Земля после нас: Что расскажут камни о наследии человека?

Династии

Разработка методологии — это главное для науки. Обзаведясь методологией, вы сможете продолжить извлекать из мира природы информацию, факты — то есть материал. В настоящее время как специалисты, так и неспециалисты считают использование ископаемых останков в качестве доказательств древних событий обычным делом, что давно нашло отражение и в популярной культуре. Например, динозавры завоевали наши телеэкраны, кинотеатры и торговые центры в виде мультипликационных персонажей, пластиковых фигурок, мягких игрушек и рисунков на обложках комиксов. Эра динозавров воспринимается всеми как давно закончившийся период, мир, оставшийся в далеком прошлом.

На каком-то этапе своих изысканий наши внеземные гости ощутят потребность реконструировать династии животных и растений, обитавших на этой планете в разные эпохи, чтобы на основе разрозненных остатков, сохранившихся в многочисленных земных слоях пород, выстроить последовательную историю. Изучив превосходно отрегулированный механизм теплоотдачи, приводящий в движение тектонические плиты, пришельцы разберутся с непрерывным созданием и сохранением слоев. Разгадав замысловатую загадку про повышение и понижение уровня моря, они получат некоторое представление о более тонких мерах контроля за сохранением геологической летописи. И, решая эти проблемы, несомненно, попытаются каким-то образом систематизировать сами слои, как это делали наши викторианские и довикторианские предшественники. В конце концов эти геологи-первопроходцы сумеют распознать доисторическое прошлое планеты, когда столкнутся с ним, даже если будут еще далеки от понимания работы механизма Земли, предопределившего историю, которую они распутывают.

Какие слои будут доступны для изучения через 100 миллионов лет? Многие, если не все классические места находок ископаемых остатков навсегда исчезнут под воздействием процессов эрозии, а сами эти остатки, превратившись в разрозненные частицы детрита, в конечном счете скопятся на дне будущих морей. Немецкий зольнхофенский известняк, подаривший нам археоптерикса, скорее всего, прекратит свое существование. Бёрджесские сланцы в Британской Колумбии с их поразительным разнообразием ранних мягкотелых беспозвоночных организмов кембрийского периода (полмиллиарда лет назад) исчезнут почти наверняка, поскольку расположены на высоком, быстро выветривающемся горном склоне.

Далее, есть ныне не вскрытые слои, которые уже попали или попадут позднее на идущий наверх тектонический эскалатор. Благодаря этому в далеком будущем, через 100 миллионов лет, они будут доступны для осмотра и изучения на будущей поверхности Земли. У нас имеется некоторое представление о том, что могут включать в себя эти слои, поскольку наш биологический вид в интересах науки, но куда чаще для извлечения прибыли бурит по всему миру глубокие скважины. Возможно, к тому времени окажется на поверхности метеоритный кратер, причастный к вымиранию динозавров и в настоящее время погребенный на глубине более 1 км под полуостровом Юкатан в Мексике. А еще есть лично мне знакомые содержащие ископаемые остатки глинистые породы: ныне они залегают в нескольких сотнях метров под центральными графствами Англии, их керны хранятся в хранилищах Британской геологической службы; мне бы очень хотелось хоть ненадолго обрести бессмертие, чтобы иметь возможность подробно изучить эти породы, когда они наконец выйдут на поверхность. И будет еще множество других слоев, еще не пробуренных и потому неизвестных; все они содержат информацию о далеком прошлом, а некоторые будут включать в себе сокровища, сравнимые с зольнхофенскими и бёрджесскими.

Кроме того, появятся новые, еще не отложившиеся слои. Все те осадочные слои, которые будут накапливаться на земной поверхности в ближайшие 100 миллионов лет. В основном через 100 миллионов лет они будут погребены глубоко в недрах Земли. Значительная их часть затем вновь подвергнется эрозии и преобразуется в еще более новые слои. Однако определенное количество напластований, которые сформируются на протяжении следующих 100 миллионов лет, будет находиться на будущей поверхности суши или вблизи нее, точно так же, как ныне широко распространены и легко доступны горные породы, сформировавшиеся в течение последних 100 миллионов лет (то есть с раннего мелового периода).

А отделять древние, еще не обнажившиеся страты от грядущих напластований, которым лишь предстоит отложиться, будут слои настоящего — текущего геологического момента, интервала, к которому относится существование человеческой цивилизации. Этот интервал длится менее 10 тысяч лет, следовательно, составляет всего 1% от 1 миллиона лет, что само по себе — лишь крохотная фаза геологического времени. В наглядном виде мощность этой прослойки между далеким прошлым и продолжительным будущим сравнима с толщиной листа папиросной бумаги. Но все же я рискну предположить, что наши будущие исследователи ее обнаружат. И поразятся.

Мы не в состоянии предсказать, какие осадочные породы будут существовать и где, когда приступят к своей работе наши будущие архивисты, однако можем попробовать определить приблизительные пропорции той совокупности слоев, которая будет доступна для их изучения. Сегодня у нас есть возможность рассмотреть все твердые породы на поверхности суши: и те, что обнажены, и те, что залегают сразу под тонким покровом совсем недавно отложившихся рыхлых песков, гравия и глины. Если мы для примера возьмем карту Британских островов, то около 20% площади суши подстилают породы, возраст которых составляет до 100 миллионов лет включительно. Еще примерно 70% — породы возрастом 100-500 миллионов лет. И около 10% — еще более древние, докембрийские породы, которые возникли свыше 3 миллиардов лет назад.

Отнюдь не все они являются стратифицированными осадочными породами, и потому не все способны поведать о древних природных условиях на поверхности Земли. Это плутонические гранит и габбро, крупнозернистые магматические породы, которые раскристаллизовались глубоко в недрах, а затем медленно были подняты наверх по мере выветривания вышележащих пород. Существуют породы, как осадочные, так и магматические, которые перекристаллизовались в условиях высоких температур и давления в корневой части горных поясов. Вообще говоря, чем древнее порода, тем выше вероятность, что ей доводилось попадать в крупные тектонические происшествия, а потому неметаморфизованные (не изменившиеся под воздействием температуры и давления) примеры древнейших пород на Земле редки. Впрочем, даже метаморфические породы, если они не подвергались слишком сильному нагреву или воздействию давления, все еще сохраняют в себе изначальные черты и могут даже содержать окаменелости. Однако как только они основательно раскалятся и перекристаллизуются, эта первоначальная история уничтожается, и ее замещает собой описание медленного развития в глубине земных недр. Это царство Плутона, и в нем господствуют меняющиеся условия температуры и давления и медленные потоки подземных флюидов. Если бы можно было прорыть туда туннель, каким-то образом предотвратив обрушение его стенок, мы очутились бы в мире, лишенном кислорода, а далее (спустя пару километров, там, где не выживают даже самые выносливые микробы) и жизни, во мраке и, по мере спуска и повышения температуры, в пекле. Большинство пород, которые мы могли бы там увидеть, пребывали в этом царстве гораздо дольше, чем на поверхности.

Итак, через 100 миллионов лет породы разного возраста, как стратифицированные, так и не стратифицированные, будут представлены на поверхности Земли примерно в тех же пропорциях. Количество пород, наблюдаемых нами сегодня, пропорционально уменьшится, потому что над ними окажутся более молодые слои (которые начинают формироваться только сейчас), а также потому, что поверхность суши сократится, поскольку в будущем уровень моря (скорее всего) повысится. Под дном этих океанов будет планомерно действовать тектоника плит и происходить процессы создания и уничтожения океанов. Чуть более половины сегодняшнего океанского дна исчезнет и будет заменено новым дном. В ходе этого процесса значительная часть имеющихся у нас в настоящее время материальных свидетельств прошлого прекратит существование, их место займут новые доказательства, относящиеся к настоящему и будущему времени. (Единственным, что будет представлять в этом царстве империю людей, окажется тонкий слой в медленно накапливающихся на океанском дне илах, мощность которого составит всего несколько сантиметров.) Короче говоря, в материалах для изучения недостатка не будет: целая сокровищница земной истории, насчитывающей более 3 миллиардов лет. И она не должна быть проигнорирована ни одним из будущих исследований этой планеты.

Основные эпизоды этой истории по-прежнему будут отчетливо прочитываться. Даже если все имеющиеся сейчас в нашем распоряжении доказательства будут стерты, их сменят новые улики, которые окажутся на поверхности в результате поднятия и выветривания земной коры; эти новые данные будут иногда более отчетливо, а иногда более туманно, чем сегодня, обрисовывать некоторые аспекты истории Земли. Однако большая их часть будет являть собой лишь площадные распространения (или, в геологической терминологии, коррелирующие отложения) тех слоев, которые мы наблюдаем на поверхности сегодня. Так, на территориях, которые заменят собой нынешние Британские острова, возможно, все еще будут выходить на поверхность меловые породы, но это будут меловые породы, которые сейчас залегают на глубине, скажем, в сотни метров под Лондоном или под северной частью острова Уайт. По сути, это будет та же самая порода, зафиксировавшая один временной промежуток и одно морское дно, но она будет представлять разные части этого дна. Таким образом, слои, которые окажутся на поверхности впоследствии, будут заключать в себе другие данные. Однако костяк истории Земли вряд ли претерпит изменения.

