Краткая история планеты Земля. Горы, животные, огонь и лед

Магдугалл Дж. Д.

Связь между микроскопическими зернышками пыльцы и гигантскими рептилиями определяется тем, что самые большие динозавры были травоядными и зависели в своем питании от растений. Резкое уменьшение количества и разнообразия семенных растений должно было сделать их жизнь очень тяжелой; то же относится и к хищникам, которые питались ими. Тем не менее вопросы причинно-следственных связей, связанных с вымираниями на границе мела и третичного периода, все еще являются предметом яростных споров. Стали ли и семенные растения и динозавры одновременно жертвой глобального катаклизма, вроде столкновения Земли с астероидом, или же сначала пострадали растения, оборвав пищевую цепь? Было ли столкновение причиной похолодания климата, подтверждаемого закономерностями вымирания как на суше, так и в морях, или эта общая тенденция является результатом вулканических излияний в Индии, а может, здесь действовала какая-то более банальная причина? На такие вопросы трудно ответить, но с поступлением все новой обильной и подробной информации, получаемой сейчас в результате исследования осадков того времени, в которых записаны события на границе мела и третичного периода, мы сможем в конце концов прийти к однозначному решению.

Стоит отметить, что хотя мы не раз подчеркивали внезапность вымираний на границе мела и третичного периода, в отношении которой есть неопровержимые доказательства, все же кажется, что некоторые виды, включая некоторых динозавров, находились в упадке уже значительное время перед этой границей. Для этих видов

ископаемая летопись показывает, что их численность постепенно сокращалась, а их географическое распространение уменьшалось. Но как бы это ни казалось невероятным со статистической точки зрения, многие палеонтологи пришли к убеждению, что некое крупное событие на границе мела и третичного периода, вероятно, столкновение с астероидом, нанесло последний смертельный удар многим видам, жившим в мире, который сам испытывал уже значительный биологический стресс.

Если действительно был нанесен финальный, в геологическом смысле мгновенный удар, который закончил меловой период, то весьма вероятно, что это произошло либо в результате столкновения Земли с астероидом, либо по причине мощного вулканизма, связанного с излиянием деканских траппов. Конечно, все последние исследования по точной датировке как излияний, так и столкновения дают значения возраста, практически совпадающие с временем биологических вымираний. Поэтому вполне возможно, что оба эти события сыграли свою роль в вымираниях. Некоторые из предсказанных последствий крупного столкновения — глобальные облака пыли, кислотные дожди, гигантские океанские волны, пожары — уже были описаны, и данные геологической летописи показывают, что все эти явления происходили на границе мела и третичного периода.

Кратер Чикхулуб на Юкатане имеет в точности тот же возраст, что и граница мел — третичный период. Эта ныне погребенная структура очень велика и является свидетельством больших размеров — вероятно, около 20 километров в диаметре или больше — того объекта, который столкнулся с Землей. Но особенно интересным аспектом этого кратера является то, что он был вырыт, по крайней мере частично, в осадочных породах, состоящих из известняка и гипса — СаСO3 и CaSO4. Сильнейшее нагревание этих материалов в момент столкновения должно было вызвать их химическое разложение, выбросив в атмосферу огромные количества окислов серы, а также углекислого газа. Хорошо известно, что выброс в атмосферу SO2 из промышленных источников и вулканов вызывает образование в атмосфере аэрозолей (крохотных взвешенных в воздухе капелек раствора SO2 в воде). Когда их становится много, такие капельки аэрозолей создают в воздухе легкий туман, или дымку, которая частично задерживает падающие на Землю солнечные лучи и охлаждает ее. Этот эффект был прекрасно продемонстрирован, хотя и в гораздо меньшем масштабе, чем это было на границе мела и третичного периода, небольшим, но вполне измеримым уменьшением средней температуры Земли, которое последовало за выбросом большого количества серы во время извержения вулкана Пинатубо на Филиппинских островах в 1991 году. Более холодные температуры (около 0,5 градуса Цельсия) были отмечены в течение последующих приблизительно двух лет, после чего они снова возросли до предшествующих значений. Расчеты показывают, что выброс серы в результате падения метеорита при образовании кратера Чикхулуб мог вызвать понижение интенсивности солнечного излучения, достигающего земной поверхности, на 10-20 процентов. И если бы в это же время происходили обильные излияния лав в Декане, выбросив в атмосферу дополнительные количества SO2, то общее понижение температуры могло быть еще более значительным. Если принять во внимание, что столкновение должно было поднять глобальное пылевое облако, то кажется очень вероятным, что на Земле тогда царил сумрак и было значительно холоднее, чем сейчас, по крайней мере в течение нескольких лет после столкновения. Более того, при соединении SO2 с водой образуется серная кислота. Частички атмосферных аэрозолей должны были быть очень кислыми, и по мере того, как они постепенно удалялись из атмосферы в результате осаждения, должны были вызвать окисляющие, кислотные дожди. Все одно к одному, так что конец мелового периода был поистине неприятным временем.

