Знание-сила, 2001 № 03 (885)

От динозавра – к человеку: три метановых взрыва и один астероид

Мы можем похвастать, что на нашем вену произошли целых две с половиной мировые войны (половина относится на счет холодной), но поверьте, даже мировые войны – ничто в сравнении с теми бедствиями, которые, если верить ученым, пережили за свои полтора миллиона веков несчастные ящеры.

Великие, средние и малые динозавры правили Землей по меньшей мере полтораста миллионов лет кряду, много дольше, чем правим ею мы, цари природы. Кто знает, не правили бы они и по сей день, если 6 не злосчастный метеорит, он же астероид, который сдуру налетел на нашу планету ровно 65 миллионов лет назад плюс-минус пару дней, не больше, и покончил с эпохой динозавров, открыв тем самым эпоху млекопитающих. Говорю «сдуру», потому что этот астероид, он же метеорит, сгубил не только динозавров, но и самого себя: врезавшись в побережье Северной Америки, он вырыл в нем кратер и превратился в прах. Туда ему и дорога.

Если бросить взгляд вглубь времен, то окажется, что динозавры расхаживали по Земле и сто, и даже двести миллионов лет назад. Это как раз те цифры, к которым мне хотелось бы привлечь ваше напряженное внимание. Ибо, как вы сейчас убедитесь, они показывают, что жизнь этих гигантских пресмыкающихся была весьма бурной – во всяком случае, не менее бурной, чем наша. Разумеется, мы можем похвастать, что на нашем веку произошли целых две с половиной мировые войны (половина относится на счет холодной), но поверьте, даже мировые войны – ничто в сравнении с теми бедствиями, которые, если верить ученым, пережили на своем веку несчастные ящеры.

Действительно, ученые недавно пришли к выводу, что примерно 120 миллионов лет назад и повторно 90 миллионов лет назад земные океаны претерпели могучую метановую «отрыжку» с невообразимо жуткими последствиями, а всего лишь через 6 миллионов лет после этого, то есть 84 миллиона лет назад, вся наша Земля как целое претерпела еще более могучий «кувырок», последствия которого хоть и можно вообразить, но как-то не хочется. И поскольку все это происходило между появлением динозавров на Земле и их исчезновением, то, стало быть, им и досталось все это пережить. Воистину не позавидуешь Естественно, в задних рядах набрякает вопрос: каким образом ученые вообще ухитряются заглядывать в такие глубины прошедшего времени и еще что-то там видеть? В разных случаях по-разному. В данном случае – с помощью глубинных проб со дна океана. Эти пробы почвы, если брать их буром с определенных глубин, приносят сведения о составе осадочных пород, осевших на дно в определенное прошлое время. Поскольку темп такого осаждения уже изучен, вычислен и проверен, его величина позволяет узнать, какого возраста данная проба. В ней, понятно» зафиксирован («вморожен») химический состав тогдашней воды, из которой осел соответствующий слой придонной почвы. В частности, то соотношение между изотопами углерода С-13 и С-12, которое тогда характеризовало воду. Это соотношение, в свою очередь, характеризует насыщенность воды метаном. Всякое изменение этой изотопной пропорции говорит ученым, что с метаном, растворенным в океанской воде, что-то произошло: его стало больше или меньше.

Однако обнаружить такое изменение не так-то просто. Раньше, когда пробы со дна брали с глубин, разделенных большими промежутками, никакие такие изменения вообще не обнаруживались. Но в последние годы промежутки между пробами стали делать – в переводе на разделяющие их годы – через каждые несколько тысяч лет, и тогда выяснилось, что изменения были, только раньше они проскальзывали сквозь чересчур редкое сито и оставались незамеченными. Это происходило потому, что изменения эти занимали довольно короткий промежуток времени – какие-нибудь несколько тысяч лет. Понятно, что две пробы, разделенные десятками тысяч лет, не могли уловить то, что происходило в промежутке между ними. Теперь же, сделав свои «сито» более частыми, геологи сразу обнаружили три случая резкого, продолжавшегося всего несколько тысяч лет скачка в соотношении углеродных изотопов, или, что то же, в концентрации метана в океанской воде. Третий случай, произошедший 55 миллионов лет назад, динозавров уже не коснулся, их к тому времени на Земле не осталось, только в виде скелетов, зато он обозначил, как считают ученые, важнейший поворотный пункт в эволюции млекопитающих. Два же других случая – 120 и 90 миллионов лет назад, как мы уже говорили, выпали на долю ящеров. Оба раза океан, так сказать, чудовищно рыгнул метаном, или, деликатно выражаясь, за геологически короткое время выделил в атмосферу огромное количество этого газа. Сообщение об этом новом открытии геологов было опубликовано недавно в журнале «Сайенс» и вызвало ряд вопросов.