Древнейшие события — собственно, основная часть истории Земли — через 100 миллионов лет все еще будут представлены докембрийскими породами, образующими древний континентальный фундамент. Породы эти могут подвергаться воздействию времени и погодных факторов, но в целом они практически неразрушимы. Они существуют довольно давно и участвовали в различных столкновениях континентов, а потому в большинстве своем смяты в складки, перекристаллизованы, метаморфизованы. Тем не менее количества опознаваемых осадочных образований хватает для того, чтобы установить красноречивый факт, уже отмеченный в нашу эпоху Дарвином и его современниками: отсутствие в этих породах, за исключением самых молодых частей, окаменелостей. По крайней мере, в них не найдено очевидных следов или отпечатков ни одной из основных групп живых организмов — ни членистоногих, ни моллюсков, ни листьев и ветвей, ни рыб, ни морских звезд, ни морских ежей, ни кораллов.

Таким образом, как только наши будущие исследователи начнут осваиваться, они выявят первое крупное естественное разделение земных слоев: внизу — последовательность пород без очевидных окаменелостей, над ними — породы, которые часто изобилуют фоссилиями (среди каковых даже самые бедные окаменелостями слои, если внимательно присмотреться, содержат узнаваемые окаменелости). Эту разбивку на две группы даже при всем желании нельзя считать гипотетическим построением, границей, произвольно прочерченной в толще напластований ради их формального разделения. Напротив, ныне (и через 100 миллионов лет) перед нами — четкое естественное разделение, которое при дальнейшем изучении может быть лишь глубже проанализировано и описано; граница, которая по мере накопления информации будет только уточняться, а не размываться. В течение длительного времени Земля была лишена привычных многоклеточных форм жизни, а затем, и довольно внезапно, обзавелась ими.

Эта разразившаяся на Земле революция — зарождение и распространение многоклеточной жизни, которое мы окрестили «кембрийским взрывом», — вызывает много вопросов. Как это произошло? Было ли обусловлено биологической эволюцией или некими изменениями окружающей среды? Насколько внезапно это произошло? Но сперва возникает другой, более фундаментальный вопрос: когда это случилось?

Геологические представления о прошлом Земли — это в большинстве случаев история, основанная на систематизации сохранившихся в горных породах доказательств, где все сводится к тому, чтобы определить, имело ли место какое-либо событие — скажем, извержение супервулкана до, во время или после какого-либо другого события — скажем, зарождения сложной жизни в начале кембрийского периода. Данный биологический прецедент, отмеченный появлением в слоях многочисленных фоссилий, сам по себе является маркером, который можно проследить в слоях по всему миру, даже широко разнесенных и тектонически фрагментированных. Это важнейшая точка отсчета в земной истории, с которой можно соотносить по времени прочие события, происходившие на планете (например, другие извержения супервулканов, удары метеоритов, подводные оползни, миграцию конкретной цепочки песчаных дюн), исходя из того, в каких слоях они сохранились: нижележащих, вышележащих или тех же самых, что включают эти первые несомненные окаменелости.

Это заложит основы упорядоченной последовательности геологических явлений. Однако здесь мы имеем дело с относительным летосчислением, не измеряемым годами. Пусть мы понятия не имеем, когда произошло какое-либо конкретное событие, зафиксированное в слоях: 10 тысяч или триллион лет назад, но сможем предположить, что оно имело место где-то в промежутке между этими двумя датами. Именно в такой ситуации и оказались геологи Викторианской эпохи, которые довольно точно наметили основные очертания земной истории, практически не имея под рукой способов достоверно установить возраст выявляемой ими поразительной последовательности событий. Ведь ископаемый трилобит — одна из групп ископаемых живых организмов, которые размножились после кембрийского взрыва, — не был снабжен ярлычком с указанием конкретной даты его превращения из живого существа на дне кембрийского моря в окаменелость.

На нем и сейчас нет ярлычка. Но викторианские геологи и заподозрить не могли, что встроенными календарными штемпелями снабжен вулканический пепел, осыпавший это несчастное членистоногое, и, если их правильно расшифровать, они способны поведать нам, когда произошло извержение. Эти «календарные штемпели» научились распознавать только с открытием явления радиоактивности, после чего их стали использовать для радиоизотопного датирования горных пород и минералов. Сегодня это общие основы физики и химии. Внеземная цивилизация, которая окажется настолько технологически развитой, что долетит до Земли, и настолько любознательной, что примется за исследование ее истории, уже будет обладать собственной программой радиометрического датирования. Пришельцы захотят узнать, сколько лет Земле и когда именно она обзавелась своим замечательным собранием живых организмов.

Методика довольно проста. Некоторые типы атомов, такие как уран, распадаются с постоянной скоростью на другие типы атомов (в случае урана в конечном счете — свинец), причем на скорость распада не влияют ни пожары, ни наводнения, ни бури, ни экстремальные температуры или давление. Вообще-то, уран — редкий элемент, однако он в относительно большом количестве (несколько процентов) содержится в минерале под названием циркон, встречающемся, например, в вулканическом пепле, который широко разносится во время извержений супервулканов как по суше, так и по морю. В недавно извергнутых кристаллах циркона содержится значительное количество урана и практически нет свинца, в то время как в очень старых цирконах значительная часть урана превратилась в свинец. Измерим (очень тщательно, с использованием масс-спектрометра) соотношение между ними, и мы получим масштабную линейку времени извержения. Определим (столь же кропотливо), насколько быстро уран превращается в свинец (это медленный процесс: скорость распада измеряется миллионами лет), и тогда можно вычислить количество лет, прошедших с момента образования минерала циркона, который (остается надеяться) возник в магматическом очаге непосредственно перед извержением, вышвырнувшим его в ландшафт. Каждый кристалл циркона, по сути, являет собой очень точный, атомный хронометр.

На практике, конечно, все сложнее. На самом деле существует несколько типов (изотопов) урана, которые распадаются на разные изотопы свинца с разной скоростью. Свинец в большинстве своем — это просто обычный древний свинец, который всегда был свинцом и образовался вовсе не из урана (хотя, к счастью, кристаллы циркона, кристаллизуясь, педантично исключают атомы этого изотопа свинца из своей кристаллической решетки). А циркон — минерал довольно твердый. В целом это хорошо (атомы в кристалле циркона трудно переставить, и потому этот атомный хронометр нелегко обнулить посредством резких повышений температуры и давления, которым подвержен подземный мир); однако древний кристалл циркона со временем (спустя несколько геологических эонов) вполне может угодить в новый вулкан, и эти атомные часы, сбившиеся с хода, способны ввести в заблуждение незадачливого геолога.

Или же древний, ищущий геологических приключений кристалл циркона может объединить в себе два атомных хронометра: сердцевину из исходного магматического циркона и внешний слой из перекристаллизовавшегося циркона — и атомные часы обнулятся (скажем, когда попадут в корневую часть растущего горного пояса с высокими температурами и давлением). Поэтому датирование всего кристалла циркона даст среднее значение этих двух разновременных событий. Сегодня можно почти волшебным образом получить из одного составного кристалла циркона обе даты, направив четко сфокусированный пучок ионов или электронов отдельно на нетронутую сердцевину и на обновившуюся оболочку, сделав в них крошечные ямки диаметром около 0,02 мм и выбив из каждой то количество атомов, которого достаточно, чтобы определить соотношение урана и свинца.

Итак, внимательность и терпение, а также осторожность и скептический подход позволят избежать множества ошибок. Можно проводить перекрестные измерения. Уран — не единственный радиоактивный элемент, применяемый для определения возраста древнейших земных пород (хотя в настоящее время его партнерство с цирконом является весьма востребованной у ученых комбинацией благодаря точности датировок, которые она способна обеспечить). Кроме него используются радиоактивные изотопы калия, рубидия и тория, а также менее известных элементов, таких как самарий, лютеций и рений: эти элементы, входящие в состав различных минералов, также служат атомными хронометрами, проливающими свет на глубокую древность.

Это самая настоящая современная магия, но технологически развитая инопланетная цивилизация скорее будет владеть именно этими магическими приемами, а не куда более приблизительными историческими методами, основанными на подсчете форм и параметров распределения трупов, сохранившихся в затвердевших слоях песков и глин. Ибо большинство твердых планет, не говоря уже о многочисленных обломках, представленных астероидами и метеоритами, значительно лучше обеспечены атомными хронометрами, чем большинство земных отложений, с самого начала подвергающихся изменениям и разрушению под воздействием нашей атмосферы. Вполне можно вообразить, что радиоизотопное датирование будет стандартным межгалактическим методом, пусть даже наших будущих архивистов слегка озадачит, насколько сложно применять его к породам поверхности этой планеты.