За исключением нескольких случаев, массовые вымирания происходили в каждом геологическом периоде, начиная с кембрийского. Мы довольно подробно рассмотрели два из них, самых крупных. Это были главные вымирания, выделенные первыми геологами, когда они еще грубо разделили геологическое время при создании шкалы, ибо на этих вымираниях основывалось выделение границ между палеозоем и мезозоем и между мезозоем и кайнозоем. Мы также рассмотрели, хотя и не так подробно, массовое вымирание, которое произошло в конце докембрия, уничтожив загадочную Эдиакаранскую фауну. Есть ли нечто общее в этих внезапных и резких перерывах развития жизни на Земле? В данное время ответом на этот вопрос будет, видимо, квалифицированное «нет». Квалифицированное, поскольку вполне возможно показать влияние изменений климата практически на все эти вымирания, хотя детали этих изменений не обязательно одинаковы во всех случаях. Действительно, граница между мелом и третичным периодом представляется уникальной в том смысле, что ни одна из других границ, основывающихся на массовых вымираниях, не дает однозначных признаков столкновения. Может быть, одним из самых интригующих совпадений, если это действительно совпадение, является тот факт, что два самых крупных вымирания в течение фанерозоя — на границах перми и триаса, мела и третичного периода — совпадают, каждое с крупнейшим эпизодом континентального вулканизма. Излияния базальта на континенты, подобные сибирским и деканским траппам, сравнительно редки в геологической истории, и тем не менее два таких особенно значительных эпизода совпадают с двумя самыми крупными массовыми вымираниями. Есть ли между ними отношения причины и следствия? Хотя некоторые геологи доказывают, что это именно так, еще слишком рано выносить окончательное суждение. Не все эпизоды с излиянием базальтов достаточно точно датированы, чтобы провести убедительный анализ их возможных соответствий. Более того, хотя всегда возможно, что пропущен какой-нибудь неизвестный фактор, кажется невозможным, чтобы последствия даже очень широкого и мощного вулканизма (главным образом, выброс в атмосферу углекислого газа и SO2) были настолько суровыми или быстрыми, чтобы сами по себе могли привести к массовым, глобальным вымираниям.

Главные события кайнозоя. Время — в миллионах лет назад.

Обратите внимание, что характер изменения уровня моря в плейстоцене сильно упрощен: на самом деле на протяжении последних нескольких миллионов лет происходили многочисленные флуктуации уровня моря, о чем рассказывается в главе 12.

Глава 11.

МЛЕКОПИТАЮЩИЕ, ГОРЫ И ЛЕД: КАЙНОЗОЙСКАЯ ЭРА

Кайнозойская эра по стандартам предшествующих очень коротка. Тем не менее, поскольку она является последним взмахом косы геологического времени, мы многое знаем о ней. Все еще сказываются географические последствия движения литосферных плит, а растительная и животная жизнь, развившаяся в течение кайнозоя, — это знакомые нам фауна и флора современных равнин, лесов и морей. Короче говоря, мир кайнозоя легко распознаваем и удобен, с ним легче иметь дело, чем с более удаленными от нас во времени мирами с их незнакомыми нам обитателями и беспорядочно передвинутыми континентами и океанами.

