Все границы между эрами, периодами и даже более тонкими подразделениями шкалы геологического времени определяются на основании резких изменений в каменной геологической летописи. Как мы уже видели в предыдущих главах, как палеозойская, так и мезозойская эры закончились крупными массовыми вымираниями, в которых большое количество существовавших видов было стерто с лица Земли. Трудно не прийти к заключению, что это были времена чрезвычайных условий для всей жизни на Земле. Хотя эти факты давно были известны геологам и много было написано о возможных причинах таких событий, вся тема массовых вымираний в целом получила неожиданный поворот в 1980 году. Именно тогда Луис Альварес, физик и нобелевский лауреат из Калифорнийского университета в Беркли, в совместной работе с рядом коллег-геологов, среди которых был и его сын, открыл доказательства в пользу внеземной причины массового вымирания, происшедшего в конце мелового периода.

 

УДАР ПО ЗЕМЛЕ НА ГРАНИЦЕ МЕЛОВОГО И ТРЕТИЧНОГО ПЕРИОДОВ

Дымящееся ружье, которое они обнаружили, могло сначала показаться несколько неясным. Альварес и его сотрудники обнаружили в океанских осадках, отложившихся точно на границе мезозойской и кайнозойской эр, аномально высокое содержание редкого элемента иридия. Хотя фактическое количество обнаруженного ими иридия было невелико, оно оказалось в 100 раз больше, чем было обнаружено непосредственно выше и ниже этой границы.

Но какое это имеет отношение к внеземной причине вымираний? Оказалось, что самое непосредственное. Подобно своим более известным родственникам золоту и платине, иридий относится к «благородным» металлам и не очень охотно реагирует с другими веществами. Он, кроме того, очень редко встречается в земной коре. Его редкость связана с тем фактом, что он легко образует сплавы с железом, так что когда формировалось земное ядро, большая часть иридия, существовавшего на нашей планете, была захвачена погружающимся расплавленным железом, и сейчас главная его масса находится в ядре. Но вспомним, что большая часть метеоритов, падающих на Землю, относится к типу хондритов, о которых говорилось в главе 2, — кусков мелких астероидов, которые никогда не подвергались всепланетному процессу перестройки с образованием ядра. В силу этой особенности своей истории хондриты сохранили свое изначальное содержание иридия. Концентрация этого элемента в них приблизительно в 10 000 раз больше, чем в большинстве частей земной коры. Столь огромное содержание иридия в хондритах делает этот металл очень чувствительным индикатором поступления на поверхность Земли внеземного материала. Во время столкновения с Землей крупные метеориты полностью испаряются, в результате чего содержащийся в них иридий рассеивается во все стороны. За очень короткое по геологическим масштабам время он вымывается из атмосферы и оседает на морском дне, оставляя узкую полосу осадков с высоким содержанием иридия, которые медленно накапливаются на дне океанов. В силу относительной химической инертности иридия эта запись в геологической летописи сохраняется без особых искажений даже на протяжении геологических эр.

Массовое вымирание в конце мезозоя отмечает границу между меловым и третичным периодами, часто сокращенно называемую «К-Т»-границей (буква «К» давно используется в качестве символа отложений мелового периода на геологических картах и схемах. Она происходит от немецкого названия мелового периода — Kreidezeit — и служит для различия этого периода и других, название которых также начинается с латинской буквы С, как, например, кембрий — Cambrian). Именно в относящихся к этой границе отложениях из нескольких различных, далеко удаленных друг от друга местностей Альварес и его коллеги обнаружили высокое содержание иридия. Основываясь на своих первоначальных измерениях, они вычислили, что такое обогащение иридием мог вызвать только астероид (или, может быть, комета) диаметром около 10 километров, и высказали предположение, что последствия столкновения Земли с таким космическим телом и могли вызвать массовое вымирание на границе мела и третичного периода. Это открытие поразило научный мир — а также популярную прессу — словно взрыв бомбы. Во-первых, что могло быть более захватывающим и «научно-фантастическим» явлением, чем массовая гибель динозавров в результате столкновения Земли с астероидом? Во-вторых, хотя десятикилометровый астероид и не кажется особенно большим в сравнении с Землей, последствия такого удара являются просто умопомрачительными.