Сегодня геохронологическая шкала медленно, кропотливо уточняется по мере того, как приборы, подсчитывающие изотопы, анализируют все больше и больше отложений (в основном содержащихся в них слоев вулканического пепла). Ныне все дело заключается в детализации. С середины XX века известно, что поразительный всплеск многоклеточных форм жизни в начале кембрийского периода произошел около полу-миллиарда лет назад. Еще несколько десятилетий назад считалось, что новый этап наступил около 600 миллионов лет назад. Результаты недавних исследований говорят о том, что это случилось немного позднее, около 540 миллионов лет назад. Так же обстоит дело и с остальной частью геохронологической шкалы. Имели место некоторые корректировки, но не грандиозные научные потрясения, которые, скажем, допускали бы, в лучших голливудских традициях, сосуществование динозавров с людьми (или с будущими инопланетными пришельцами) или утверждали бы, что они эволюционировали миллиарды, а не миллионы лет назад. Ученые просто-напросто все точнее и точнее определяют датировку великих (и малых) событий геологического прошлого. Переоценить нашу уверенность в периодизации далекого геологического прошлого весьма трудно.

Итак, сложная жизнь зародилась чуть более полумиллиарда лет назад (или чуть более 5/8 миллиарда лет назад, если отсчитывать от выбранного нами момента будущего). Это довольно надежная датировка, полученная посредством сверки с некоторыми из многих миллиардов атомных хронометров, впечатанных в материю Земли. Кстати, мы исходим из посылки, что наши исследователи примут за стандартную единицу местного времени земной год (то есть один оборот Земли вокруг Солнца). На Марсе астрономы сегодня используют в качестве местного эквивалента солнечных суток марсианские сутки; это очень неудобно, поскольку они длиннее земных суток всего лишь на без малого 40 минут, тогда как марсианский год составляет чуть более 668 марсианских суток. Однако какие бы единицы времени ни применялись, можно сказать, что полмиллиарда лет назад для крупной биологической революции в истории планеты немного поздновато. Поскольку наши внеземные исследователи путем радиоизотопного датирования образцов космического мусора: астероидов и метеоритов, оставшихся после образования Солнечной системы, наверняка быстро установят, что вся история Земли насчитывает чуть более 4,5 миллиардов лет; для опытных космических ученых это не представит большой сложности. Таким образом, из тумана глубочайшей планетарной древности выступит невероятно продолжительный период земной истории, предшествовавший появлению многоклеточных организмов.

На поверхности Земли почти не оставили следов ни первый полумиллиард лет существования нашей планеты (катархей, образно называемый гадеем, по имени древнегреческого Аида, или Гадеса), когда она сформировалась из своих исходных компонентов, вероятно в результате множественных столкновений планетезималей; ни те времена, когда после своего возникновения Земля пережила «железную катастрофу», в результате которой ее основные компоненты разделились на богатое железом ядро и силикатную мантию; ни интенсивная метеоритная бомбардировка, в ходе которой сильнейший удар по Земле, нанесенный планетой размером с Марс, которая получила имя Тейя (в греческой мифологии — мать знаменитых детей: Солнца, Луны и Утренней зари), скорее всего, и привел к выбросу вещества, из которого образовалась Луна; ни охлаждение и раскристаллизация глобального океана магмы, в результате чего сформировались зачатки земной коры. Маловероятно, что будет найдено нечто более древнее, чем несколько кристаллов циркона возрастом более 4 миллиардов лет, которые были извлечены в виде зерен, вымытых чуть менее 2 миллиардов лет назад из какой-то очень древней породы (ее нынешнее местонахождение неизвестно) и попавших в пески, превратившиеся в песчаники Джек-Хиллс в Австралии. Столь же маловероятно, что будут обнаружены уцелевшие пласты, которые окажутся старше отложений комплекса Исуа в Гренландии (его возраст составляет з,8 миллиардов лет).

Тем не менее эти первые осадочные породы показывают нам узнаваемую Землю с жидкой водой на поверхности. Тогда же, или вскоре после этого, зародилась жизнь — микроскопическая бактериальная жизнь. Причудливые намеки на нее можно усмотреть в соотношениях различных видов изотопов углерода в породах этого возраста — это показатель того, что микробы в процессе метаболизма создавали из них различные соединения. Кроме этого, существуют известняки с тонкими, неравномерными наслоениями, окружающими холмики размером с футбольный мяч, а также столбики и колонны; это строматолиты — структуры, образованные липкими микробными матами, которые постепенно растут, улавливая тонкие частицы осадка, а затем наращивают слой за слоем (живые строматолиты изредка встречаются даже сегодня, обитая обычно в неблагоприятных условиях, например гипергалинных, то есть очень соленых, водоемах, исключающих существование многоклеточных организмов, которые обычно поедают подобные бактериальные структуры). И иногда в самых тонкозернистых из кремнистых, богатых кремнеземом породах сохраняются микроскопические очертания отдельных клеток или цепочек клеток.

История жизни на Земле — это главным образом история подобных микроорганизмов. По сути, большую часть времени наша планета представляла собой сплошной, неделимый мир слизи: более 3 миллиардов лет микробы покрывали все морское дно липкими, похожими на маты массами, которые плавали в море, почти наверняка затрагивали реки и озера, обитали в пещерах и на примитивных почвах первобытного ландшафта. Они заселяли трещины в камнях и пустоты между зернами отложений в породах, залегающих под твердой поверхностью на глубине до 1 км, как это происходит и сегодня. Среди них были виды, способные существовать при температурах выше точки кипения воды и переживать глубокую заморозку, поскольку умели обращать себе на пользу почти любую химическую реакцию. Микробы — по-прежнему доминирующая форма жизни на планете, как в количественном отношении (в каждом из нас обитает примерно 5 миллиардов экземпляров кишечной палочки), так и с точки зрения их метаболического воздействия на Землю. Они имеют гораздо большее значение для поддержания стабильной, функциональной глобальной экосистемы, чем многоклеточные существа.

Наши внеземные исследователи, вероятно, будут знать об этом, а потому начнут искать остатки микроорганизмов в древнейших горных породах — и, скорее всего, найдут их, поскольку микробы и микробные маты, по-видимому, и в будущем останутся повсеместной формой жизни на Земле. По всей вероятности, на других планетах могут быть распространены именно микробы, а не крупные многоклеточные организмы. В конце концов, сейчас мы ищем на Марсе микроорганизмы (и, надо думать, найдем их в немалом количестве), а не следы жестокой древней цивилизации, порожденной воображением Герберта Уэллса.

Нашим исследователям также будет известно, какое влияние способны оказывать микроорганизмы на любую планету, на которой они зарождаются или, возможно, находят пристанище (поскольку некоторые бактерии могут переносить заморозку в вакууме и гипотезы об их перемещении в космосе не так уж невероятны). Когда микробов обнаружат на Марсе, будет интересно взглянуть, есть ли у них ДНК; если есть, то мы, безусловно, можем оказаться марсианами по происхождению. Древние микроорганизмы осуществляли свою жизнедеятельность, перерабатывая неорганическое вещество. Микробы легко приспосабливаются и быстро эволюционируют, осваивая, так сказать, новые приемы методом проб и ошибок, выполняемых многими триллионами особей, ежедневно производящих по нескольку поколений; взгляните, как быстро за последние годы патогенные бактерии обрели устойчивость к антибиотикам.

Затем микроб освоил новый прием, изменивший мир. Это привело к первой крупной глобальной экологической катастрофе, которая в конечном счете (во всяком случае, с антропоцентрической точки зрения) оказалась благом; более того, без нее антропоцентрической точки зрения не существовало бы. Микроорганизмы изобрели способ задействовать энергию солнечного света и использовать ее для объединения двух наиболее распространенных на тот момент неорганических веществ — углекислого газа и воды — и производства из них углеводов — строительных блоков для собственного роста. Однако побочный продукт этой реакции чрезвычайно химически активен и был примерно столь же токсичен практически для всех тогдашних организмов, как хлор для нас сейчас. Этим побочным продуктом был кислород, а изобрели микробы фотосинтез.

Кислород попросту выводился в океаны, которые до тех пор являлись аноксическими (лишенными кислорода), а следовательно, обладали совершенно иным химическим составом, чем нынешние. В современных океанах, насыщенных кислородом, любое железо присутствует в виде окисленной формы Fe³⁺ или сразу переходит в нее; эта форма практически нерастворима и образует гидроксид (по сути, ржавчину), который оседает с тонкими глинистыми частицами на морском дне. Но в аноксической воде железо превращается в восстановленную форму Fe²⁺, которая гораздо лучше растворяется в воде. Таким образом, древние докембрийские аноксические океаны были богаты железом, и, когда на сцене появился кислород, океаны образовали первую линию обороны, став средством поглощения и нейтрализации этого яда.