Одной из причин того, что мы так много знаем о кайнозое, является то, что океанические бассейны в своих отложениях содержат полную хронику ее истории. Все океанское дно старше 200 миллионов лет, а значительная часть более молодого подверглась субдукции,

снова погрузилась в мантию Земли. Однако большая часть океанического дна, образовавшегося в кайнозойскую эру 66 миллионов лет назад, все еще доступна для изучения. И хотя мы знаем, что глубокое море это не такое уж спокойное место, как когда-то думали, с медленным дождем остатков, оседающих на дно и накапливающихся там без каких-либо нарушений их залегания, оно тем не менее дает нам замечательно полную хронику событий, отразившихся в осадках, за всю эру. Одним из великих достижений наук о Земле в двадцатом веке явились организация и выполнение Проекта глубоководного бурения — огромного по масштабам научного предприятия, выполненного частью и для того, чтобы записать эту хронику. Сегодня, более четверти столетия спустя после его начала, этот проект получил уже другое название и цели его еще более расширились, чем в начале, но задачи его в главном остались те же — получить непрерывную серию образцов керна из океанского дна, которые помогут нам понять историю Земли. Сотни геологов со всего мира соперничают друг с другом за возможность провести на море два месяца на борту бурового судна, работая по часам, чтобы изучить, описать и проанализировать образцы керна по мере их поступления на палубу. В конце концов этот керн доставляется в одно из трех хранилищ в Соединенных Штатах — в Калифорнийском университете в Ла-Джолла, в Колумбийском университете в Нью-Йорке и в Техасском университете Эй-энд-Эм в Коллидж-Стэйшн, где они подвергаются дальнейшему изучению и хранятся в замороженном виде для будущих исследований. Эти керновые «библиотеки» являются бесценным источником материалов, документирующих историю Земли и находящихся всегда под рукой, когда появляются новые идеи или методы анализа. Хорошим примером может послужить вопрос о том, что произошло на границе мела и третичного периода. Как рассказывалось в предыдущей главе, открытие избытка иридия в отложениях, соответствующих этой границе, привело к предположению о столкновении Земли с крупным небесным телом 66 миллионов лет назад. Но показать, что это событие имело глобальный характер, а не было какой-то местной геохимической аномалией, не имеющей отношения к столкновению, можно было только на основании исследования керна скважин по всему миру. И большая часть этого материала была получена в результате выполнения Проекта глубоководного бурения.

Независимо от точной природы событий, которыми закончилась мезозойская эра, они отметили крупнейший поворотный момент в истории Земли. Как на суше, так и на море радикально изменился весь ход эволюции. И хотя кайнозойская эра занимает только полтора процента истории Земли, действие тектоники плит, даже с присущей ей медлительностью, значительно изменило физическую географию нашего мира в течение кайнозоя. В начале ее все еще существовал пролив-океан Тэтис, о котором рассказывалось в главе 9, служа проводником для циркуляции воды в широтном направлении. Ни Гималаев, ни Альп еще не было. Климат был гораздо теплее, чем сейчас: имеются ископаемые остатки организмов, свидетельствующие о субтропических условиях на широте северного полярного круга. Млекопитающие, Хотя они и существовали на протяжении всей мезозойской эры, все еще играли второстепенную роль в биологическом царстве. И все же это положение должно было вскоре измениться.

