Новая история происхождения жизни на Земле

Киршвинк Джозеф

Позднепалеоценовый термический максимум

К началу кайнозоя Земля пережила по меньшей мере девять известных на сегодня массовых вымираний: первое приходится на кислородную катастрофу и периоды «Земли-снежка», вызванные этой катастрофой; второе — более 1 млрд лет назад — произошло в криогении; затем в хронологическом порядке следуют эдиакарское, позднекембрийское, ордовикское, девонское, пермское, триасово-юрское, мел-палеогеновое массовые вымирания. Удивительно, что причины этих событий были самыми различными: внезапное появление кислорода, сильное уменьшение его концентрации, появление хищников, помноженное на недостаток кислорода и выбросы сероводорода, и падение астероида. Однако в конце палеоцена, всего лишь через 9 млн лет после гибели динозавров, возникла новая опасность: увеличение концентрации метана в атмосфере, что вызвало

одно из самых значительных резких изменений климата в геологической истории. Это событие получило название «позднепалеоценовый термический максимум».

Впервые данное явление открыли океанографы [222] , которые работали совсем над другой проблемой и не собирались изучать температурные аномалии палеоцена. Они пытались собрать новые сведения о мел-палеогеновом вымирании, проделывая для этого скважины в земной коре в глубоководных областях океана в рамках американской Программы глубоководного бурения. Но чтобы достичь ярусов мелового периода, сначала нужно пройти отложения эоцена и палеоцена. Пока сверлили скважину, чтобы добраться до конечной цели, попутно извлекали образцы пород верхних ярусов.

222

J. P. Kennett and L. D. Stott, «Abrupt Deep-Sea Warming, Paleoceanographic Changes and Benthic Extinctions at the End of the Paleocene,» Nature 353 (1991): 225–29.

Когда образцы более молодых пород наконец осмотрели и были исследованы изотопы кислорода и углерода в раковинах крошечных одноклеточных протист-фораминифер, выяснилось, что полученные данные о температурах, а также об изотопах углерода-12 и углерода-13 как будто бы ошибочны, поскольку породы, извлеченные из нижних слоев, показывали более высокую палеотемпературу, чем в верхних слоях. Во времена палеоцена, как и сегодня, даже в холодной Арктике вода была на глубине холоднее, чем у поверхности. Однако цифры говорили совершенно противоположное: теплые глубинные воды и холодные верхние. За относительно короткий промежуток времени глубоководные области океана стали аномально теплыми.

В отложениях на границе палеоцена и эоцена обнаружилось аномально большое количество вулканического пепла [223] . Как и пыль, относительно легкий вулканический пепел попадает на морское дно из атмосферы, однако появляется он в атмосфере в результате вулканической деятельности, а не из-за сильных ветров. Такое небывалое увеличение вулканического пепла в атмосфере и, соответственно, в отложениях могло произойти только благодаря резкому усилению вулканической деятельности, в данном случае около 58–56 млн лет назад. Дальнейшая проверка показала, что такое явление характерно для многих мест по всему земному шару, то есть это не аномалия какого-то одного месте на морском дне.

223

U. Rohl et al., «New Chronology for the Late Paleocene Thermal Maximum and Its Environmental Implications,» Geology 28, no. 10 (2000): 927–30; T. Westerhold et al., «New Chronology for the Late Paleocene Thermal Maximum and Its Environmental Implications,» Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 257 (2008): 377–74.

Поздний палеоцен характеризуется тем, что в тропиках температура была стабильно высокой, тогда как в арктических и антарктических широтах температурные показатели заметно выросли. Вообще, в палеоцене показатели температур в морях между экваториальными и полярными регионами отличались значительно — на 17 °C (сегодня эта разница еще больше — 22 °C). Однако к началу эоцена различие это уменьшилось до 6 °C. Высокие широты потеплели, и тепловой обмен между экваториальными и полярными широтами сильно замедлился, а вместе с этим уменьшилось число и сила ветров. Мир стал очень тихим и очень жарким, как это, впрочем, уже много раз происходило в истории. И так же, как раньше, произошло еще одно парниковое массовое вымирание.