В течение более миллиарда лет, примерно между 3 и 2 миллиардами лет назад, ржавчина осаждалась на океанском дне, перемежаясь слоями кремнезема и образуя характерные напластования полосчатых железистых формаций, настолько распространенных в докембрийском ландшафте, что у них есть своя аббревиатура — ЖКФ (железисто-кремнистые формации). Сейчас почти все железо и сталь мы добываем именно из них, поскольку по размерам они превосходят все остальные залежи железной руды на Земле. Когда нашим внеземным исследователям понадобится железо для их растущих колоний, они также будут добывать его из ЖКФ и, без сомнения, скоро поймут, как возникли эти отложения — побочный продукт и свидетель революции, которая привела к насыщению Земли кислородом.

По мере того как кислород распространялся по океанам и медленно просачивался в атмосферу, старорежимные микроорганизмы — те, что могли функционировать лишь в бескислородной среде, — сдавали свои позиции: началось затялшое снижение их численности и разнообразия. Они, конечно, все еще присутствуют здесь, на Земле, но ныне обитают лишь там, куда не доходит кислород: в глубоких скальных расщелинах и застойных, богатых органикой илах. Следует признать, что такие условия не редкость, но анаэробные бактерии больше не господствуют на планете. Микроорганизмы неизбежно эволюционировали, возникли новые формы, которые не только приспособились к кислороду, но и могли использовать это химически активное вещество в качестве замечательного источника энергии, сжигая углеводороды и получая энергию.

Так минул еще миллиард лет: мир все более насыщался кислородом, микроорганизмы приспосабливались к этим новым меняющимся условиям и далее контролировали и модифицировали их. Стабильный мир позднего докембрия? Пожалуй, нет. Химический состав океана, как видно из соотношений изотопов, сохранившихся в горных породах, претерпевал гораздо более резкие, чем когда-либо впоследствии, изменения. Именно тогда происходили знаменитые оледенения «Земля-снелеок». Вполне вероятно, это была слякоть, а не снежные шары. Тем не менее оледенения эти были гораздо более масштабными, чем любое из более поздних похолоданий, и заканчивались, возможно, весьма драматично: необычные дюноподобные структуры в слоях, следующих непосредственно за ледниковыми отложениями, были интерпретированы как следы гиперураганов.

Затем, 540 миллионов лет назад, геология изменилась. В начале кембрийского периода началось массовое возникновение и распространение многоклеточных животных. Это было исключительное событие, которое, по мере дальнейшего его изучения, кажется все более необычным. Оно является самой очевидной стратиграфической границей на Земле, ныне и в обозримом будущем на несколько миллиардов лет вперед, если не брать в расчет катастрофы настолько экстремальные, что ими можно пренебречь. Кембрийский взрыв, бесспорно, станет предметом пристального внимания наших пришельцев. Скорее всего, они будут озадачены не меньше, чем мы.

Задумайтесь: все основные группы животных на Земле (включая, как нам теперь известно, позвоночных) возникли в течение всего 20 миллионов лет. Очевидной преемственности нет, однако раннекембрийские животные уже обладали «продвинутыми» особенностями. Настоящим многоклеточным предшествовали загадочные многоклеточные мягкотелые, ведущие неподвижный образ жизни существа, обнаруженные 50 лет назад в Чарнвудском лесу близ Лестера и почти одновременно в Эдиакарских холмах Австралии. Однако это почти наверняка были неудачные эксперименты, не имеющие отношения к животным и растениям в том виде, в каком мы их знаем.

Был ли кембрийский взрыв обусловлен резкими изменениями окружающей среды? Обсуждался вопрос о повышении уровня кислорода (поскольку многоклеточные энергоемки и кислородолюбивы). Или, возможно, это событие было каким-то образом связано с развитием защитной или наступательной брони и началом гонки вооружений, которая впоследствии привела к эволюции многоклеточных и до сих пор управляет ею. Многие из древних существ обзавелись скелетом, а примерно в начале кембрия произошло геохимическое «фосфатное событие», характеризуемое избытком этого вещества. А может, взрыв был вызван биологическими причинами? Меня привлекает гипотеза, впервые услышанная мною от Саймона Конвея Морриса[12], согласно которой межклеточные управляющие механизмы, необходимые для того, чтобы организовать клетки в ткани, а ткани в организм, настолько сложны и трудоемки (и так легко разрушаются предприимчивыми микробами), что потребовалось несколько миллиардов лет эволюционных проб и ошибок, ожидания подходящих условий окружающей среды (кислород и т. п.), и, вероятно, удачи, чтобы додуматься до них.

Как только возникли многоклеточные организмы — неважно, каким образом это произошло, — мир изменился. С нашей непосредственной точки зрения, а также с точки зрения геологов и их будущих внеземных коллег и преемников, появился внятный стратиграфический материал. То есть появилось средство, с помощью которого можно тщательно, скрупулезно анализировать и фиксировать историю мира, используя эволюционирующие формы и закономерности развития сложной многоклеточной жизни. Мы прощаемся с нескончаемым докембрием, где временные погрешности могут составлять сотни миллионов лет, и приветствуем постдокембрийский мир, то есть фанерозойский зон (в котором мы до сих пор живем и который, надеюсь, все еще будет существовать, когда к нам явятся инопланетяне), где время измеряется в миллионах лет или, все чаще, в долях миллионов. Эта историческая шкала основана на биологии прошлого. Геологи называют ее биостратиграфической.

Биостратиграфическая шкала — великолепный измерительный прибор. В истории Земли время является валютой, а окаменелости — обычным измерительным инструментом. Мы используем их как для проверки состояния здоровья древних земных систем жизнеобеспечения, подобно тому как шахтер использует канарейку для проверки наличия в забое рудничного газа, так и для того, чтобы определять, когда и насколько быстро изменялись эти системы, будь то к лучшему или худшему. Радиоизотопное датирование — замечательный способ, позволяющий установить абсолютный геологический возраст в годах. Но не все слои содержат материал, пригодный для датирования; подходящие пласты вулканического пепла зачастую оказываются слишком тонкими. Когда они особенно нужны, их и не видно — совсем как автобус № 9, которого ждешь, а его все нет и нет.

Отдельные виды животных и растений (или те их части, которые достаточно прочны и подходят для окаменения) имеют особые, действительно уникальные, узнаваемые формы. Появляется вид, эволюционировавший из какого-то ранее существовавшего вида, и некоторое время процветает, возможно, заселив обширные районы земного шара. Несколько миллионов лет спустя происходит катастрофа, вроде падения метеорита, или меняется окружающая среда, или данный вид проигрывает эволюционную гонку вооружений кому-то более крупному, быстрому и агрессивному. Он исчезает — и уже никогда не появится вновь. Допустим, он был обладателем твердого скелета — раковины, панциря или костяка. И обитал в среде, благоприятной для захоронения: море, озере или дельте. И тогда после смерти и на все продолжительное время, отмеренное нам Солнечной системой, он станет хронометром, временным маркером для слоев, которые включают в себя бесчисленных ископаемых представителей этого вида.

Такой ископаемый вид становится руководящим для того интервала времени, внутри которого он существовал, подобно тому как появление окаменелостей многоклеточных организмов маркирует границу докембрия и кембрия. По всему миру слои, включающие остатки этого вида, будут свидетельствовать о приблизительно том же временном интервале. В течение двух столетий это был ключевой метод реконструкции прошлого нашей планеты.

Некоторые окаменелости лучше прочих. Ископаемые динозавры, несмотря на всю свою эффектность, в этом отношении совершенно бесполезны. Ярко олицетворяя собой мезозойскую эру, на практике они обычно не слишком помогают геологам, выполняющим свою рутинную работу, идентифицировать слои как мезозойские. Находясь на вершине пищевой цепи, динозавры являлись сравнительно редкими организмами, и, поскольку они обитали на суше, их останки чаще всего пожирались, разлагались, утилизировались биосферой. Я не припомню, чтобы за 30 с лишним лет карьеры полевого геолога нашел хоть одну кость динозавра (разве что несколько фрагментов морских рептилий юрского периода, но они не считаются представителями наземного ландшафта того времени).

Куда полезнее более мелкие и неприметные окаменелости, и мой личный счет здесь, вероятно, приближается к полумиллионной отметке (и это не считая микрофоссилий, содержащихся в образцах горных пород). Но даже тут следует проводить различие, оказывая предпочтение лишь некоторым из этих менее эффектных ископаемых. Мечта биостратиграфа — чтобы все виды проживали жизнь мятежного поэта эпохи Романтизма: ослепительный ранний успех, всемирная известность и внезапная смерть во цвете лет. Ранний успех и широкое распространение — потому что появление его остатков в напластованиях по всему миру означает максимальное приближение к глобальной синхронности. В действительности же появление большинства окаменелостей всегда в определенной степени диахронно, поскольку для распространения успешного вида по миру обязательно требуется время. В лучшем случае может произойти своего рода экологический блицкриг, вроде распространения кроликов в Австралии или рододендрона в Уэльсе; в худшем — виду могут понадобиться сотни тысяч лет, чтобы разбрестись по всему земному шару. И животное или растение никогда не сможет заселить весь мир, так как непременно столкнется со слишком жаркими или слишком холодными, слишком влажными, слишком сухими или слишком солоноводными для него условиями.