Теоретики весьма подробно рассчитали последствия падения астероида на Землю. К счастью, до сих пор за историческое время не было отмечено падения на землю объектов, даже отдаленно приближающихся к 10 километрам в диаметре. Эти вычисления основываются на экспериментах с телами гораздо меньшего размера, а также на наблюдениях над разрывами бомб. Хотя без них человечество было бы гораздо богаче, все же иногда оружие массового поражения приносит науке кое-какую пользу. Что касается причин вымирания, то Альварес с коллегами указали только на одно последствие падения крупного объекта — окружающее всю землю облако пыли, выброшенное в результате столкновения. Они отметили, что эта пыль закрыла бы поверхность Земли от света Солнца и на несколько лет прекратила бы фотосинтез, что привело бы к гибели растений и большей части пищевой цепочки, то есть всего, чье питание зависит от него. Оно вызвало бы также резкое охлаждение затененной поверхности нашей планеты. Но кроме того, последовали бы и другие, не менее серьезные явления. Например, сейсмические волны, возбужденные сначала самим астероидом, а затем падением скалистых выбросов, вызванных ударом, пройдя через атмосферу, вызвали бы быстрое нагревание последней и сильнейшие атмосферные бури. Азот и кислород — два самых главных по объему компонента нашей атмосферы, — соединившись в результате реакции, обусловленной высокой температурой, образовали бы окислы азота, которые, в свою очередь, растворившись в атмосферной воде, привели бы к выпадению азотнокислого дождя, более едкого и повсеместного, чем все, что вызвано человеческой деятельностью. Нагревшаяся в результате удара атмосфера обусловила бы сильнейшее высыхание растительности в мировом масштабе, сделав ее весьма восприимчивой к огню или даже создав источники воспламенения. Эдуард Андерс и его коллеги из Университета Чикаго обнаружили большое количество частиц сажи в осадках, относящихся к границе К-Т, которые они интерпретируют как результат почти повсеместных, может быть и глобальных, пожаров, непосредственно связанных со столкновением. В осадках сохранились и свидетельства о грандиозных цунами — огромных океанских волнах, которые в принципе могли достигать нескольких километров в высоту, если удар пришелся на океан. Фактически возможные последствия удара астероида на границе мел — третичный период являются до такой степени разрушительными, что некоторые геологи вслух удивляются тому факту, что так много видов животных и растений смогло пережить эту катастрофу. И неудивительно — по оценкам специалистов, энергия, освобожденная при столкновении, была приблизительно в 10 000 раз больше энергии всего мирового арсенала оружия.

Честно говоря, следовало бы отметить, что есть ученые, не принимающие гипотезу о столкновении Земли с астероидом. Но эта оппозиция все больше отступает по мере накопления новых фактов за годы, прошедшие со времени открытия Альвареса. Оказалось даже возможным определить с некоторой уверенностью тот кратер, который образовался в результате столкновения. Это оказался кратер Чикхулуб на полуострове Юкатан в Мексике. Этот кратер в настоящее время нелегко узнать с поверхности, поскольку за 66 миллионов лет, прошедших с конца мелового периода, он был заполнен осадками. Тем не менее геофизические исследования очень четко показывают существование большого погребенного кратера круглой формы, а бурение в этом районе обнаружило когда-то расплавленные и частично расплавленные породы, типичные для ударных кратеров. Определение абсолютного возраста проб из этого материала показало, что столкновение приходится точно на одно из самых крупных вымираний на границе между мелом и третичным периодом. Это совпадение во времени оказалось слишком точным, чтобы его можно было признать случайным.