Прежде всего, естественно, возник вопрос о возможных причинах этих явлений. Затем – вопрос об их последствиях. А что касается причин, то пока предложено лишь одно приемлемое (но еще далеко не всеми специалистами принятое) объяснение – вулканическая деятельность на дне тогдашних океанов. Все мы знаем, что на океанском дне тоже есть вулканы и что время от времени там происходят вулканические извержения. Предполагается (и на это указывают другие, независимые данные), что именно 120 и 90 миллионов лет назад определенные особо горячие участки океанского дна переживали период бурной вулканической активности, сопровождавшейся извержением на дно огромных количеств лавы. Эта лава согрела придонную воду, в которой плавали (как плавают, кстати, и сейчас) громадные куски заледеневшей смеси метана и воды, образованные специальными придонными бактериями. В результате постепенного нагрева часть этих метановых льдин разрушилась, и произошло «быстрое» высвобождение колоссальных количеств метана, который постепенно выделился из воды в атмосферу. Здесь, немедленно окислившись под воздействием свободного кислорода, этот метан превратился в углекислый газ.

Теперь становятся понятны и последствия. Углекислый газ является так называемым парниковым газом. Он пропускает к поверхности Земли ультрафиолетовое излучение Солнца, но когда в результате взаимодействия с растениями оно превращается в более длинноволновое излучение, тот же газ уже не выпускает его наружу. Иными словами, он действует как крыша парника или теплицы. Под его слоем образуется перегретая влажная атмосфера. Все мы знаем, что именно таким «парниковым влиянием» созданного нами самими избытка углекислого газа многие ученые объясняют нынешнее глобальное потепление. Совершенно так же быстрое выделение метана из океанской воды и, как результат, насыщение атмосферы большим количеством углекислого газа должно было и 120, и 90 миллионов лет назад привести к аналогичному глобальному потеплению и даже, если вспомнить, о каких количествах идет речь, – к суперпотеплению как на суше, так и в воде. В толше океана это потепление должно было вызвать расцвет органической жизни. Остатки этой тогдашней пышной органики как будто бы действительно найдены сейчас в определенных местах океанского дна. На суше же резкое повышение температуры могло создать приемлемый для динозавров климат даже в полярных областях, и опять же исследователи давно установили, что примерно 90 миллионов лет назад динозавры и другие пресмыкающиеся действительно продвинулись далеко на север (напомню опубликованное недавнее сообщение о нахождении останков крокодилов в слоях 90-миллионолетней давности вблизи Ньюфаундленда, в Северной Канаде).

Таким образом, свидетельства метановых «отрыжек» древнего океана слишком убедительны, чтобы их игнорировать. Скорее всего, обе они действительно имели место, и древнему океану придется «взять их на себя», как сказано в классическом анекдоте советских времен. Зато в следующем катаклизме, тоже выпавшем на эпоху динозавров, виновата, по всей видимости, уже не вода, а суша. Этим катаклизмом был головокружительный «кувырок», проделанный нашей планетой 84 миллиона лет назад. Динозавры, можно сказать, только-только оправились от недавнего выброса метана в атмосферу, как тут вдруг у них, что называется, земля поплыла под ногами. Такой случай, насколько нам известно, всего лишь дважды описывался в литературе, да и то – в художественной: один раз у Марины Цветаевой («…Мне нравится, что… шар земной не поплывет под нашими ногами…») и второй – у мужественного романтика Эрнеста Хемингуэя в его романе «По ком звонит колокол». Но с динозаврами-то это было на самом деле!