Внезапная смерть — поистине благоговейная мечта. Нет ничего более удручающего для биостратиграфа, чем успешный ископаемый вид, который злоупотребляет гостеприимством хозяина и засиживается до ночи. Среди граптолитов (вымершего колониального морского планктона раннепалеозойского возраста), составляющих предмет моего научного интереса, есть вид Rhaphidograptus toernquisti, который преуспевал в течение более 5 миллионов лет (весьма немалый временной срез по стандартам этих фоссилий). Мое сердце замирает при одном звуке его имени. Но существует, скажем, совершенно особенный Monograptus crispus, который процветал, возможно, всего полмиллиона лет. Найдите это конкретное ископаемое, и в вашем распоряжении окажется очень точная временная привязка для слоев, которые его окружают. Погибший во цвете лет Monograptus crispus — своего рода Томас Чаттертон (или Бадди Холли[13], если хотите) среди граптолитов.

Есть миллионы ископаемых видов, у каждого из которых собственные временные границы существования, от зарождения до вымирания. Слои Земли пронизывает толстый пучок временных шкал, которые позволяют составить хронику куда более подробную и содержательную, чем позволяли временные пустоши докембрия. Исходя из этого, можно реконструировать историю жизни на Земле, и не только. Реконструируйте эту историю медленно. Ибо в кропотливой работе, связанной с окаменелостями, нет очевидных коротких путей, какие бы технологии ни были разработаны в дальнейшем. Возможно, наши исследователи привезут с собой рентгеновские аппараты для горных пород, и объем чисто механической работы по извлечению окаменелостей из окружающей их породы уменьшится. Возможно, на помощь им придут сложные компьютеризированные системы распознавания форм. Подобные вещи оказались бы весьма полезны. Но внеземным исследователям все равно потребуется терпение и много лет работы, чтобы проанализировать биологический хронометр Земли.

Помимо трудоемкой идентификации фоссилий и разделения их на категории, которые мы называем видами, необходимо привязывать окаменелости к временной шкале, устанавливать, какие их виды в каждом конкретном слое ассоциируют, какие встречаются в подстилающих (то есть более древних), а какие в перекрывающих (более молодых) слоях. Биостратиграфическое зонирование, применяемое ныне для датирования слоев Земли, разрабатывалось на протяжении двух с лишним веков тысячами палеонтологов и геологов, писавших монографии, составлявших таблицы распространения видов, создавших огромный массив научных трудов, который обязан проштудировать и научиться использовать любой начинающий биостратиграф, прежде чем приступать к работе. Опыт показывает, что требуется около пяти лет серьезной работы, чтобы ознакомиться с окаменелостями только одной группы (скажем, аммонитов) в пределах слоев одного геологического периода, например юрского. Для наших внеземных исследователей это станет столь же сложной задачей, как и для нас. Но, возможно, они будут обладать тем же энтузиазмом и упорством, без которых невозможно представить любого палеонтолога.

Исключительное богатство геологической летописи Земли ошеломляет. Чтобы описывать его, обсуждать с другими учеными, анализировать, необходима единая терминология. Первая мысль геолога, столкнувшегося с непостижимым множеством тысячелетий, — упорядочивание. Этот огромный временной диапазон должен быть классифицирован, организован, поделен на вразумительные (хотя все равно огромные) интервалы, после чего эти интервалы придется поделить на более мелкие интервалы, а те — на еще более мелкие.

Только тогда глубокая древность становится доступной если не для осмысления, то хотя бы для обозрения. О каких интервалах речь? Возьмем, к примеру, юрский период. В нашем представлении это, пожалуй, наиболее харизматичный период в истории Земли, привлекающий обилием ящеров и пугающей атмосферой. Но что такое юрский период, помимо того, что он служил пристанищем динозавров? В техническом смысле это промежуток времени. Он охватывает интервал с чуть ранее 200 до 145 миллионов лет назад. Это, однако, описание, а не определение. Когда в XIX веке появилось понятие «юрский период», получившее наименование от горного массива Юра, никто не имел ни малейшего представления о времени жизни динозавров. Они могли существовать и миллион, и 1000 миллионов лет назад. Да, ожесточенные споры велись, но ни у кого не было разумных предположений, как определить их возраст в календарных годах. Это стало возможным лишь в начале XX века, когда открытие естественной радиоактивности привело к первым разработкам радиоизотопных методов датирования. Но еще почти за столетие до этого было установлено, что история Земли полна великих и малых событий, которые можно читать в осадочных слоях по всему земному шару. А затем, задолго до того, как выяснилось, сколько лет насчитывает эта история, был определен порядок ее основных глав, в целом не изменившийся до сего дня.

Постигнуть сущность юрского периода в наши дни нелегко, потому что теперь мы знаем о нем слишком много: в музеях каталогизированы буквально миллионы образцов фоссилий и горных пород, проведены тысячи химических, изотопных и минералогических измерений, что позволило разработать детальную схему истории этого периода, продолжавшегося (как мы теперь знаем) 6о миллионов лет. Уже сейчас юрский период можно разделить более чем на сто временных промежутков, а при дальнейшем изучении мы сможем различить тысячи таких интервалов (и даже в этом случае каждый из них будет длиннее, чем, скажем, временная пропасть, отделяющая нас от строителей первых пирамид). Поэтому нужно вернуться в первые дни геологической науки, когда проступили лишь самые общие, самые очевидные аспекты геологической истории нашей планеты.

Приблизительные оценки геологических эпох появились в середине XVIII века. Влиятельный итальянский «геогност» Джованни Ардуино разделил горные породы следующим образом: твердые кристаллические породы, зачастую смятые и имеющие разрывные нарушения, по-видимому довольно древние; более-менее плотные слоистые породы, наклоненные под разными углами; верхние, более рыхлые, слои предшествующих массивов пород, но залегающие в основном горизонтально; и наконец, россыпи песков, гравия и проявления глин на земной поверхности. Он назвал эти породы первичными, вторичными, третичными и четвертичными соответственно (последние два термина сохранились до наших дней)[14]. В то же время один замечательный аристократ, Жорж-Луи Леклерк, граф де Бюффон, размышлял над аналогичными идеями. Он писал в своей книге «Эпохи природы» в 1788 году, что необходимо «копаться в архивах мира, извлекать из земных недр древние памятники», чтобы реконструировать «различные эпохи природы».

Все это прекрасно, однако потребовался долгий, кропотливый труд первых геологов, чтобы превратить это поэтическое видение в пригодную для работы историю Земли. Этот прорыв совершил Уильям Смит, инженер-строитель и дорожный топограф, проявлявший острое любопытство к своим профессиональным наблюдениям. На рубеже XVIII и XIX веков Смит понял, что слои, обнажавшиеся во время прокладки обычных и железных дорог, демонстрируют осмысленные закономерности; значительную часть своей жизни исследователь, являвший поразительный пример бескорыстного трудолюбия, старался проследить их залегание на большей части территории Англии и создал первую в мире геологическую карту. Тем самым он заложил основы научной дисциплины литостратиграфии — расчленения и описания горных пород. Смит изучал взаиморасположение слоев, вычерчивая геологические разрезы и добавляя к двумерному изображению на поверхности карты третье измерение, а также, косвенным образом, четвертое — время.

Смит уделял внимание деталям и потому фактически стал первым в мире биостратиграфом. Он заметил, что напластования включают окаменелые раковины — морских ежей, аммонитов и так далее, причем в разных слоях явно содержатся разные формы, отличные от форм других слоев. Это было полезное наблюдение, потому что, когда он прослеживал напластования по всей стране, в некоторых слоях один тип породы заменялся на другой. Однако, несмотря на это, по меньшей мере некоторые из окаменелостей данного слоя оставались прежними, и это наводило исследователя на мысль, что он, по сути, имеет дело с тем же самым геологическим телом. Отсюда дорога вела (и до сих пор ведет) ко все большей детализации, все большему расчленению этих временных срезов, классифицируемых по включенным в них фоссилиям. Однако дорога эта уводит все дальше от ясного и простого общепонятного языка того времени. В противоположность ему открылись более грандиозные, всеобъемлющие закономерности, которым предстояло создать общий язык, пригодный как для ученых, так и для голливудских режиссеров.