Поскольку кратер Чикхулуб не выходит на поверхность, точные его размеры остаются пока неизвестными, но недавние исследования гравитационного поля в кратере и его окрестностях показывают, что размеры его достигали 300 километров в диаметре. Конечно, обломки его центральной части были выброшены на окружающие территории. Крошечные зерна мелко раздробленных минералов, обладающие явными особенностями пород, окружающих район кратера Чикхулуб, были найдены в слоистых осадках, соответствующих К-Т-границе, в местах, удаленных от кратера на тысячи километров.

Таким образом, есть много фактов, подтверждающих гипотезу столкновения. Но, по-видимому, самым сильным доводом в ее пользу остается избыток иридия, обнаруживаемый глобально во всех достаточно полных разрезах, проходящих через указанную границу. Эту особенность геологического разреза очень трудно объяснить, не прибегая к гипотезе о внезапном и мощном поступлении на Землю внеземного вещества. Независимо от того, является ли столкновение с космическим телом причиной некоторых или всех зафиксированных вымираний на границе К-Т, кажется неизбежным вывод, что в самом конце мелового периода, или около 66 миллионов лет назад, Земля столкнулась с каким-то большим космическим телом.

 

ДРУГИЕ ФАКТОРЫ ВЫМИРАНИЯ

Хотя гипотеза о столкновении привлекла много внимания к вымиранию на границе мела и третичного периода, по количеству вымерших видов это событие кажется не таким значительным на фоне вымираний, произошедших в конце палеозоя. Палеонтологи давно признали их огромный масштаб, но волнение, вызванное спорами вокруг границы К-Т, привело к возобновлению интереса к явлениям массового вымирания вообще и к вымираниям, случившимся на границе перми и триаса в частности. Как это ни кажется невероятным, но около 90 процентов видов, живших в конце пермского периода, исчезли уже в начале триаса. В то время жизнь на Земле не отличалась таким разнообразием, как в конце мезозоя, и ископаемые остатки организмов менее полны, но последние работы показали, что обитатели суши не были так уж безразличны к опустошению. В частности, насекомые — группа, которая не так сильно пострадала на границе между мелом и третичным периодом, как другие, — обнаруживает резкое уменьшение разнообразия на границе перми и триаса. И тем не менее, несмотря на тщательные поиски, не было обнаружено признаков падения астероида в то время. Следовательно, причиной этого вымирания должны были быть другие процессы. Кажется, что жизнь на Земле является в некоторых отношениях весьма хрупким образованием и может быть уничтожена несколькими способами.

Скорость вымирания морских организмов (в процентах от количества вымерших биологических семейств) очень резко колебалась на протяжении последних нескольких сот миллионов лет. Наибольшая скорость совпадает с границами между геологическими периодами. Приведено с изменениями по рисунку 1 из статьи Д. М. Рауп и Дж. Дж. Селкоски в журнале «Сайенс», том 231, стр. 832. Американская ассоциация за прогресс в науке. Используется с разрешения.  