Вот как это произошло, по мнению ученых. Известно, что земные континенты (точнее, континентальные плиты, на которых они лежат и которые сами плавают на магме) блуждают по лицу Земли и в течение десятков и сотен миллионов лет то собираются в единые суперматерики, то расходятся в самых причудливых комбинациях. Но с недавних пор, а именно с 1969 года, известно также, что время от времени происходят такие смещения, в которых участвуют не отдельные какие-то материки, а вся кора в целом. Год назван точно, потому что именно в этот год два американских ученых, физик Питер Гольдрайх и математик Ддар Тумре, строго научно рассмотрели, что будет с вращаюшимся телом, если некая избыточная масса на его поверхности или внутри него начнет перемещаться от экватора к полюсу.

Вращающаяся Земля наиболее устойчива, когда самые массивные ее части – многокилометровый ледовый слой на поверхности или гигантская скала внутри мантии – располагаются как можно дальше от оси ее вращения, иными словами, когда неуравновешенная масса находится на экваторе. Если такая масса образуется в другом месте или сдвинется от экватора туда, Земля ответит на это «кувырком»: она повернется так, чтобы эта избыточная масса оказалась на экваторе; при этом ось ее вращения, оставаясь по-прежнему сориентированной на те же звезды, что прежде, повернется относительно Земли и выйдет из нее в ином месте. Иными словами, произойдет то, что называется «истинным перемещением полюсов» (в отличие от простого, хаотического и медленного, а также весьма незначительного их перемещения, вызванного постоянным покачиванием земной оси относительно того же заданного положения).

И вот что-то подобное такому «истинному перемещению», а проще – кувырку планеты как целого произошло, по мнению двух других американских ученых, Сэйджера и Коп перса, ровно 84 миллиона лет назад (плюс-минус 2 миллиона), то есть опять-таки во времена динозавров. Согласно измерениям этих ученых, кувырок был изрядным: Земля в течение каких-нибудь двух миллионов лет повернулась на 16 – 20 градусов. Это соответствовало перемещению почвы в районе Атлантического океана с севера на юг, к экватору, на 110 сантиметров в год – в десять с лишним раз быстрее, чем происходит современный континентальный дрейф.

Заметим, что о таком кувырке планеты уже говорил пару лет назад другой исследователь прошлого Земли, профессор Киршвинк, мы писали о его гипотезе. Но в отличие от Киршвинка два упомянутых выше автора, Сэйджер и Коп перс, подтвердили свое предположение убедительными измерениями палеомагнетизма, то есть положений магнитных полюсов Земли в далеком прошлом, от 120 до 39 миллионов лет назад. И в одной точке этого интервала, приблизительно 84 миллиона лет назад, они обнаружили резкое («истинное») перемещение этих полюсов. А как известно, магнитные полюса хоть и перемещаются из-за разных подвижек материала в металлическом ядре Земли, но всегда при этом стараются держаться рядом с географическими полюсами. Так что если 84 миллиона лет назад произошло резкое и быстрое смещение магнитных полюсов, то значит, столь же резко и быстро сместились в ту пору полюса географические, то есть земная ось.

Выводы Сэйджера и Копперса были подтверждены независимыми измерениями палеомагнетолога Ричарда Гордона, проведенными в Тихом океане. Однако пока что далеко не все специалисты признали правоту этих исследователей. Некоторые считают их данные недостаточными, другие – неубедительными. Потребуются, стало быть, дальнейшие исследования и проверки. Но если предположение подтвердится, это будет свидетельствовать, что у динозавров действительно была бурная жизнь, полная неожиданностей и катаклизмов. То океаны тысячелетиями кипят, выбрасывая в небо потоки метана, то земля миллионы лет ползет под ногами невесть куда… Какая уж тут жизнь! Чем такая жизнь, уж лучше астероид – трррах! – и разом все мучения кончились.

И кончились.

Во-первых, они были маленькие. Самые большие из них не превосходили величиной современную мышь. Во-вторых, Землей в ту пору владели гигантские динозавры. Млекопитающие вертелись у них под ногами, как мыши под ногами у слонов, и, наверное, массами гибли затоптанные. Но что поделать: хочется есть – надо вертеться.

Мы говорили о бурной жизни динозавров. На этот раз речь пойдет о трудной жизни млекопитающих. Млекопитающим поначалу приходилось очень трудно. Во-первых, и это главное, они были маленькие. Самые большие из них не превосходили величиной современную мышь. Во-вторых, Землей в ту пору владели гигантские динозавры. Млекопитающие вертелись у них под ногами, как мыши под ногами у слонов, и, наверное, массами гибли затоптанные. Но что поделать: хочется есть – надо вертеться.