Уильям Смит разработал на удивление изощренную схему с более чем 25 группами горных слоев. То был эффективный способ классификации региональной геологии. Но он не обеспечивал подходящей основы для геологии континентальной, не говоря уже о мировой. Существовало попросту слишком много подразделений горных пород (и было очевидно, что многие из них можно делить практически до бесконечности). Кроме того, схема была основана на породах, но сразу же по пересечении Ла-Манша становилось очевидным, что сами слои менялись, зачастую до неузнаваемости. Окаменелости, правда, оставались прежними, и, хорошенько присмотревшись, их можно было объединить в более обширные группы, охватывающие по нескольку отдельных породных формаций. Это открыло путь к более общей классификации времени.

Затем великие создатели систем отдельных геологических периодов той поры, опираясь на теоретические и практические открытия Уильяма Смита, начали делить геологическое время на колоссальные куски и присваивать этим кускам названия, подобно тому, как их «коллеги», строители империй, делили между собой мир. Надо сказать, что геологи действовали разумнее воинствующих политиков, прочерчивающих границы прямо по горам и тропическим лесам, невзирая на культурную принадлежность, вызывая кровавые последствия, не изжитые до сих пор. Геологи же искали закономерности, важнейшие естественные закономерности земной истории, которые на практике по большей части являлись закономерностями жизни.

Какие же закономерности в таком случае были приписаны юрскому периоду? Скелеты динозавров тогда, как и сейчас, возбуждали всеобщее любопытство, однако в качестве визитной карточки выступала мелкая сошка: спиралевидные раковины аммонитов, дальним современным родственником которых является Nautilus pompilius, сигарообразный белемнит, характерно закрученные устричные раковины и многое другое. Настолько распространенные, что местные жители давали им названия («змеиные камни», «эльфовы свечи», «чертовы пальцы») задолго до возникновения геологической науки, эти ископаемые маркируют юрские напластования от Йоркшира до Дорсета, в Волжском бассейне, массиве Юра и Ардеше, Британской Колумбии и Неваде; собственно, по всему миру.

Однако эти грандиозные закономерности не ограничиваются окаменелостями. Общие черты слоев также помогали геологам прошлого распознавать отдельные большие периоды геологического времени. Отправляйтесь, например, к поразительному речному обрыву Ост-Клифф у Севернского моста. В его основании слои имеют ярко-красный цвет; выше расположены кремовые; на вершине обрыва — темно-серые, почти черные.

Эти красные слои, такие как подошва обрыва в Осте, на большей части территории Великобритании и Западной Европы носят название новый красный песчаник. Они относятся к предшествовавшим юрскому периодам, пермскому и триасовому, для которых были характерны обширные наземные ландшафты с выжженными пустынями и пересохшими солеными озерами. Слои кремового цвета начинают свидетельствовать о влиянии моря, намекая на грядущие перемены, и представляют собой отложения солоноватоводных лагун. Перекрывающие их слои юрского периода — это спрессованные черные илы, наземная летопись моря, которое наступило на сушу, принеся с собой недавно появившихся аммонитов. Ибо уровень моря во всем мире поднялся и затопил многие ландшафты. Сочетание таких признаков, как повышение уровня моря и новые, изменившиеся формы жизни, стало для геологов прошлого отчетливым указанием на то, что здесь пролегала естественная граница, поворотный момент в истории Земли, который может быть практически повсеместно распознан.

Кажется случайностью, что этот геологический период впервые был выделен в горах массива Юра. Если бы английские геологи, составившие первые классификации, были чуть более склонны к построению собственной империи, они бы, несомненно, стали первыми, кто определил и дал наименование этому промежутку древнего геологического времени. Тогда его, несомненно, окрестили бы дорсетским, или, возможно, котсуолдским, а может, даже йоркширским. Звучали бы эти названия столь же поэтично и резонансно? Появились бы блокбастеры о злобных ящерах, принесшие этому периоду столь же широкую популярность? Это тонкий момент в социогеологических рассуждениях.

Люди придают словам большое значение, отсюда и наша потребность давать временным интервалам названия: кембрийский, силурийский, юрский. Возможно, это окажется важно и для будущих исследователей Земли. А может, внеземные гости будут предпочитать цифры. Ибо вполне вероятно, что они уже познакомятся с другим хронометром, совершенно новым для геологов-людей, который сулит еще одну революцию в измерении геологического времени. Этот хронометр происходит из космоса. Она называется Солнечной системой.

Этот еще более точный хронометр слоев возникает почти буквально из гармонии сфер: меняющегося взаимодействия гравитации и углового момента в Солнечной системе. Мы с ним уже знакомы. Это астрономические вариации наклона земной оси и орбиты, столь терпеливо рассчитывавшиеся Джеймсом Кроллом и Милутином Миланковичем. Открытие серьезного астрономического влияния на ледниковые периоды и подъемы и падения уровня моря обеспечило фундаментальную схему для понимания климата прошлого, настоящего и будущего — возможно, самой насущной проблемы, которую должна осмыслить и разрешить наша цивилизация.

Сделанное почти невзначай, это открытие тем не менее дает нам ключ к созданию точной шкалы истории не только ледниковых периодов, но и самой Земли. Воздействуя на атмосферу, океаны, ледниковые щиты и саму жизнь в масштабах настолько грандиозных, что это оставляет неизгладимые следы в слоях Земли, вариации наклонения земной оси и эксцентриситета орбиты с древнейших времен задают планете постоянный пульс. Те закономерности в формировании горных пород, которые они порождают, снабжают геологическое время штрих-кодами, что, по всей видимости, вскоре поможет геологам с поразительной точностью составить схему истории Земли на протяжении сотен миллионов лет. Если эти закономерности можно проследить достоверно и последовательно, то использовать для создания шкалы земного времени биостратиграфические зоны, вместо того чтобы сверяться с чудесным механизмом Миланковича, — это все равно что измерять мелкие детали деревянным метром, а не точнейшей миллиметровой линейкой.

Осознание этого происходило в нашей науке очень медленно, отчасти потому, что исследования ледниковых эпох долгое время представляли собой особый анклав, почти гетто, в изучении истории Земли: слишком узки были временные рамки этих периодов, слишком экстремальна окружающая среда, слишком выражены экологические изменения. Ученые могут всю жизнь заниматься слоями ледниковой эпохи, не ощущая особой потребности изучать более древние породы. В свою очередь, «классическим» геологам тонкости изучения ледниковых эпох часто казались чуждыми и непонятными.

Тем не менее миры древней и современной геологии ныне заметно сблизились. Глубоководные отложения, из которых лучше всего выводятся закономерности Миланковича, уводят нас все ниже и ниже, в древность: с помощью бурения глубоких скважин в океанском дне порой получается добраться до слоев ила, которые отложились, когда по суше еще бродили динозавры. Во всяком случае, один миф был развеян почти сразу, когда ученые сравнили штрих-коды образцов из слоев отложений, — миф о неполноте геологической летописи Земли с избитым клише, что земные слои напоминают книгу, из которой вырвана большая часть страниц. Это неверно, по крайней мере в отношении слоев глубоководных морских отложений. Циклы Миланковича фиксируются в образцах, извлеченных из разных скважин, и могут практически безошибочно совпадать, даже если скважины эти находятся на расстоянии тысяч километров друг от друга. Таким образом, существовали последовательности накапливавшихся слоев отложений, хранящие в себе практически непрерывную летопись длительных временных промежутков.

Затем были протестированы возможности этого показателя как беспрецедентно точных часов геологического времени: астрономический сигнал, относящийся все к той же эпохе Ледникового периода, был непосредственно сопоставлен с радиоизотопным датированием, что обеспечило еще большую точность. Измерения климатических изменений из кернов морских глубоководных скважин были просто наложены на рассчитанные астрономические ритмы прецессии, наклона оси и эксцентриситета земной орбиты. Они идеально совпали. Однако не до конца подтвердились оценки возраста глубоководных глин, полученные в результате радиоизотопного датирования. Расхождение составляло всего несколько процентов, но выявлялось постоянно. Где же истина? Были исследованы новые океанские керны. Астрономические ритмы продемонстрировали более убедительную согласованность, и победа осталась за орбитальным хронометром. Его разрешающая способность на узких временных интервалах поражала воображение: события, отстоящие от нас на 1 миллион лет, могли быть скоррелированы с погрешностью всего в 5 000 лет, увеличив точность измерений в 10 с лишним раз.

Так, значит, радиоизотопное датирование и окаменелости стали не нужны? Вовсе нет, ведь штрих-коды Миланковича сами по себе научно вполне усваиваемы. Эта ритмическая схема слишком однообразна, чтобы можно было использовать ее в отрыве от остальных методов, и очень легко пропустить несколько ее ритмов в пределах отдельной последовательности слоев (например, если часть осадочной последовательности, накопившейся на морском дне, была смыта подводным оползнем). Но в плотном взаимодействии с окаменелостями и распадающимися атомами астрономические штрих-коды показывают себя с наилучшей стороны. Так что последние несколько лет наблюдалась настоящая гонка вниз по геологической колонке с целью извлечения ненарушенного астрономического сигнала из все более древних пород.