Полезно вспомнить, что крупные массовые вымирания, подобные случившимся на границах мела и третичного периода или перми и триаса, происходят на фоне текущих вымираний, являющихся нормальной особенностью эволюции. Что отличает события массового вымирания, так это драматическое возрастание скорости, с которой происходит вымирание, и их глобальный характер. Границы между подразделениями шкалы геологического времени, определенные первыми геологами, фиксируют моменты в истории Земли, когда произошли крупные по масштабу, резкие и широко распространенные изменения. Они определялись чисто качественным образом: старые формы исчезали, новые занимали их место, а граница проводилась посредине. Современный, более строгий анализ ископаемой летописи использует статистику для оценки скоростей, с которыми появляются и исчезают группы животных и растений. Эти исследования осветили пять или шесть действительно крупных вымираний, каких следовало бы ожидать, если бы столкновение с каким-нибудь космическим телом, которое представляет собой поистине мгновенное событие, играло роль в вымираниях. И если причины большинства массовых вымираний являются гораздо более земными, чем столкновение с внеземным объектом, то, может быть, кое-что можно узнать о них путем изучения того, что известно о подоплеке «нормальных», постоянно происходящих вымираний. В отношении последних существует целый ряд примеров из настоящего и из сравнительно недавнего прошлого, которые дают нам совершенно однозначную информацию о причинах. Прежде всего здесь играют роль климатические изменения, даже очень тонкие. Например, в наши дни в пустынях южной Калифорнии существуют виды мелких рыб, которые выживают только в нескольких изолированных оазисах. Если они не будут защищены человеком, то они скоро вымрут. Несколько тысяч лет назад, в более водообильные для этого региона времена, эти рыбы процветали в больших озерах, существовавших там, — как и индейцы племени кахуилла, кочевавшие в окрестностях этих озер.

Существуют сильные косвенные доказательства того, что в основе некоторых крупных вымираний прошлого лежат климатические изменения. Конкуренция, особенно конкуренция из-за пищи, является второй причиной вымирания, хотя вряд ли она являлась преобладающей причиной при массовых вымираниях. Некоторые ученые возражали против того взгляда, что конкуренция явилась причиной подчиненной роли млекопитающих в течение мезозоя. Хотя их эволюция как бы приостановилась в начале этой эры, они смогли захватить господствующее положение только после исчезновения динозавров, то есть почти 200 миллионов лет спустя. В историческое время неизбежное или даже планируемое внедрение чуждых видов человеком часто приводило к упадку, а иногда и к полному исчезновению туземных популяций как растений, так и животных из-за конкуренции. Стоит привести здесь в качестве примера почти полное вымирание туземных австралийских сумчатых, начавшееся, когда человек впервые появился на этом континенте.

Список возможных факторов массового вымирания является довольно длинным. Он содержит различные механизмы, начиная с экзотических и кончая обычными. В качестве примеров укажем на возможный взрыв ближайшей сверхновой звезды, в результате которого Земля получила сверхдозу смертельной радиации; последствия тектоники плит, выразившиеся в движении континентов в благоприятные или неблагоприятные климатические пояса, а также поднятия и опускания уровня океанов. Вероятно, одним из наилучших способов исследовать возможное значение некоторых из них является более подробное изучение уже установленных вымираний и, в частности, определение типов вымерших организмов, а также поиски независимых свидетельств любых изменений среды обитания во время вымирания.

 

ДОКЕМБРИЙСКОЕ ВЫМИРАНИЕ?

Первое событие, которое по крайней мере некоторыми палеонтологами считается массовым вымиранием, произошло в докембрийское время. Его точное время с определенностью не установлено, но произошло оно где-то в конце протерозойской эры. Организмы, которые оно затронуло, относятся к эдиакаранской фауне, упоминавшейся в главе 7, хотя некоторые виды водорослей тоже, кажется, исчезают примерно в это же время. Среди палеонтологов идут довольно жаркие споры, где именно эдиакаранские животные подключаются к общей схеме эволюции, и особенно по вопросу, связаны они или нет с фауной типа поздних сланцев Берджесс-Шэйл. Но независимо от их связей с другими организмами эдиакаранские