Поэтому млекопитающие, надо думать, с восторгом встретили падение на Землю астероида, который 65 миллионов лет назад покончил с эпохой динозавров. Они, наверное, думали, что в отсутствие динозавров они сами станут хозяевами Земли и, конечно, управятся с ней куда лучше тупоголовых ящеров. Эпигоны всегда так о себе думают. Но увы, когда они вылезли из своих крохотных нор на опустевшие материки, то сразу поняли, что и в новой эпохе им ничего хорошего не светит. Да и как, спрашивается, им что-нибудь могло светить, если пыль и прах, в которые обратились земная почва и космический астероид в ходе их теплой и шумной встречи, застлали все небо так, что даже в полдень было темно. И жутко холодно, потому что солнечные лучи не могли пробиться через этот толстый слой пыли, окутавший всю планету с экватора до полюсов. Много позже люди придумали для такой погоды выразительное название «ядерная зима» в том смысле, что если взорвать над Землею пару десятков водородных бомб, то примерно такая погода на ней и наступит. Но этого, к счастью, никто пока не проверял.

Астероидная зима над Землею продолжалась очень долго, и опустевшие материки планеты успели замерзнуть и покрыться льдами. Несчастные маленькие млекопитающие опять погибали огромными массами. Выжили только те, что близ экватора, где было чуть потеплее. И неизвестно, сколько еще прожили бы и эти, если бы вдруг все разом не изменилось. В один прекрасный день над океаном вдруг бесшумно поднялся туман, который постепенно застлал все небо и надолго стер с мира все его краски. Когда же земля и вода вновь вынырнули из этого бесформенного серого месива, обнаружилось чудо: везде капало, хлюпало и чвакало. Материки оттаяли, в воздухе стояло весеннее тепло, и тысячи тысяч новых млекопитающих малюток бегали, метались, суетились и сновали повсюду, суматошно осваиваясь с новой жизнью.

Теперь изложим то же самое сухо прозаически. В тридцати минутах езды от немецкого города Франкфурта располагается знаменитая Мезельская долина, где в последние годы было обнаружено древнее озеро примерно пятидесятимиллионной давности. В грязевых слоях этого высохшего озера сохранились на удивление цельные, порой даже с очертаниями внутренних органов скелеты десятков тысяч животных, некогда обитавших на его берегах, в его волах и в воздухе над ним. Изучение этих находок подтвердило давнее предположение ученых (сформировавшееся под влиянием других находок такого же рода, хотя и не столь эффектных), что около 50 – 55 миллионов лет назад на Земле произошло какое-то событие, которое дало толчок быстрому и многостороннему развитию млекопитающих. Судя по всему, это событие сопровождалось значительным повышением среднегодовых температур на планете, в результате чего доселе небольшие и немногочисленные млекопитающие стали увеличиваться в размерах и количестве и быстро распространяться, колонизуя оттаявшие континенты и видоизменяясь сразу во многих эволюционных направлениях. Вслед за эпохой динозавров (через 10-15 миллионов лет!) наконец-то наступила эпоха млекопитающих. Именно тогда появились первые, дальние предшественники современных лошадей, собак, обезьян, слонов и людей.

Такие резкие потепления палеоклиматологам хорошо известны. Два из них произошли еще в эпоху динозавров, 120 и 90 миллионов лет назад (мы писали об этом). Оба раза это было вызвано мощным и относительно быстрым выбросом метана из океанских глубин, своего рода «метановой отрыжкой океана». Теперь палеоклиматологи, исследуя пробы, поднятые с океанского дна вблизи мыса Канаверал во Флориде, обнаружили, что 55 миллионов лет назад Земля пережила третий такой же катаклизм, который по мощности и последствиям превосходил оба предыдущих и был едва ли не самым большим за последние сотни миллионов лет истории нашей планеты. Достаточно сказать, что в результате этого третьего выброса океанского метана среднегодовая температура на Земле за несколько тысяч лет поднялась на пять-шесть градусов, что почти вдвое больше, чем повышение температуры за два десятка тысяч лет, отделяющих нас от последнего ледникового периода.