Но как далеко в прошлое может проникнуть этот хронометр? Здесь мы сталкиваемся с пределами математических вычислений. Движение планет с их бесконечным гравитационным взаимодействиям, по большому счету, можно назвать хаотичным. Реконструировать основные аспекты взаимовлияния орбиты и вращения вокруг оси можно лишь в пределах последних 30 миллионов лет. Единственное спасение, позволяющее сигналу проявляться на гораздо более длинном временном интервале, — орбитальный резонанс, возникающий при движении планет. Такие резонансы переключаются с одного орбитального периода на другой с длительными повторными интервалами и таким образом формируют более медленные и выраженные ритмы. В частности, в летописи горных пород должен быть заметен 400-тысячелетний ритм в цикле изменения эксцентриситета орбиты, и он может быть использован для уточнения циклов Миланковича в интервале до 100 миллионов лет назад и более.

При считывании астрономических сигналов столь давних времен возникает еще одна проблема. Тридцать миллионов лет назад существовали довольно крупные покровные ледники, способные влиять на кислородно-изотопный сигнал в океане и вырабатывавшие настолько четкие сигналы, что их можно было фиксировать в отложениях. Но еще раньше, в парниковом мире юрского и мелового периодов, потепление охватило весь земной шар, и льда стало мало или не стало вообще, а следовательно, у сигналов циклов Миланковича не было очевидной возможности проявиться.

И все же они проявляются. В составе слоев мелового периода, возраст которых насчитывает около 100 миллионов лет, часто встречаются ритмично расположенные горизонты. Еще в 1895 году на редкость прозорливый американский геолог Гроув Карл Гилберт[15] предположил, что каждый горизонт образовался в результате колебаний оси вращения Земли, которые, как он утверждал, каким-то образом повлияли на климат и уровень моря, изменив тип породы, сформировавшейся на морском дне в меловое время. Идеи Гилберта оставались непопулярными на протяжении почти столетия, пока царил всеобщий скептицизм в отношении механизмов вроде описанных Миланковичем.

Однако современные исследователи, такие как Эндрю Гейл[16], изучают и интерпретируют ритмы в меловых слоях во многом так же, как Гилберт столетие назад, только ныне — с надлежащей математической строгостью, которая позволяет четко, а не гипотетически, выявлять закономерности Миланковича. Нет ничего проще получения данных из горных пород. Делаете фотографии толщи меловых пород и анализируете взаимоотношения темного и светлого — собственно, оно является показателем содержания ила в каждом слое. Есть и более сложный момент: математический анализ этих ритмов, позволяющий узнать, насколько они соответствуют циклам Миланковича.

В породах мелового периода хорошо выражены 20-тысячелетний и 100-тысячелетний ритмы, слабее — 400-тысячелетний и 38-тысячелетний. Можно сравнивать характерные особенности слоев пород в разных точках земного шара. Например, при детальном сопоставлении строение слоев английских и украинских меловых отложений настолько хорошо совпадает, что можно четко вычленить в английских отложениях перерыв в 80 тысяч лет, указывающий на временной промежуток, когда в этом регионе не происходило их накопления на морском дне. Малейшие изменения в планетарном движении также оставляли в этих древних слоях отчетливый отпечаток.

Эти сигналы мелового периода — и другие сигналы из еще более древних пород — до сих пор представляют собой изолированные сегменты, «плавающие» в древности. Там, где рисунки штрих-кодов совпадают, они могут обеспечить точную увязку между двумя осадочными последовательностями. Но их по-прежнему нельзя использовать для определения абсолютного возраста этих пород, поскольку они еще не встроены в непрерывную астрономическую летопись. Чтобы сделать это, геологам нужно будет заполнить пробелы. Равномерный 400-тысячелетний ритм — наиболее вероятный кандидат для увязки перерывов в осадконакоплении и создания единой летописи астрономического времени, которая в конечном итоге может охватить сотни миллионов лет.

Как работали механизмы Миланковича в парниковом мире мелового периода? Это был совсем другой мир, отличный от нашего: половина нынешних массивов суши пребывала под водой, глубокий мировой океан не замерзал и напоминал теплую ванну. Мы далеки от его осмысления. Однако такие слоистые структуры были разбурены по обе стороны древнего Атлантического океана, который тогда насчитывал в поперечнике всего сотни, а не тысячи километров и был со всех сторон стиснут сушей. В восточных, богатых питательными веществами частях океана процветал органикостенный фитопланктон, а также динофлагелляты. Их разлагающиеся останки попадали на дно и, расходуя кислород, создавали застойные, безжизненные условия. Каждые 20 тысяч лет уровень питательных веществ снижался, соседние континенты становились суше, а моря захватывали более твердые известковые микрофоссилии. Кислород вернулся на морское дно, и его заселило множество животных — червей, ракообразных, иглокожих — только для того, чтобы задохнуться тысячи лет спустя, когда стартовал следующий астрономический цикл. В Центральной Атлантике, вдали от источников питания, обитали только известковые микрофоссилии, и именно изменения насыщенности донных отложений их многочисленными скелетами и подчеркивают астрономические циклы. В западной части той же самой небольшой Палеоатлантики наблюдается аналогичная картина, но выраженная в чередовании слоев ила из останков органического и кремнистого планктона, опять же варьирующегося с изменением потока питательных веществ, смытых с суши. Итак: три разные части небольшого океана, три разные экологические среды и три механизма реагирования на внешнее воздействие: однако все три танцевали под одну и ту же астрономическую дудку.

Похоже, что и в ледниковое, и в теплое время мы не можем уйти от настойчивого влияния наших планетарных циклов, которые тянут наши взаимосвязанные экологические условия в ту или иную стороны. Даже если усилиями человечества мы будем вырваны из ледниковой эпохи, вполне вероятно, что то, что останется от нашей окружающей среды, все равно будет регулироваться перекрестными циклами наклона и колебания оси Земли и растяжения орбиты.

Ученые-люди немного запоздали с распознаванием астрономических штрих-кодов, сохранившихся в слоях Земли. Это вполне понятно. Мы смотрели с точки зрения местных наблюдателей, прикованных к поверхности большой планеты и потому не имевших возможности обратить астрономический телескоп на свою собственную планету. Мы лучше приспособлены к осмыслению близких нам явлений, таких как штормы, землетрясения и извержения вулканов, чем к пониманию воздействия далеких планет.

Возможно, наши будущие исследователи поймут это гораздо быстрее. Они даже могут начать вполне сознательные и активные поиски закономерностей Миланковича, как только осознают грандиозные масштабы слоев, облекающих эту планету. Ведь им будет известно, что практически всем планетам во Вселенной, вращающимся вокруг своих солнц, присущи колебания орбиты и наклона оси; удержаться от этого была бы способна только очень благовоспитанная планета. По сравнению с другими планетами Солнечной системы, у Земли эти качества выражены отнюдь не так ярко, не в последнюю очередь потому, что ее ось вращения более или менее удерживается на месте крупным спутником и колеблется всего на пару градусов.

Вокруг Марса же, напротив, вращаются два крошечных камешка, которых называют спутниками только из вежливости и величают громкими античными именами: Фобос и Деймос. Они слишком малы, чтобы стабилизировать ось вращения Марса, и та колеблется взад-вперед, отклоняясь с амплитудой почти в 40°. Обусловленные этим периодические изменения инсоляции и климата проявляются в единственных по-прежнему систематически образующихся на этой планете отложениях — слоях льда, пыли и замороженного углекислого газа, из которых состоят полярные ледяные шапки. Далее при наблюдении со спутника эти ледяные шапки отчетливо демонстрируют закономерности Миланковича. Они, без преувеличения, будут универсальными стратиграфическими маркерами, гораздо в большей степени, чем наличие ископаемых твердых скелетов организмов. Многочисленные фоссилии могут оказаться чисто земным курьезом.

Наконец, астрономический регулятор Земли имеет почти философское применение. Поскольку он может дать человечеству (а в будущем, возможно, и другим цивилизациям) правильное представление о необъятности геологического времени. Как специалисты, так и обычные люди не в силах постичь эту необъятность, с ней молено освоиться только на отвлеченных примерах. Мы можем осмыслить годы, столетия, далее тысячелетия, но миллион лет выходит далеко за пределы любых человеческих мерок. Нарисуйте на листе бумаги несколько коротеньких черточек, каждая из которых олицетворяет 20 тысяч лет. Четверть одной такой черточки назад строили свои пирамиды фараоны. Половину черточки назад отступил ледник и племена каменного века начали заселять только что оттаявшую сушу. Примерно 20 таких черточек назад зародился наш вид. Сто черточек назад начался ледниковый период. Три тысячи черточек назад (они уместятся на странице, если постараетесь) упал метеорит и вымерли динозавры. Пожалуй, вот он, тот способ, который позволит наглядно представить себе прошлое планеты.

