Ущелье Вади-Сатан и ледяной саркофаг

Один из вопросов, занимающих геологов, таков: далеко ли распространялся морской лед в периоды оледенения “Земли-снежка”? Если лед покрывал планету от полюса до полюса, то влияние этого обстоятельства на биосферу было поистине катастрофическим.

“Свидетели «Земли-снежка»” склонны считать, что во время оледенения километровые слои морского льда образовали своего рода крышку, накрывавшую океаны. Из-за того, что солнечного света и тепла не стало, роскошь фотосинтеза осталась доступной очень немногим микроорганизмам, впавшим во льду в анабиоз. Положение донных организмов оказалось еще отчаяннее: они вовсе лишились притока кислорода. Вероятно, кров и пищу предоставили им в том числе гидротермальные источники, расположенные у срединно-океанических хребтов (точно там, где теперь процветают экосистемы “черных курильщиков”). Несмотря на это, долгий период оледенения был похож на погребение заживо. Лишь невеселые “готы” были способны выжить в этом саркофаге.

Ущелье Вади-Сатан (Дьявольская долина) в Джебель-Ахдар, как и следует из ее названия, – мрачная долина, окруженная высокими и очень мрачными горами. В пасмурный день она немного напоминает декорации “Страшного суда” Брейгеля. По крутейшему северному склону в ущелье спускается высохший водопад. Здесь горный поток прорезал нагромождение слоев породы, которое мы решили назвать мариноанским валунником. В узком ущелье мы смогли почувствовать, каково это – быть погребенным заживо.

Мы с Филипом полезли по водопаду вслед за аспирантом Джоном Лезером. Осматривая один за другим слои, мы, конечно, задержались на перемешанных слоях галечника, принесенных айсбергами, ронявшими на морское дно доставленные издалека окатыши. Местами цвет породы изменяется из-за древних песчаных слоев с рябью, оставленной волнами на открытой воде. Очевидно, здесь морской лед не представлял собой сплошной покров. Он время от времени раскалывался, оставляя участки с открытой водой, которые сохранялись тысячи или даже миллионы лет. Следы воздействия свободной ото льда воды нашлись выше по разрезу холма в Вади-Сатан. Выяснилось, что ледяной панцирь появлялся и исчезал не менее семи раз.

Зная все это, мы, похоже, можем вздохнуть с облегчением. Джонатан Лезер помог заколотить серебряный гвоздь в крышку гроба “Земли-снежка”. Картина заживо похороненных древнейших форм жизни теперь кажется неубедительной. Вади-Сатан продемонстрировало нам, что поверхность моря нередко была похожей на современный океан с ледяным покровом (например, на нынешний Северо-Западный проход: ледниковые щиты, айсберги, вода и ледяное сало). Вырисовывается следующая картина: да, мир снега и льда, но уже не сплошной ледяной панцирь, а ледяное крошево.

И тогда мы заметили нечто странное в лежащей у водопада открытой геологической “книге”. Конечно, всякий раз, когда морской лед таял, слой перемешанного галечника сменялся рифленым слоем песка. Но это еще не все. Дно оказывалось покрыто доломитом: коричневатыми отложениями, содержащими известняк (доломитами). Проследив вверх по скале доломитовые слои, мы узнали, чем кончилось владычество Снежной королевы. Последние слои ледникового периода (гальки из сланца) внезапно сменил толстый, метров в десять, доломитовый отвал. Повсюду в Омане мы находили доломиты, покрывающие последний из слоев галечника.

Послеледниковая “отрыжка”

А что можно сказать о межледниковых эпохах? Что происходило после? У доломитов, залегающих выше слоев эпохи оледенений (так называемых венчающих карбонатов), собственная странная история. Каждое крупное оледенение во время “Земли-снежка”, как мы вскоре выяснили, во многих уголках мира отмечено венчающими карбонатами. Впоследствии мы проследили такие слои в Канаде, Шотландии, в Намибии, в Индии, в Китае и в Австралии.

