Краткая история планеты Земля. Горы, животные, огонь и лед
Шрифт:
Птицы эволюционировали совершенно отдельно от птерозавров и достигли гораздо больших успехов в достижении господства в воздухе. Они могут служить примером общего мотива эволюции — более или менее параллельного развития различных типов структуры тела и различных функций для достижения одной цели — в данном случае для полета. Хотя ископаемая летопись, как и всегда, недостаточно полна для того, чтобы определить всю линию развитию птиц — так, как этого хотелось бы, она все же лучше представлена промежуточными звеньями, чем для многих других групп. Это произошло в результате необычайно хорошей сохранности в одном из известняковых карьеров южной Германии археоптерикса — ископаемого организма, который многие называли недостающим звеном между динозаврами и птицами. И действительно, если бы не превосходная сохранность этих остатков, их вполне можно было бы отнести к динозаврам. У них был череп и зубы рептилии, как и длинный, состоящий из позвонков хвост, но в тонкозернистом известняке, в котором были найдены эти останки, имеются тонкие отпечатки перьев и деталей строения скелета, которые ясно показывают, что археоптерикс был птицей. Все современные птицы,
Находка археоптерикса была большой удачей для палеонтологов, поскольку остатки птиц встречаются нечасто. И тем не менее их набралось достаточно, чтобы установить, что птицы приняли первенство как мастера полета от птерозавров в течение мелового периода. Именно в это время они обрели крепкий, с полыми костями скелет, характеризующий современных птиц, позволив им стать гораздо более эффективными мастерами полета, чем были и птерозавры, и их собственные предки.
Менее бросающимися в глаза, но все же важными обитателями воздушной среде в мезозое были насекомые, которые вышли на сцену еще раньше — в палеозое. Однако насекомым пришлось плохо во время массового вымирания в конце пермского периода; к началу мезозоя их численность сильно сократилась. Впрочем, они быстро оправились; количество их видов и групп сильно увеличилось на протяжении мезозоя.
Насекомые находятся в сильной и взаимной зависимости от растений. Некоторые из них являются санитарами, питающимися остатками погибших растений, другие — вредители, истинное бедствие для некоторых типов растений. Некоторые насекомые являются симбионтами, выполняя важные функции для тех самых растений, которые служат им пищей. Мы часто ассоциируем насекомых с цветами или фруктами — черви внутри яблок, пчелы в цветах, — но в течение большей части мезозоя цветковых растений еще не было. И действительно, состоящий только из папоротников, цикадовых, гингко и хвойных ландшафт большей части мезозоя был приятно зеленым, но тем не менее однообразным. Несмотря на это, тщательное изучение ископаемых остатков показывает, что великое разнообразие способов и привычек питания у современных насекомых уже существовало еще до появления цветковых растений. Это было поразительное открытие, ибо долгое время считалось, что появление цветковых растений явилось важным стимулом в эволюции насекомых. Однако несмотря на тот факт, что между отдельными цветковыми растениями и насекомыми развились многочисленные и тесные взаимоотношения, кажется вероятным, что в целом от развития цветов больше выиграли растения, чем насекомые. Цветы привлекали насекомых, а те в свою очередь дали растениям то преимущество, что, перенося пыльцу с одного растения на другое, неминуемо оплодотворяли их.
Цветковые растения — так называемые покрытосеменные, или ангиоспермы, появились только 100 миллионов лет назад, в меловой период. Тем не менее они быстро стали господствующим типом растительной жизни на суше и остаются таковыми и по сей день. Они населяют различного типа местности от сухих пустынь до тропических дождевых лесов и встречаются от экватора и до высоких арктических широт. Не все из них имеют цветы, которые вы можете найти в специализированном цветочном магазине, но все они имеют одну ключевую особенность, обеспечивающую процесс воспроизводства растений, а именно семя с защитной оболочкой, окруженное готовым запасом питательных веществ. Цветковые растения развили невероятное богатство окрасок, запахов и видов плодов и все это — в сложных и взаимных отношениях с животным миром. Не только насекомые принимают участие в опылении цветковых растений: птицы и млекопитающие тоже распространяют и рассеивают семена, часто на большие расстояния. Без обилия и разнообразия цветковых растений мир был бы гораздо беднее, чем теперь.
МЕЗОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ
Мы завершаем это краткое путешествие по мезозойской Земле небольшим комментарием о жизни в океанах. Здесь, как и на суше, тоже произошли драматические изменения. Пожалуй, одно из самых важных случилось в конце эры среди мелких организмов, населяющих самый верхний, освещенный солнцем слой океанов — планктона. Термин «планктон» имеет широкое значение, обозначая всех мелких животных и растения, которые либо пассивно плывут, либо медленно перемещаются по морям. В меловой период произошел настоящий взрыв массы планктона, который откладывал скелетики или раковинки двух типов — сложенные кремнеземом и карбонатом кальция. Карбонат кальция, как мы уже отмечали, является главной составной частью известняка, а кремнезем имеет формулу SiO2, то есть это то же, что и кварц, и является главной составной частью породы, называемой «черт» или кремнистый сланец. Этот взрыв массы планктона радикально изменил типы осадков, которые накапливались на морском дне, потому что в то время, как органические части планктона после смерти организмов разлагаются, их минерализованные скелеты часто сохраняются и опускаются на дно. Впервые за долгую историю Земли очень большие массы кремнеземных скелетов, которые впоследствии, затвердев, превратились в кремнистый сланец, начали накапливаться в отдельных областях глубоких морей. Мощные отложения ила, состоящие из крошечных остатков раковинок из выделявшегося планктоном карбоната кальция, накапливались как никогда раньше. Знаменитые меловые утесы Дувра, в юго-восточной части Англии, являются одним из примеров огромного количества такого материала, накопившегося в течение мелового периода. На Земле их известно гораздо больше. Даже само название этого периода происходит от слова «мел», а европейские названия его — от латинского слова «крета», означающего тоже «мел». По какой причине кальциевый планктон так бурно развивался во второй половине мелового периода, все еще не совсем понятно. Такие мощные толщи меловых осадков никогда впоследствии за аналогичные по длительности периоды времени
Высокая биологическая продуктивность океанов мелового периода создавала идеальные условия и для накопления нефти. Она образуется в условиях, когда органический материал, захваченный осадками, медленно покрывается другими осадками и подвергается воздействию увеличивающихся температур и давлений, которые превращают исходный органический материал в нефть. Те осадки, которые откладывались вдоль окраин пролива Тэтис — тропического субширотного океана, возникшего в мезозое в результате раскола Пангеи — и сохранились в мезозое, были богаты органическим материалом. Многие из современных важных нефтяных полей залегают в этих осадках — в России, на Среднем Востоке, в Мексиканском заливе и вокруг него, а также в Техасе и Луизиане. Как уже указывалось, мезозойский период закончился какой-то глобальной катастрофой, которая стерла с лица Земли большое количество видов животных и растений, включая и всех динозавров. Как именно произошло это внезапное массовое вымирание, неизвестно, но имеются веские данные в пользу предположения, что хотя бы частичной его причиной было падение на Землю какого-то крупного объекта из космоса, о чем будет говориться в следующей главе. Как это ни удивительно, но, к счастью для нас, млекопитающие, очевидно, мало пострадали от этого всемирного кризиса. Мы, потомки этих выживших тогда млекопитающих, в конце концов, может быть, и соберем достаточно данных, сохранившихся в горных породах, чтобы ответить на вопрос — почему.
Глава 10.