ископаемые остатки широко распространены в отложениях позднедокембрийского мелководья; их находят на большинстве современных континентов. Относительно хорошая сохранность, несмотря на отсутствие у них минерализованных скелетов или раковин, и их очевидно быстрое исчезновение были загадкой. И действительно, было выдвинуто возражение, что эти животные вовсе не подверглись массовому вымиранию; их внезапное исчезновение в ископаемой летописи обусловлено изменением условий их сохранности как окаменелостей. Наиболее часто упоминаемой причиной таких изменений является резкое увеличение числа падальщиков, донных, живущих в иле животных или окисляющих бактерий, которые — порознь или все вместе — быстро бы уничтожили хрупкие остатки эдиакаранских животных. Однако не было найдено никаких независимых свидетельств того, что увеличение количества любых из этих организмов действительно совпало с исчезновением эдиакаранских животных. Кроме того, имеется много примеров более поздних отложений, не содержащих эдиакаранских окаменелостей, которые в других отношениях очень похожи на них. В них не обнаружено никаких признаков резких изменений среды их отложения. Таким образом, исчезновение этой весьма разнообразной по количеству форм фауны вместе с признаками вымирания некоторых типов водорослей приблизительно в это же время показывает, что в конце протерозоя действительно произошло массовое вымирание.

Но если такое событие действительно произошло, то какова была его причина? Отложения, относящиеся к этому периоду времени, были тщательно изучены на предмет повышенного содержания иридия, но таковые не были обнаружены. На основании имеющихся (по общему признанию скудных) данных, лучшее объяснение состоит в том, что предпочтительная среда обитания эдиакаранских животных — мелководье — резко сократилась по площади в результате падения уровня моря. Анализ осадков, сохранившихся от позднего докембрия, говорит о повторяющихся циклах подъема и спада уровня воды. Одно из крупнейших понижений уровня океана (называемых также регрессией — отступанием) в течение этого времени совпадает как будто с вымиранием эдиакаранской фауны.

Действительно, очень многие исследователи считают, что изменения уровня моря, особенно понижение его, явилось главным фактором многих отмеченных в каменной летописи массовых вымираний. Поскольку результатом выветривания и эрозии является размывание гор и холмов, снижающее общее превышение суши над уровнем морей, то всегда существуют и, вероятно, всегда были обширные пространства континентов, имеющие малую высоту над уровнем моря. В этих регионах даже сравнительно умеренные изменения уровня моря имеют драматические последствия. Биологическая активность является, как правило, высокой в мелких морях, и времена с высоким уровнем моря создают обширные пространства, благоприятные для морской жизни, но когда море отодвигается, многие из этих организмов вымирают. Общий размах колебаний уровня моря за последние 600 миллионов лет, по-видимому, был очень широк и составил по крайней мере 200 метров.

Несмотря на возможную роль изменений уровня моря при массовых вымираниях, очевидно все же, что они могли воздействовать только на морскую среду обитания. Вымирания, захватывающие также и большие количества обитателей суши (такие, как вымирание на границе мела и третичного периода), нельзя объяснить действием только таких изменений. Более того, не все известные колебания уровня моря, в том числе довольно значительные, совпадают с крупными вымираниями.

 

ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕВОДА ДАННЫХ В КОЛИЧЕСТВЕННУЮ ФОРМУ И ПОНИМАНИЕ МАССОВЫХ ВЫМИРАНИЙ

Геологи и палеонтологи, пытающиеся определить и понять вымирания, сталкиваются с рядом трудностей, которые заслуживают хотя бы беглого рассмотрения. Их легко потерять из вида, когда мы многословно рассуждаем о вымираниях, подобных пермо-триасовому, которое уничтожило 90 процентов морских видов. Действительно ли мы знаем это? И насколько надежны данные?

