Глава 28
Айсберг по курсу!
ВООБЩЕ-ТО ЗЕМЛЯ МНОГО РАЗ СТАНОВИЛАСЬ похожей на гигантский снежный ком. Так было 2,7 миллиарда лет назад, и 2,2 миллиарда лет назад, и 2 миллиарда лет назад. 800 миллионов лет назад снова стало чертовски морозно, затем последовала целая серия всемирных похолоданий, вроде бы закончившаяся 600 миллионов лет назад, но 300 миллионов лет назад Земля опять превратилась в снежок, и в последние 50 миллионов лет время от времени возвращается к подобному состоянию. Лед сыграл значительную роль в истории развития жизни. Хотя его истинное значение мы оценили лишь недавно.
Люди начали понимать это, когда нашли доказательства последнего оледенения. Полтора миллиона лет назад, то есть примерно тогда, когда мы становились доминирующим видом на Земле, на планете было очень холодно. Прежде этот период называли Ледниковым. Сейчас так не делают, поскольку выяснилось, что таких ледниковых периодов было много: мы говорим о тех временах как о циклах оледенения – межледниковья. Какая тут связь? Мог бы холодный климат побудить голых замерзших обезьян развиться настолько, чтобы начать убивать других животных и натягивать на себя их шкуры, а потом еще и научиться использовать огонь?
Когда-то это была одна из самых популярных теорий. На первый взгляд она логична. Но потом выясняется, что в ней слишком уж много дыр и неувязок. Не говоря уже о том, что более ранний и куда более суровый ледниковый период чуть вообще не положил конец всей этой глупости под названием «жизнь». Однако, по иронии судьбы, весьма вероятно, что именно ему мы обязаны существующим разнообразием жизни.
Благодаря новаторским идеям Жана-Луи Агассиса викторианские ученые знали, что когда-то на Земле было куда холоднее, чем сейчас. Чтобы увидеть тому доказательства, достаточно было рассмотреть очертания долин. И сегодня во многих областях планеты можно увидеть ледники: широкие ледяные «реки», очень медленно текущие под давлением нарастающего льда, образующегося высоко в горах. Ледники тащат за собой огромные массы горной породы, перемалывая или шлифуя все, что встает у них на пути, и формируя долины, похожие в разрезе на сглаженную букву U. Повсюду в Европе, как и во многих других частях света, можно обнаружить долины такой формы, хотя на сотни и тысячи миль в окрестности вы не обнаружите ни кусочка льда. Геологам Викторианской эпохи оставалось только сложить два и два. И хотя получившаяся картина вызывала некоторое беспокойство, в целом она выглядела правдоподобно.
Около 1,6 миллиона лет назад, на заре плейстоцена, на Земле внезапно похолодало. Благодаря быстрому накоплению снега ледяные шапки на полюсах начали разрастаться, и расползавшиеся ледники прорыли эти U-образные долины. Затем лед опять отступил. Считается, что такое происходило четыре раза подряд: лед отползал и вновь наступал, погребая под собой бо́льшую часть современной Европы, при этом слой льда достигал нескольких миль.
Однако викторианские геологи полагали, что волноваться нам не о чем. Судя по всему, мы живем в самой середке периода потепления, и нам не грозит быть похороненными под толстенной коркой льда по крайней мере еще некоторое время…
Сейчас картина выглядит не столь радужно. Многие думают, что человечество должно опасаться не всемирного потепления, а начинающегося ледникового периода. Как ни парадоксально и ни глупо это выглядит, но, возможно, загрязнение планеты поможет отдалить мировой катаклизм!
Как часто бывает, получить новые знания нам помогли новые методы наблюдения, подкрепленные новыми теориями, объсняющими, что именно ученые у себя там наизмеряли и насколько мы можем быть уверены в их результатах. Эти новые методы весьма разнообразны: от всяких хитрых способов определения возраста горных пород до изучения пропорций различных изотопов в кернах, извлеченных из древнего льда, и бурения океанского дна для изучения осадочных слоев. Последние образовались следующим образом: в теплых морях водится множество живых существ, останки которых образуют донные отложения. Именно поэтому мы можем проследить связь между осадочными породами и климатом.