Эти опорные слои настолько отчетливы и широко распространены, что один из них (несколько сантиметров выше уровня мариноанского оледенения) принят для определения в глобальном масштабе уровня эдиакарского периода (рис. 20). Вероятно, это самый мощный маркер горизонта, прослеживаемый везде на планете. К нему близок лишь знаменитый метеоритный слой конца мелового периода, однако его толщина обычно не превышает нескольких сантиметров. Мощность доломитов, подобных этому слою, может достигать сотен метров. Немного странными их делают химические сигналы в венчающих карбонатах: соотношение изотопов углерода в них таково, что напоминает колоссальную отрыжку. Чтобы объяснить это, следует обратить внимание на изотопы углерода в составе “отрыжки”.

Рис. 20. “Золотой гвоздь”, отмечающий уровень новой (получила название эдиакарской) системы в горах Флиндерс (штат Южная Австралия). Отметка расположена на несколько сантиметров ниже карбонатного слоя и чуть выше мариноанских ледниковых отложений (время “Земли-снежка”). Таким образом, он указывает на эпизод быстрого, по-видимому, таяния ледниковых шапок, занимавших почти всю планету. Отверстия в породе остались после отбора проб для подтверждения той гипотезы, что эти ледниковые отложения образовались в районе экватора около 630 млн лет назад. Снимок Джона Антклиффа.

Всем известно, что основу жизни на Земле составляет углерод. Многие слышали и о радиоуглеродном анализе. Напомню, углерод-14 – это радиоактивный изотоп углерода. Распадаясь с определенной скоростью, он образует азот-14, и этим пользуются археологи, желающие определить возраст старых костей. Масса стабильного углерода-12 меньше массы углерода-14. Существует и еще один стабильный изотоп с массой 13. Рассмотрим его подробнее.

Пожалуйста, глубоко вздохните. В воздухе, который вы только что выдохнули, содержание углерода-12 выше, чем в воздухе, который вы вдохнули. Мы можем быть вполне уверены, что он насыщен легким изотопом в соотношении около 28 единиц на 1000. Причина этого отчасти кроется в съеденном вами обеде: углерод на вашей тарелке либо растительного происхождения, либо из тела животных, которые питались растениями. Либо (если вы высший хищник – например, хорошо образованный вампир) он происходит из тела животных, которые поедали животных, которые, в свою очередь, питались растениями. Как бы то ни было, именно зеленые растения приводят к этому разделению углерода. Они предпочитают углерод-12, поскольку сравнительно меньшая масса позволяет ему гораздо проще, чем углероду-13, сохраняться в биологических системах. Как говорится, жизнь ленива. И признак этой лени мы видим в угле, нефти и большей доле других пород. Соотношение изотопов углерода в выхлопных газах вашего автомобиля также ближе к углероду-12.

А теперь представьте, что вы понюхали пробу газа, выброшенного близлежащим вулканом. Содержание углерода-13 в этом газе гораздо выше, чем в выдыхаемом вами воздухе, поскольку остатки органической жизни (нефть, каменный уголь и мел) редко достигают магматического очага, расположенного на многокилометровой глубине. Углерод (легкий изотоп) в вулканических газах насыщен довольно слабо: около 5 единиц на 1000.

Пол Хоффман и его коллеги из Гарварда установили, что изотопы углерода в венчающих карбонатах образованы из подобия отрыжки. Возможно, они происходят из углеродсодержащих газов, бывших закупоренными в донных отложениях и в воде подо льдом. Когда освобожденные газы устремились к поверхности, они столкнулись с относительно теплыми приповерхностными слоями воды, и океан обогатился белым карбонатом кальция, который, осев, образовал слои венчающих карбонатов.

Флатуленция – выпускание газов – может привести к конфузу, однако врачи по-прежнему считают ее полезной для пищеварения. Хороша она и для планеты в целом. После ледникового периода океаническая “диспепсия” сменяется старой доброй “флатуленцией”. Но у этого есть и побочные эффекты, например глобальное потепление. Так, в наше время значительная часть объема метана в атмосфере происходит из кишечников скота. Аналогично, глобальные приступы флатуленции (отмеченные венчающими карбонатами), как считается, обусловили радикальный поворот от мира-морозильника к тепличному миру (возможно, всего за несколько тысяч лет). Стремительный переход от климата, подобного марсианскому, к венерианскому климату – это, пожалуй, слишком. Однако это, вероятно, одна из самых жутких в истории Земли эпох перемен. Похоже, владычество Снежной королевы подходит к концу, когда удерживаемые метан и углекислый газ, отчасти из вулканических выбросов, наконец устремляются сквозь лед.