В сущности, мы знаем на основании изучения жизни в современных океанах, что тысячи видов не оставляют никаких или практически никаких сохраняющихся остатков. Это особенно верно в отношении беспозвоночных животных, например для червей, которые тем не менее являются многочисленными и важными членами морской фауны. Вероятно, что в пермский период еще меньшая доля морских организмов могла оставить после себя окаменелые остатки. Более того, только какая-то неизвестная нам доля этих организмов, которая действительно сохранилась в виде окаменелостей, была обнаружена и изучена. На динамической, постоянно изменяющейся Земле содержащие окаменелости осадочные породы могли подвергнуться субдукции, метаморфизму, подняты и начисто эродированы — и чем древнее порода, тем менее вероятно, что она могла избежать воздействия этих процессов. С другой стороны, существуют места, в которых осадки, богатые окаменевшими остатками живых организмов времен перми и триаса, сохранились, и в результате тщательного и подробного изучения именно этих местностей были получены данные о массовых вымираниях. Как уже было отмечено, в современных исследованиях применяются статистические методы, и хотя старая шутка о статистике, который утонул в реке со средней глубиной в четыре дюйма, подчеркивает тот факт, что статистические исследования не раскрывают всей истории, тем не менее очень большое число биологических семейств и родов, которые были изучены в связи с проблемой вымирания, гарантирует, что экстраполяция полученных выводов на все живые организмы является разумной процедурой.

Но даже к очень большим базам данных, документирующим, какие именно организмы пережили определенную границу, а какие исчезли, следует подходить с осторожностью. Неприятным, но вполне понятным аспектом палеонтологии — а в сущности и большинства наук — является специализация. Ее практическим результатом является то, что большинство палеонтологов являются специалистами по ископаемым остаткам только одного конкретного тонкого среза геологического времени — например, для перми или триаса или даже еще более ограниченной части временной шкалы. Так, специалист по перми может распознать некоторую группу организмов, которые исчезли из каменной летописи в конце этого периода. Но специалист по триасу может поместить одного выжившего члена этой группы в совершенно другую триасовую группу. В определенном смысле это будет ложное вымирание, по крайней мере для рассматриваемой группы: она «исчезает» только в силу принятой схемы классификации, а не в действительности.

Еще одним аспектом вымирания, к которому всегда следует подходить критически, является вопрос о причине и следствии. Трудно не поверить, что столкновение с космическим телом, происшедшее на границе мела с третичным периодом, повлияло на некоторые вымирания конца мела в силу того, что время этого события точно совпадает с независимо, на основе окаменелостей, определенной границей. Но это не является однозначным доказательством для установления причинного отношения. Проблема причины и следствия является еще более трудной для пермо-триасового и других вымираний, для которых нет указаний на связь с почти мгновенной катастрофой. Мы можем доказать, что изменения уровня моря, климатические изменения или другие какие-нибудь факторы совпадают с конкретным вымиранием, но только тогда, когда можно будет показать однозначно, что вымершие организмы были наиболее чувствительны именно к таким изменениям, эта связь может считаться установленной с некоторой уверенностью.

 

ВЕЛИКИЙ ПЕРМО-ТРИАСОВЫЙ КРИЗИС

Грандиозный характер событий, происшедших на границе мела и третичного периодов, несколько затмил подавляющее значение пермо-триасовых вымираний, когда нашли свой конец большинство видов, существовавших тогда в океанах. Опустошение суши было чуть менее тотальным. Характер жизни на Земле радикально изменился; последствия этого изменения все еще воздействуют на нас в форме всех живущих теперь растений и животных. Причины этого события — или событий — неясны, но принято считать, что для уничтожения столь большой части жизни на Земле должны были существовать весьма суровые причины.

Картина, вырисовывающаяся в результате исследования границы перми и триаса, очень отличается от условий, существовавших на границе мела и третичного периода. Данные, относящиеся к пермо-триасу, рисуют нам ряд сложных закономерностей вымирания перед лицом сложных и взаимосвязанных изменений среды обитания. Не был установлен какой-либо четкий, ясный и определенный виновник этих изменений, но зато ученые много узнали о механизмах вымирания. И тем не менее связи между причиной и следствием все еще остаются очень тонкими и неопределенными.

