполне спокойно. Сторонники гипотезы «климатических воздействий» – опять-таки
РИСУНОК 60. Вымершие представители мамонтовой фауны: (а) – шерстистый носорог, (б) – гигантская саблезубая кошка смилодон.
Представляется, что наиболее близок к истине В.В. Жерихин (1993): «Каждый тип травяного биома производен от вполне определенной сукцессионной системы с лесным климаксом [в случае тундростепи – от тайги: К.Е.]. При вторичном сильном сокращении площади травяных сообществ они могут полностью утратить комплекс [поддерживающих их] крупных травоядных, а тем самым и эндогенную стабильность. В этом случае они могут вновь приобрести статус сериальных. Ярким примером могут служить современные реликтовые тундростепи, сохранившиеся в таежных сукцессионных системах после полного исчезновения тундростепного биома.» В момент таяния ледника и резкого увлажнения климата расширяются моховые тундры и сокращаются злаковые тундростепи, служащие пастбищем для мамонтовой фауны. Дополнительные неприятности для популяций этих животных создает то, что тундростепной ландшафт оказывается «нарезанным» на «острова»: и из теоретической экологии, и из современной практики заповедного дела известно, что для крупных животных несколько мелких резерватов хуже одного крупного (равного им по площади). Вот в этих-то, кризисных, условиях человек мог нанести мамонтовой фауне последний удар: выборочно уничтожая крупных копытных, он значительно ускорил превращение тундростепей в лесные сообщества – а дальше процесс этот пошел неостановимо, с положительной обратной связью, пока не исчез весь этот фаунистический комплекс (хотя часть его сохраняется ныне в фауне тундр и степей). Отметим, что дольше всего мамонт выжил на острове Врангеля (открытый недавно карликовый подвид, около 1,5 м в холке, вымер 5 тыс. лет назад – против 10-12 тыс. лет на континенте), где и поныне широко распространены реликтовые степи.
Самое же интересное – что итоговое воздействие катастрофических (по любым меркам) плейстоценовых оледенений на биоту Северного полушария оказалось совершенно ничтожным. Да, вымерло некоторое количество млекопитающих из мамонтовой фауны, но во-первых темпы этого вымирания не превышают средних по кайнозою, а во-вторых, как мы теперь знаем, мамонтовая фауна вымерла скорее в результате прекращения оледенения. Известен лишь один вымерший вид четвертичных насекомых (если не считать гигантского кожного овода, паразитировавший на мамонте, и нескольких видов североамериканских жуков-навозников – те исчезли вместе со своими хозяевами и прокормителями); что же касается растений, то они, похоже, не пострадали вовсе. Создается отчетливое впечатление, что в плейстоцене менялось лишь географическое распространение экосистем (широколиственные леса временно отступали к югу, а на севере изменялось соотношение площадей, занятых сообществами гидро– и ксеросериального ряда) и отдельных видов (в перигляциальных сообществах Европы появлялись жуки, ограниченные ныне степями Якутии и Тибетом) [81] . Все это лишний раз свидетельствует о том, что экосистемы в норме обладают колоссальной устойчивостью, и разрушить их внешними воздействиями – даже катастрофическими – практически невозможно. Особенно замечательно плейстоценовая ситуация смотрится на фоне «тихих» внутрисистемных кризисов вроде среднемеловой ангиоспермизации – заведомо не связанной ни с какими импактами и драматическими перестройками климата, но вызвавшей обвальные вымирания в наземных и пресноводных сообществах.
81 Необходимо помнить, что появление на территории лесной зоны этих степных (т.е. вроде бы южных) видов маркирует не потепления, как иногда ошибочно полагают зооеографы, а именно ледниковые эпохи.
С другой стороны, влияние плейстоценовых оледенений на климат планеты отнюдь не ограничивалось высокими ее широтами. Разрастание ледниковых щитов близ полюса тут же аукалось на экваторе невиданным иссушением тропического пояса: установлено, что дождевые тропические леса Южной Америки периодически съеживались до нескольких десятков крохотных пятачков-"резерватов" в среднем течении Амазонки, а всю эту территорию занимали сухие саванны. Более того: есть серьезные основания полагать, что пустыни наиболее распространенного ныне на Земле средиземноморского типа [82] возникли лишь в плейстоцене. Если пустыни берегового и центральноазиатского типа, грубо говоря, являются пустынями всегда, то средиземноморские пустыни становятся таковыми временно, в зависимости от глобальной климатической обстановки, т.е. от взаимодействий в системе «оледенение – атмосфера – океан». Например, иссушение Сахары (наступление песков на саванну) идет буквально на наших глазах: первые европейские путешественники застали озеро Чад настоящим внутренним морем, а в реках нагорья Тибести, что в самом центре Сахары, еще в 20-е годы нашего века жили крокодилы.
82 Существующие на Земле пустыни делят по динамике выпадения осадков на три типа. Береговые пустыни развиваются там, где к жарким побережьям подходят холодные морские течения (Намиб, Атакама): здесь осадков, считай, вовсе нет; жизни, соответственно, тоже. Пустыни центральноазиатского типа (Гоби, Бетпак-Дала): в них осадки «равномерно размазаны» по всему году – и потому жизнь тут есть весь год, но едва теплится. Пустыни средиземноморского типа (Сахара, Кара-Кумы, Большая Песчаная пустыня в Австрали): здесь осадков столько же, что и в предыдущем типе, но только все они выливаются разом, за две-три недели; тут происходит краткий и бурный расцвет жизни (разнообразные эфемеры), которая затем переходит в латентное состояние – до следующего года.
РИСУНОК 61. Климат последнего тысячелетия.
Многие из этих климатических изменений повторялись «в миниатюре» на памяти человечества. На рисунке 61 представлена кривая зимних температур в Европе за последнее тысячелетие. Во время так называемого «Малого ледникового периода» (1450-1850 гг) ледники повсеместно наступали, и их размеры превосходили современные (снежный покров появлялся, например, в горах Эфиопии, где его ныне не бывает). Во время же предшествовавшего тому Атлантического оптимума (900-1300 гг) ледники сократились, и климат был заметно мягче нынешнего (вспомните: именно в эти времена викинги назвали Гренландию «Зеленой страной»); следствием потепления в высоких широтах стало увеличение количества осадков, выпадающих в аридном поясе.