Результаты многолетних исследований американских и австралийских ученых, опубликованные в журнале «Сайенс», позволяют достаточно детально представить себе причины, ход и характер этой гигантской климатической катастрофы, разыгравшейся 55 миллионов лет назад на поверхности и в глубинах океана. Это проливает также свет на ход аналогичных катастроф в эпоху динозавров и отбрасывает неожиданный угрожающий отблеск на наше* собственное близкое будущее. Надо, однако, признать, что подлинное начало, подлинную первопричину всех этих сходных по характеру событий не сумела вскрыть и новая работа. Ее авторы исходят из предположения, что такая причина была и что именно она вызвала постепенное потепление океанских вод, начавшееся примерно 60 миллионов лет назад, после падения на Землю того астероида, который уничтожил динозавров и вызвал резкое похолодание на планете. Начиная с этого потепления, все остальное в «биографии катаклизма» ученым уже представляется вполне объяснимым и детерминированным.

Когда потепление воды достигло определенного порога, произошло неизбежное в таких случаях изменение циркуляции океанских течений. Оно привело к тому, что теплые поверхностные воды были «вдавлены» в глубины океана пришедшими им на смену холодными течениями. Прогревание глубинных вод привело к тому, что кристаллы заледеневшего метана, находившиеся в придонных слоях почвы, стали превращаться в газ. Пузыри метана, вырывающиеся из почвы, размыли ее и вызвали грязевые оползни. В результате кристаллы метана еще более обнажились для доступа теплой воды, и выделение газа пошло еще быстрее. Этот самоускоряющийся процесс вызвал постепенный подъем образовавшегося метана в верхние слои океана, а оттуда – выделение в атмосферу. Здесь, соединяясь с кислородом воздуха, метан начал образовывать углекислый газ, который, как известно, имеет парниковые свойства. Таким образом, конечным климатическим результатом всего процесса оказалось глобальное потепление Земли. Судя по данным авторов работы, этот процесс занял не более пяти-шести тысяч лет, то есть был действительно климатическим катаклизмом, а не постепенным, растянутым на миллионолетия изменением климата. (Косвенным подтверждением этого сценария являются последние данные о содержании углекислого газа в древней атмосфере, они показывают, что 50 – 55 миллионов лет назад его концентрация действительно резко возросла.)

Первым биологическим (экологическим) последствием этого климатического катаклизма была массовая гибель микроскопических живых видов, доселе обитавших в придонных слоях океана. Привыкшие к холодной воде, они не смогли так быстро приспособиться к ее нагреванию. По оценкам авторов, погибло около половины всех тогдашних глубоководных организмов. Вторым, еше более важным, но уже наземным последствием потепления были описанные выше распространение и эволюция млекопитающих. А какие же отблески все это происшествие бросает на наше будущее?

По подсчетам авторов, в ходе описанного катаклизма в атмосферу был выброшен миллиард миллиардов тонн метана. Сама по себе эта цифра не говорит ничего, но она немедленно начинает звучать зловеще, если вспомнить, что, согласно некоторым прогнозам, к 2100 году человечество выбросит в атмосферу около двух третей этого количества. Однако тот «порог», о котором говорят авторы нового исследования, и перейдя который процесс начал самоускоряться и приобрел характер необратимого катаклизма, может быть и сегодня перейден куда раньше, чем в атмосферу поступит все это количество метана, то есть даже раньше 2100 года.

Здесь много неясностей. В прошлом метан поступал в атмосферу через океан, сейчас он поступает в нее напрямую. Не ясно, как это различие влияет на скорость потепления, хотя можно думать, что просачивание метана через толшу воды замедлит этот процесс. Неизвестно, как влияли на ход потепления перемены в циркуляции океанских течений (авторы считают, что очень влияли), и не ясно, что происходит с этой циркуляцией сегодня. Неизвестно, каковы были концентрации метана и углекислого газа накануне древнего потепления, что делает неоднозначным его сравнение с нынешним. И так далее. Ясно лишь, что может быть все, что угодно, в том числе самое худшее – для человечества, разумеется. Ясно также, что наша огромная планета живет какой-то своей странной жизнью, в которой одни грандиозные процессы связаны с другими столь же грандиозными процессами, меняясь и меняя друг друга под влиянием иногда космических, а иногда совсем ничтожных факторов, и приводя к результатам, обратить которые не под силу населяющим ее разумным млекопитающим просто потому, что они слишком малы в сравнении с нею.

Трудно быть маленьким. Приходится быть особенно осторожным.

Диляра Галина