Все эти методы дополняют друг друга, рисуя притом практически одинаковую картину. Периодически на Земле холодает: температура на полюсах снижается на 10°–15 °C, а в остальном мире – на 5 °C. Затем внезапно становится примерно на 5 °C теплее нормы. В промежутке между большими флуктуациями наблюдаются более мелкие, так называемые малые ледниковые периоды. Как правило, разрыв между двумя существенными ледниковыми периодами составляет около 75 тысяч лет, но иногда бывает меньше. Короче говоря, ничего похожего на успокаивающие 400 тысяч лет, рассчитанные в Викторианскую эпоху. Наибольшее опасение вызывает то, что периоды потепления вроде того, что переживаем мы с вами, редко длятся более 20 тысяч лет.
Последнее крупное оледенение закончилось 18 тысяч лет назад.
В общем, ребята, укутываемся потеплее.
Как же возникают ледниковые периоды? Оказывается, Земля не такая лапочка, как нам хотелось бы думать. И орбита, по которой она вращается вокруг Солнца, не столь стабильна и регулярна, как нам представляется. Принятая в настоящее время теория была предложена в 1920 году сербом Милутином Миланковичем. Если говорить в общих словах, то Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, почти круговой, однако три характеристики этого движения подвержены изменениям. Во-первых, это угол наклона земной оси, который теперь составляет 23°, но меняется с периодом в 41 тысячу лет. Во-вторых, смещение точки, в которой Земля ближе всего находится от Солнца, которая меняется с периодичностью 20 тысяч лет. В-третьих, это эксцентриситет орбиты Земли, показывающий ее «сжатость», период изменения которого составляет около 100 тысяч лет. Совместив все три переменных, можно рассчитать изменения количества тепла, получаемого Землей от Солнца. Эти расчеты согласуются с известными колебаниями температуры Земли, и выглядит вполне вероятным, что прогревание Земли, завершающее ледниковые периоды, объясняется увеличением количества тепла, полученного от Солнца, связанными с этим тремя астрономическими циклами.
Надеемся, вы не слишком удивлены тем, что когда Земля получает больше тепла от Солнца, она нагревается, а когда меньше – остывает. Но не все тепло, которое достигает верхних слоев атмосферы, попадает на Землю. Часть его отражается от облаков, и даже то, которое достигает поверхности Земли, может отразиться от океанской глади или от льдов и снегов. Считается, что в ледниковые периоды именно это отражение заставляет Землю терять больше тепла, чем в другие времена, и ледниковые периоды автоматически усиливают сами себя. Они заканчиваются только тогда, когда, несмотря на все потери, поступление солнечного тепла настолько велико, что льды начинают таять. А может быть, лед просто становится слишком грязным, или еще что-нибудь… Куда менее очевидным является то, что ледниковые периоды начинаются вследствие уменьшения количества поступающего тепла, поскольку начало ледниковой эры всегда медленнее, чем ее завершение.
Все это заставляет нас предполагать, что глобальное потепление отчасти обусловлено газами, выделяемыми живыми существами. Когда газы вроде метана или углекислого газа накапливаются в атмосфере, они вызывают всем известный теперь парниковый эффект, при котором в ловушку попадается намного больше солнечного тепла, чем обычно. Сейчас большинство ученых убеждено, что количество парниковых газов растет быстрее, чем должно было, по причине деятельности человека: земледелия с его выжиганием лесов под новые поля, множества автомобилей, сжигания угля и нефти для получения электричества, наконец, животноводства. (Между прочим, коровы производят огромное количество метана. Каждый может убедиться, что с одного конца в корову поступает трава, а с другого – выходит метан.) Не стоит забывать и об углекислом газе, выдыхаемом людьми: один человек может надышать как половина автомобиля, если не больше.