МИРОВЫЕ КАТАСТРОФЫ
Все границы между эрами, периодами и даже более тонкими подразделениями шкалы геологического времени определяются на основании резких изменений в каменной геологической летописи. Как мы уже видели в предыдущих главах, как палеозойская, так и мезозойская эры закончились крупными массовыми вымираниями, в которых большое количество существовавших видов было стерто с лица Земли. Трудно не прийти к заключению, что это были времена чрезвычайных условий для всей жизни на Земле. Хотя эти факты давно были известны геологам и много было написано о возможных причинах таких событий, вся тема массовых вымираний в целом получила неожиданный поворот в 1980 году. Именно тогда Луис Альварес, физик и нобелевский лауреат из Калифорнийского университета в Беркли, в совместной работе с рядом коллег-геологов, среди которых был и его сын, открыл доказательства в пользу внеземной причины массового вымирания, происшедшего в конце мелового периода.
УДАР ПО ЗЕМЛЕ НА ГРАНИЦЕ МЕЛОВОГО И ТРЕТИЧНОГО ПЕРИОДОВ
Дымящееся ружье, которое они обнаружили, могло сначала показаться несколько неясным. Альварес и его сотрудники обнаружили в океанских осадках, отложившихся точно на границе мезозойской и кайнозойской эр, аномально высокое содержание редкого элемента иридия. Хотя фактическое количество обнаруженного ими иридия было невелико, оно оказалось в 100 раз больше, чем было обнаружено непосредственно выше и ниже этой границы.
Но какое это имеет отношение к внеземной причине вымираний? Оказалось, что самое непосредственное. Подобно своим более известным родственникам золоту и платине, иридий относится к «благородным» металлам и не очень охотно реагирует с другими веществами. Он, кроме того, очень редко встречается в земной коре. Его редкость связана с тем фактом, что он легко образует сплавы с железом, так что когда формировалось земное ядро, большая часть иридия, существовавшего на нашей планете, была захвачена погружающимся расплавленным железом, и сейчас главная его масса находится в ядре. Но вспомним, что большая часть метеоритов, падающих на Землю, относится к типу хондритов, о которых говорилось в главе 2, — кусков мелких астероидов, которые никогда не подвергались всепланетному процессу перестройки с образованием ядра. В силу этой особенности своей истории хондриты сохранили свое изначальное содержание иридия. Концентрация этого элемента в них приблизительно в 10 000 раз больше, чем в большинстве частей земной коры. Столь огромное содержание иридия в хондритах делает этот металл очень чувствительным индикатором поступления на поверхность Земли внеземного материала. Во время столкновения с Землей крупные метеориты полностью испаряются, в результате чего содержащийся в них иридий рассеивается во все стороны. За очень короткое по геологическим масштабам время он вымывается из атмосферы и оседает на морском дне, оставляя узкую полосу осадков с высоким содержанием иридия, которые медленно накапливаются на дне океанов. В силу относительной химической инертности иридия эта запись в геологической летописи сохраняется без особых искажений даже на протяжении геологических эр.
Массовое вымирание в конце мезозоя отмечает границу между меловым и третичным периодами, часто сокращенно называемую «К-Т»-границей (буква «К» давно используется в качестве символа отложений мелового периода на геологических картах и схемах. Она происходит от немецкого названия мелового периода — Kreidezeit — и служит для различия этого периода и других, название которых также начинается с латинской буквы С, как, например, кембрий — Cambrian). Именно в относящихся к этой границе отложениях из нескольких различных, далеко удаленных друг от друга местностей Альварес и его коллеги обнаружили высокое содержание иридия. Основываясь на своих первоначальных измерениях, они вычислили, что такое обогащение иридием мог вызвать только астероид (или, может быть, комета) диаметром около 10 километров, и высказали предположение, что последствия столкновения Земли с таким космическим телом и могли вызвать массовое вымирание на границе мела и третичного периода. Это открытие поразило научный мир — а также популярную прессу — словно взрыв бомбы. Во-первых, что могло быть более захватывающим и «научно-фантастическим» явлением, чем массовая гибель динозавров в результате столкновения Земли с астероидом? Во-вторых, хотя десятикилометровый астероид и не кажется особенно большим в сравнении с Землей, последствия такого удара являются просто умопомрачительными.