Граница между пермским и триасовым периодами определялась первыми геологами на основе больших изменений, наблюдавшихся ими в морских окаменелостях. Но где находят океанские осадки, относящиеся к этим обоим периодам? Вспомним, что в течение пермского периода сформировалась Пангея и что на границе между Пермью и триасом она представляла собой по существу единый континент, простирающийся от полюса до полюса (рис. 8.4). Атлантического океана не существовало. Большая часть морских осадков, сохранившихся от этого времени, отложилась вдоль окраин океана Тэтис — восточного моря, которое в конце концов надвинулось на запад, отделив Европу от Африки и Северную Америку от Южной, как это было описано в главе 9. Сегодня эти отложения молено найти частично в южных Альпах, на Ближнем Востоке, в Пакистане, Индии и Китае. Геологическая летопись в этих регионах осложнена тем фактом, что к концу пермского периода произошло довольно быстрое понижение уровня моря, которое сильно сократило область континентальных шельфов, где отлагались осадки. И тем не менее путем тщательного изучения сохранившихся последовательностей осадочных пород и сопоставления разрезов от одной географической местности к другой оказалось возможным сложить вместе по крайней мере некоторые фрагменты целого и восстановить картину великого пермо-триасового кризиса. В упрощенном и сокращенном виде процесс вымирания можно охарактеризовать следующим образом. Морские организмы пострадали в целом больше, чем обитатели суши, а среди морских — жившие на мелководье, особенно те, которые были прикреплены к субстрату. При этом процесс вымирания происходил географически неравномерно. Существуют хорошие доказательства того, что многие типы организмов еще до вымирания находились в упадке уже в течение миллионов лет пермского периода, но также общепризнано, что очень значительное увеличение скорости вымирания произошло в течение последних нескольких миллионов лет перми. В зависимости от точки зрения несколько миллионов лет может рассматриваться либо как очень короткий, либо как очень долгий период времени. Однако совершенно ясно, что пермо-триасовые вымирания произошли за существенно большее время, чем те, что приурочены к границе мела и третичного периода.

Что же могло послужить причиной этих избирательных, неравномерных и все же опустошительных вымираний, которые привели к почти полному уничтожению всей жизни на Земле? Самую тесную связь их можно установить с понижением общего уровня моря в конце пермского периода, которое должно было сильно сократить площадь морских мелководий. Но это само по себе не могло быть столь катастрофическим, чтобы объяснить все наблюдения, особенно постепенный упадок сухопутных организмов. Для этого требуется гораздо более сильное ухудшение среды обитания; очевидно, пермо-триасовый мир обеспечил его. Например, понижение уровня моря было не изолированным событием, а частью нескольких циклов повышения и понижения уровня моря в конце пермского периода, что должно было вызвать смуту и опустошение жизни в обширных мелководьях на континентальных окраинах. Когда падал уровень моря, то не просто прекращали существование обширные мелководные обиталища жизни; огромные количества органического вещества, остатки мелководных организмов оказались открытыми воздействию атмосферы. Окисление этого материала приводило к образованию углекислоты, которое, как нам часто напоминают в наши дни, вызывает «парниковый» эффект. Углекислота атмосферы задерживает излучение тепла в космос и удерживает его около земной поверхности. При возрастании ее концентрации растет и средняя температура. Таким образом, изменения концентрации углекислого газа в атмосфере могут сильно влиять на климат.

Более того, на границе пермского и триасового периодов окисление органического вещества вдоль континентальных шельфов было не единственным источником углекислого газа. Сравнительно недавно была открыта странная группа соединений, которая встречается в отложениях континентального шельфа — так называемые газогидраты. Они содержат большие количества газов — таких, как углекислота и метан, — а последний тоже представляет собой парниковый газ. Они могут образовываться и существовать только в очень узких пределах условий — например, они образуются при умеренно высоких давлениях и распадаются при нормальном атмосферном давлении, свойственном земной поверхности. Резкое падение высокого давления, связанное с удалением 50-100-метрового слоя моря, покрывающего такие отложения, должно было вызвать их разложение