Может быть, в прошлом существовали развитые цивилизации, о которых мы ничего не знаем и чьи следы бесследно исчезли, кроме влияния на температуру Земли. А может быть, по планете бродили огромные стада крупного рогатого скота, бизонов, слонов и деловито выделяли метан. Но большинство ученых считает, что климатические колебания происходят в основном под влиянием пяти факторов: количества тепла, излучаемого Солнцем; орбиты Земли; состава атмосферы; количества пыли, выделяемой вулканами; и уровня суши и воды, зависящего от движения земной коры. Пока мы не можем сложить по-настоящему целостную картину, в которой измерения полностью соответствовали бы теории, как нам хотелось бы, однако ясно одно: климат Земли имеет не единственное, а несколько стабильных состояний. Некоторое время он находится в одном положении, затем быстро переключается на другое, и так далее.
Первоначальная идея заключалась в том, что одно состояние – это теплый климат вроде того, который наблюдается теперь, а другое – холодные ледниковые периоды. В 1998 году Дидье Пайар предложил модель трех состояний: межледниковье (теплый климат), умеренное ледниковье (прохладный климат) и ледниковье (очень холодный климат). Уменьшение количества тепла, получаемого от Солнца, проходит некий критический порог, связанный с соотношением астрономических циклов, что создает регулярные переходы из теплого состояния в прохладное. При накоплении достаточного количества льда он начинает отражать все больше солнечного тепла, и прохладное состояние переключается в очень холодное. Однако, когда интенсивность солнечного тепла достигает определенного критического уровня, опять же благодаря трем астрономическим циклам, климат снова переключается на теплый. Эта модель хорошо согласуется с наблюдениями за количеством кислорода-18 (радиоактивный изотоп кислорода) в геологических отложениях.
И, наконец, немного драмы. Около 800 миллионов лет назад оледенение было настолько сильным, что чуть не стерло с поверхности Земли все живое. Эта «большая заморозка» продолжалась в период от 20 до 10 миллионов лет назад. Льды тогда достигли экватора, даже море, возможно, замерзло на глубину около полумили (1 км), если не больше. Согласно теории «Земля-снежок», предложенной Полом Хоффманом и Дэниэлом Шрагом в 1998 году, лед должен был покрыть Землю целиком. Тем не менее, если бы он действительно захватил всю планету, это нанесло бы куда больший вред, чем можно заключить из найденных окаменелостей.
Проблема не только в этом. Основным доказательством теории глобального оледенения служит слой осадочных пород, который сформировался после таяния льдов. В этом слое соотношение между обычным углеродом-12 и его изотопом, углеродом-13, не в пользу последнего. Фотосинтез, осуществляемый морской флорой, превращает углерод-12 в углерод-13, поэтому избыток углерода-13 и наблюдается в морской воде и донных осадках, из которых формируются осадочные породы. Таким образом, уменьшение количества углерода-13 по отношению к углероду-12 является признаком низкой биологической активности.
Задача ученых состоит в поиске путей опровержения того, что кажется им слишком очевидным. В 2001 году Мартин Кеннеди и Николас Кристи-Блик измерили указанное соотношение для осадочных пород, сформировавшихся во время «большой заморозки». Если мир был покрыт милями льда, соотношение должно было быть низким. Однако в действительности оно оказалось высоким (в Африке, Австралии и Северной Америке). Это доказывало, что глобальная экосистема была довольно развитой.
Компьютерные модели климата показывают, что океаны тоже стойко сопротивлялись замерзанию.
Как и многие заманчивые научные теории, «Земля-снежок» во многом оказалась спорной, и для того, чтобы выяснить, кто прав, потребуются дальнейшие исследования. Может быть, Земля не совсем была похожа на твердый снежок. Или, может быть, как уточняет Шраг, существовали пространства открытой воды, достаточно обширные для того, чтобы изменить углеродную химию океана, поглощавшего атмосферный углекислый газ. А может быть, наклон земной оси изменялся несколько больше, чем готовы признать астрономы, и лед начал таять на полюсах, а на экваторе, напротив, накапливаться. Или континентальный дрейф происходил тогда быстрее, чем теперь представляется, и мы попросту неверно определили границы распространения льда. Как бы там ни было, а тот мир был зверски холодным.