Одной из поистине удивительных особенностей кайнозоя является возможность — в силу столь обильной информации — проследить причинно-следственные связи с гораздо большей убедительностью, чем это было в отношении предыдущих эр. Совершенно ясно, что даже скромные перемещения литосферных плит в течение кайнозоя вызвали изменения климата мирового масштаба, которые, в свою очередь, оказали воздействие на ход биологической эволюции. В учебниках по исторической геологии о более ранних подразделениях геологической шкалы времени рассказывается часто в виде отдельных рассказов о важнейших физических и биологических событиях, помещенных в разных разделах, — тут о горообразовательных процессах, там о вулканизме; в океанах достигли расцвета такие-то и такие-то организмы, на суше такая-то группа вымерла, а такая-то пришла ей на смену. Но для кайнозоя взаимосвязи между биологическим и физическим мирами, хотя и не всегда очевидные, стали, по крайней мере в целом, более ясными — а кроме того, очевидно, что они стали играть очень важную роль. Даже те события, которые с точки зрения глобального целого кажутся совершенно второстепенными — как, например, образование Панамского перешейка около трех миллионов лет назад, соединившего обе Америки и закрывшего циркуляцию вод в широтном направлении между Атлантическим и Тихим океанами, — должны были иметь важные последствия как для климата, так и для всего биологического царства. Хотя и маловероятно, что мы когда-нибудь будем знать все детали более ранних отделов геологической истории так же ясно, как мы знаем кайнозой, все же в этом нашем знании содержится урок, который не следует забывать при рассмотрении этих древних эпох. И здесь снова, в самом широком смысле, принцип актуализма служит нам полезной опорой при рассмотрении прошлого.

ВОЗВЫШЕНИЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Кайнозойскую эру называют иногда веком млекопитающих. От земляного волка до слона, от китов до вомбатов и, конечно, включая нас, млекопитающие стали господствующей формой жизни на Земле. Они включают весь диапазон размеров — от крошечных существ вроде землероек, весом всего в несколько граммов, до гигантских голубых китов, вероятно, самых больших из когда-либо живших на Земле животных. Хотя мы не часто раздумываем над этим, жизни человека и других животных тесно переплетены как в нашей истории, так и в повседневной жизни. Значительную часть нашей пищи, а также немалую часть нашей одежды мы так или иначе получаем от наших одомашненных животных. Многие важные успехи в медицине были достигнуты в результате лабораторных исследований животных. И первоначальные исследования полярных океанов, а также Северной Америки и Сибири проводились с целью поисков китов и покрытых ценным мехом млекопитающих, соответственно, — к сожалению, часто с катастрофическими последствиями для существ, бывших предметом охоты. Самые первые из настоящих млекопитающих, о которых нам известно по их окаменелым остаткам, жили в конце триасового периода, почти в начале мезозойской эры. Еще раньше существовали звероподобные рептилии, как мы уже видели (рис. 9.4). Но очень долгое время после их появления — более 150 миллионов лет — млекопитающие оставались мелкими и малозаметными животными. Согласно общему мнению, это их положение было обусловлено как наличием хищных динозавров, так и конкуренцией со всеми типами динозавров. Однако после того, как массовое вымирание на грани мела и третичного периода устранило этих конкурентов, количество и многообразие млекопитающих росли буквально со скоростью взрыва. Недавние тщательные исследования каменной летописи показали, что за приблизительно 10 миллионов лет после катастрофы на границе мел — третичный период уже существовало около 130 родов млекопитающих (род — это группа близко родственных видов), столько же, сколько существовало в любое время после этого. Летучие мыши, приматы, грызуны, киты — эти и другие предшественники современных животных уже существовали. Хотя с того времени многие виды животных вымерли и появились новые виды, общее количество родов осталось тем же, в среднем около 90.[1] Это показывает, что первоначальный взлет эволюции млекопитающих довольно быстро дал устойчивую популяцию, по крайней мере устойчивое количество родов, которое впоследствии уже не изменялось коренным образом. (Следует повторить замечание, сделанное выше в этой книге, что выражения вроде «довольно быстро» всегда следует понимать в геологических описаниях и рассуждениях в соответствующем контексте. В этом случае увеличение разнообразия млекопитающих за десять миллионов лет можно считать быстрым только по сравнению с более ранней историей этих животных, которая заняла в пятнадцать раз больше времени.)