Данные, полученные при исследовании изотопов углерода в отложениях на границе палеоцена и эоцена, также стали неожиданностью: они продемонстрировали непродолжительную отрицательную экскурсию, а такое возможно только при условии уменьшения объема растительности в биосфере, которое является признаком

массового вымирания В том же регионе, где бурили скважины по Программе глубоководного бурения США, другие палеонтологи обнаружили свидетельства катастрофической гибели придонных организмов (исследования были сосредоточены в основном на фораминиферах — они являются типичными обитателями придонной экосистемы). Являлось ли быстрое вымирание видов, приспособленных к холодным условиям, следствием лишь внезапного потепления? Результаты всех исследований, описанных выше, были опубликованы в начале 1990-х, а вскоре после этого японский палеонтолог Кунио Кайхо выпустил еще одну публикацию, в которой сообщалось, что судьба придонной биоты была решена не повышением температуры на больших глубинах, а резким падением уровня кислорода в тех областях океана. Весьма логичное заявление, ведь теплая вода зачастую бедна кислородом и пищевыми ресурсами.

Итак, в глубинных областях морей возникло неожиданное потепление, снизилась концентрация кислорода в воде, у поверхности вода также потеплела — что послужило этому реальной причиной? Столкновение Земли с астероидом во времена мел-палеогенового вымирания привело к серьезным изменениям в верхних слоях океана, и из-за этого в них погиб почти весь планктон, но глубоководный мир остался почти не затронут, если не считать сокращения пищевых ресурсов, поступающих сверху. Потепление глубоководных областей могло произойти из-за быстрого нагрева значительной площади морского дна, но такое возможно только в случае возникновения совершенно нового типа подводного вулканизма. У дна океана действительно существуют течения с очень высокой температурой, но они находятся у относительно узких срединно-океанических хребтов, где происходит образование новой океанической коры. Даже быстрое тектоническое движение, вызванное повышенной вулканической активностью, может создать потепления такого масштаба. Более-менее корректное предположение заключается в том, что в целом потепление придонных слоев океана возникло в результате интенсивного испарения в тропических широтах — это привело к тому, что вода стала более соленой и плотной, и затем эти более соленые и плотные водные массы переместились вдоль морского дна, в том числе в холодные области высоких широт.

В океане времен палеоцена не действовал один обычный механизм перемещения холодных, насыщенных кислородом поверхностных слоев ко дну: глубоководная термохалинная циркуляция — основной способ перемешивания океанических вод — работала диаметрально противоположным современному потоку океанических течений образом. Первыми жертвами этого стали фораминиферы — крошечные глубоководные организмы, которым был жизненно необходим кислород. Погибли многие их виды, и произошло это относительно быстро — в течение примерно 4000 лет. Впрочем, чтобы считать это событие массовым вымиранием, необходимо убедиться, что оно затронуло не только океан, но и сухопутных животных. Исследования продолжились уже на суше.

Глобальные парниковые изменения, которые привели к гибели океанических организмов, происходили и на суше [224] . Открытие вымирания глубоководных форм заставило палеонтологов по-новому посмотреть на известные (и специально собранные) образцы сухопутных ископаемых палеоценовой эпохи, и вскоре стало понятно, что млекопитающие также пережили значительное потрясение. В дальнейшем более точные вычисления показали, что вымирание на суше произошло в тот же период времени, что и в океане.

224

P. L. Koch et al., «Correlation Between Isotope Records in Marine and Continental Carbon Reservoirs Near the Paleocene-Eocene Boundary,» Nature 358 (1992); 319–22.

Геологическая летопись показывает, что данное событие привело, ни больше ни меньше, к новому этапу в развитии млекопитающих — современному. Во второй половине палеоцена уже существовали многочисленные (30 семейств по результатам изучения ископаемых) млекопитающие, но многие из них были небольшого размера, некоторые относились к несуществующим сегодня группам, включая переживших мел-палеогеновое вымирание, многих сумчатых, некоторые енотоподобные формы с копытами (странные это были звери — совершенно новые травоядные копытные животные, ставшие мясоедами в палеоцене). Существовали также настоящие насекомоядные и первые приматы — и те и другие очень малого размера. Однако к концу палеоцена возникли также и более крупные виды, некоторые — невероятно причудливые.