Итак, дано: россыпь окаменелостей в слоях Земли, в дополнение к ним хронометр сверхвысокого разрешения, предоставленный астрономическими растяжениями, отклонениями и колебаниями, достаточное количество исследователей-инопланетян, проработавших достаточно долго и имеющих в запасе достаточно энтузиазма (а заодно и чувства юмора). Вопрос: что они обнаружат в этой последней, биологически насыщенной, длящейся полмиллиарда лет фазе истории Земли?

Довольно быстро станет ясно, что жизнь на Земле следовала династической схеме — схеме, выявленной нашими викторианскими и довикторианскими предшественниками. Возьмем для начала эпоху, начавшуюся с кембрийского взрыва, когда жизнь обрела прежде неизвестный аспект. Это эра, которую мы называем палеозойской. Независимо от любых классификаций, ее целостность — это объективная реальность. Скорее всего, в далеком будущем, как и ныне, палеозой будет восприниматься как совокупность, отдельный период истории Земли. В палеозойских морях преобладали животные тех же основных групп (типов), которые мы видим и сегодня, но в других пропорциях, и основные классы животных и растений внутри этих типов заметно отличались от современных. Они, несомненно, будут отличаться и от любых разновидностей животных и растений, которые появятся на Земле в ближайшие 100 миллионов лет. Среди членистоногих на протяжении почти всего палеозоя доминировали трилобиты. Среди животных, имеющих раковину, господствовали брахиоподы (плеченогие), тогда как двустворчатые (они же пластинчатожаберные, или моллюски) еще являлись на морском дне статистами. Были широко распространены кораллы, но по строению они отличались от современных. На суше жизнь стала осваиваться лишь в середине эры; это было время лесов — но там произрастали не дубы, ясени и сосны, а гигантские плауны, хвощи и папоротники. В этих лесах не было ни цветов, ни птиц, ни белок, ни оленей; зато они являлись средой обитания первых земноводных, пресмыкающихся и стрекоз.

Палеозойский мир был совершенно не похож на мир следующей, мезозойской эры. Палеонтологу-любителю не составило бы большого труда отличить друг от друга две пригоршни ископаемых раковин: мезозойских и палеозойских. Ругозы с табулятами исчезли, и появились шестилучевые кораллы. Мезозойские моря кишели аммонитами и белемнитами, сегодня их можно без труда отыскать на йоркширском и дорсетском побережьях. Брахиоподы были представлены ринхонеллидами и теребратулидами, которых ныне предостаточно на любом из Котсуолдских холмов, а не ортидами, спириферидами и продуктидами из палеозойских известняков, но теперь их первенство стали серьезно оспаривать двустворчатые. Среди самых мелких существ в мезозойскую эру развил известковый скелет микропланктон, создав таким образом целый класс горных пород — глубоководный пелагический известняк, не характерный для палеозоя.

Однако как один мир превращается в другой? Медленно, постепенно — или одномоментно, в результате геологической революции, возможно даже, в вихре хаоса и разрушения? Историю о себе и своем меняющемся в конце эры мире рассказывают сами окаменелости, чье повествование дополняют астрономические ритмы. В данном случае этот мир внезапно стал враждебным.

Палеозойский мир рассыпался в прах. Его конец можно увидеть везде, где есть слои, зафиксировавшие эту массовую гибель, крупнейшее вымирание в истории Земли, когда исчезло около 95 % видов. Вулканизм? Столкновение с кометой? Повальное удушье? Причины этого события до сих пор не выяснены, но существуют веские признаки стагнации океанов и несколько менее убедительные указания на нехватку кислорода в атмосфере (такие, как рептилии с бочковидным телом). Демократически, официально и формально, путем голосования, проведенного в 2001 году, этот экологический путч был отмечен вбитым в породу «золотым гвоздем» в восточнокитайском Мэйшане, став условным уровнем раздела в той осадочной последовательности, которая лучше всего подходит на роль границы между угасающим палеозоем и зарей мезозоя.

Разрез Мэйшань расположен высоко на склоне холма и потому подвергается эрозии. Через 100 миллионов лет он исчезнет. Но аналоги этих отложений в других местах пребывают глубоко под землей, и некоторые из них через 100 миллионов лет где-то, несомненно, выйдут на поверхность. Они расскажут ту же историю, хотя проиллюстрируют ее другим материалом. Это не имеет значения. На данном рубеже произошли столь драматические изменения, что этот древний кризис будут включать во все геологические исследования грядущего, чтобы показать, насколько близко может подойти планета к утрате своих многоклеточных организмов и все же выстоять и восстановиться.

Мезозойская эра, в свою очередь, закончилась так же внезапно, как и палеозойская, хотя масштабы бедствия были меньше. Полностью вымерли динозавры (ну, если не считать их потомков — птиц), аммониты, белемниты и двустворчатые моллюски — рудисты. Исчезли многие другие виды и роды. Это опустошение экосферы положило начало миру млекопитающих на суше и в море (киты и дельфины), внезапно лишившемся морских пресмыкающихся; миру, в котором брахиоподы оказались теперь статистами среди двустворчатых и брюхоногих моллюсков, заполонивших морское дно.

С точки зрения теории катастроф — это событие примечательно тем, что причины крупного вымирания впервые основывались на убедительных доказательствах, а не на правдоподобных гипотезах. До замечательного открытия, сделанного отцом и сыном Луисом и Уолтером Альваресами[17], вымирание приписывалось чему угодно, начиная с изменения уровня моря и заканчивая внезапной вспышкой запора у динозавров (а аммониты, предположительно из солидарности с ними, тоже отказались от своих метаболических привычек). Альваресы обнаружили в слоях «гвоздь» — всплеск содержания иридия на уровне, который совпадал с вымиранием, — и все прояснилось. Внезапно появились веские доказательства, которые затем были подкреплены, поскольку всплеск иридия был зафиксирован на одном и том же уровне (насколько можно было судить) в слоях по всему миру. Причины аномалии могут являться предметом дискуссии: команда Альваресов объяснила ее падением огромного метеорита (кратер-кандидат позже был найден под полуостровом Юкатан в Мексике), в то время как другие ученые предполагали, что источником иридия могли послужить мощные вулканические извержения (сохранившиеся в виде обширных базальтовых Деканских траппов в Индии). Главное, наконец появился след, по которому можно было идти; оставалось искать дальнейшие подсказки и, основываясь на наблюдениях и данных, опровергать или подтверждать гипотезы.

Более того, обнаружение иридия привлекло внимание к самому событию. Было ли вымирание внезапным (занявшим столетия, годы или дни) или постепенным (в течение некой значительной доли миллиона лет)? На данный вопрос, как ни странно, трудно ответить, основываясь на ископаемых данных, и вновь вспыхнувшие споры привели к обстоятельнейшему сбору фоссилий в геологических разрезах всего мира, зафиксировавших свидетельства данного события. Это сыграло ключевую роль в определении официальной верхней границы мелового периода, которая расположена в слоях тунисского горного массива Эль-Кеф (который после очередных долгих обсуждений был выбран в качестве наилучшего мирового примера). В самой недавней характеристике этой границы отмечается, что уровень Эль-Кефа следует рассматривать как синхронный удару юкатанского метеорита; это весьма примечательное утверждение для науки, в которой причинно-следственные понятия, особенно когда дело доходит до определения строгих геологических временных границ, как правило, трактуются с крайней осторожностью.

Наша нынешняя эра, начавшаяся с этих бурных событий, представляет собой мир, существующий уже около 65 миллионов лет, мир, где биота Земли адаптировалась к климату, который постепенно начал охлаждаться, пока наконец не выросли обширные ледяные шапки, сначала на Южном полюсе, а затем на некоторых участках суши близ Северного полюса. На протяжении этой эры имели место незначительные вымирания и эволюционные вспышки среди живых организмов, но ничего подобного великим массовым вымираниям более ранних эпох не было — даже во времена безумных климатических скачков и изменений уровня моря в ходе четвертичных оледенений.

А ныне, по мере того как человечество захватывает поверхность Земли и переделывает ее под свои потребности, мир изменяется с каждым годом. Какая доля этих изменений в масштабах Земли настолько поверхностна, что через одно-два поколения исчезнет без следа? Какие изменения задержатся — скажем, на тысячелетие? А какие будут столь прочно вплетены в ткань этой планеты, что останутся заметны через миллион, 10 миллионов или, возможно, миллиард лет? Приблизятся ли эти изменения к вечности настолько, насколько вообще возможно в этой солнечной системе? Ответ зафиксируется в земных слоях. Нужно будет лишь отыскать послание, оставленное человеческой расой, а затем расшифровать его. Будущий Розеттский камень империи людей в первую очередь будет летописью изменений, которым подверглась Земля в результате нашей деятельности.