Несмотря на то, что великая стужа почти справилась с делом уничтожения жизни с поверхности Земли, она же невольно стала причиной нынешнего биоразнообразия. Дело в том, что большой скачок от одноклеточных к многоклеточным организмам также произошел около 800 миллионов лет назад. Вполне вероятно, что холод смел с лица Земли большинство одноклеточных и открыл новые возможности для многоклеточных, что 540 миллионов лет назад и привело в итоге к кембрийскому взрыву. За массовыми вымираниями, как правило, следует расцвет разнообразия, эволюционная игра, во время которой жизнь из «профессионального» разряда вновь возвращается в статус «любителя». Конечно, требуется некоторое время для того, чтобы убрать с поля наименее способных игроков, но пока они не удалены, можно наблюдать самые диковинные способы выживания. Последующий ледниковый период только способствовал этому процессу.
Впрочем, возможно, все было наоборот. Приобретение триплобластами анального отверстия должно было сильно изменить экологию морей. Их фекалии оседали на морском дне, где бактерии с удовольствием занялись их переработкой. Другие создания могли стать фильтраторами, живя за счет бактерий и, возможно, отправляя своих личинок наверх, в гущу планктона, чтобы те могли распространяться, как это делают современные животные-фильтраторы. Многие новые пути выживания зависели от этой древней компостной системы. И вполне вероятно, что успешное возвращение азота и фосфора в морские циклы привело к бурному размножению водорослей, что, в свою очередь, вызвало снижение содержания углекислого газа в атмосфере, уменьшило парниковый эффект и послужило причиной новой великой стужи.
К счастью для нас, последняя не продлилась слишком долго и была не настолько суровой, чтобы уничтожить все живое. (Без сомнения, бактерии, обитавшие вблизи подводных вулканических кратеров или в недрах земной коры выжили бы в любом случае, однако эволюционное развитие было бы отброшено далеко назад.) Поэтому когда на Земле вновь потеплело, жизнь бурно расцвела в дивном, новом, свободном от конкуренции мире. Как ни парадоксально, мы с вами находимся здесь и сейчас именно потому, что когда-то наши предки оказались на грани исчезновения. История эволюции полна прекрасных «плохих новостей», когда жизнь радостно мчалась вперед, перепрыгивая через тела павших…
Ощущение Ринсвинда, что Круглый мир якобы затеял катаклизм специально ради его персоны, простительно. Живым созданиям вечно достается от всяческих природных катастроф. Вот, кстати, еще парочка. При пермско-триасовом вымирании, приключившемся 250 миллионов лет назад, за несколько сотен тысяч лет исчезло 96 % видов. Уильям Хобстер и Мордехай Магаритц полагают, что это случилось потому, что они задохнулись. Изотопы углерода показывают, что накануне массового исчезновения живых существ окислилось большое количество угля и сланца. Вероятно, это произошло из-за падения уровня моря и соответствующего увеличения площади суши. В результате уровень углекислого газа вырос, а кислорода – уменьшился, составив половину от его нынешнего содержания в атмосфере. Особенно тогда не поздоровилось сухопутным видам.
Еще одно глобальное вымирание, хотя и менее катастрофическое, произошло 55 миллионов лет назад на границе палеоцена и эоцена. В кернах, взятых изо льдов Антарктики, Джеймс Кеннет и Лоуэлл Стотт обнаружили то, что может явиться доказательством внезапной гибели множества видов морских существ. Похоже на то, что триллионы тонн метана внезапно попали из океана в атмосферу, подняв температуру окружающей среды «выши крыши», поскольку метан – это мощый парниковый газ. По предположению Дженни Диккенс, таким источником метана стали залежи гидратов метана в вечной мерзлоте и на морском дне. Гидраты метана представляют собой клатрат, то есть «клетку» из молекул воды, в которой «заперта» молекула метана: они возникают, когда бактерии в иле выделяют газ и он оказывается там «запертым».
По случайному совпадению, одним из главных итогов палеоцен-эоценового вымирания стало биологическое разнообразие, приведшее к появлению высших приматов и нас с вами. Короче говоря, является что-то катастрофой или нет, зависит исключительно от точки зрения. Как совершенно справедливо заметил Думминг Тупс, у камней не может быть собственного мнения, тогда как у нас оно вроде бы есть.