и поступление газов — продуктов их распада — в атмосферу. Наконец, существовал еще один источник парниковых газов — очень близко во времени к пермо-триасовой границе произошел один из крупнейших в истории Земли эпизод континентального вулканизма. Излившиеся тогда на поверхность Земли породы составляют так называемые сибирские траппы, покрывающие сейчас слой за слоем чередующимися лавовыми потоками и вулканическими обломками значительную часть центральной Сибири. (Название этих и других подобных толщ базальтовых потоков — траппы — происходит от шведского слова, обозначающего ступени. Часто, особенно после эрозии, накладывающиеся друг на друга горизонтальные потоки имеют вид ступеней лестницы.) Многие геологи считают, что воздействие сибирского вулканизма на среду обитания было очень сильным, хотя их аргументы зависят от скорости излияния этих огромных количеств лавы. Главным следствием этого излияния, которое можно было бы связать с вымираниями, являлся выброс в атмосферу больших количеств вулканических газов — таких, как сернистый газ (SO2) и углекислота (СO2). Интересно отметить, что имеются хорошие доказательства того, что в другие периоды высокой скорости вымирания произошло еще несколько эпизодов мощного континентального вулканизма, из которых самым крупным было излияние траппов в Декане — огромного нагромождения лавовых потоков в центральной и западной Индии, очень похожее на сибирские траппы. Определение возраста этих пород показало, что их излияние приблизительно совпадает во времени с вымираниями на границе мела и третичного периода. Связаны ли прямо эти эпизоды массового излияния лавы на поверхность Земли с вымираниями, неизвестно, но совпадение во времени тех и других событий заставляет задуматься.

Хотя в наше время датировка изверженных пород, связанных с такими событиями, как излияние деканских или сибирских траппов, есть дело довольно простое, гораздо труднее в силу технических трудностей определить абсолютный возраст осадочных пород, о чем уже говорилось в главе 6. Поэтому существует значительная неопределенность относительно точного определения некоторых событий, которые можно связать с пермо-триасовыми вымираниями. Например, поскольку в конце перми Пангея простиралась от полюса до полюса, создались благоприятные условия для возникновения полярных ледяных шапок, и действительно существуют признаки наличия оледенений в пермский период. Вопрос в том, что неизвестно, когда именно это событие достигло своего пика и не было ли в то время глобального похолодания. Возможно, что сильные и быстрые колебания уровня моря в конце перми были частично обусловлены наступлениями и отступлениями ледников. В любом случае ясно, что за сильным падением уровня моря в конце перми последовало довольно быстро общее мировое потепление и новый существенный подъем уровня моря.

Почти все обобщенные компьютерные модели реакции климата на глобальное потепление предсказывают гораздо большую его изменчивость, чем та, которую мы сейчас переживаем. Следовало бы ожидать больших различий между средними температурами лета и зимы, а также периодических коротких наплывов как сильной жары, так и крайнего холода. Можно предположить, что такие флуктуации характеризовали потепление климата в конце пермского периода. Огромность континента Пан-геи еще более подчеркивала эту тенденцию, особенно в его внутренних частях. Таким образом, даже при отсутствии мгновенной глобальной катастрофы, такой, как падение астероида, нетрудно представить себе, что при мощных вулканических излияниях, климатической изменчивости и резких изменениях уровня моря наш мир в конце пермского периода был очень суровым местом для многих форм жизни.

 

ПРИЧИНЫ ВЫМИРАНИЙ НА ГРАНИЦЕ МЕЛА И ТРЕТИЧНОГО ПЕРИОДА

Как это обычно происходит после всех массовых вымираний, группы, пережившие пермо-триасовый кризис, в течение мезозоя быстро размножились и увеличили количество своих форм. Хотя и было несколько моментов, когда скорость вымирания снова увеличилась по сравнению с обычным, средним уровнем, следующее действительно крупное вымирание, зафиксированное в каменной летописи, произошло на границе мела и третичного периода. Как отмечено выше, вымирания, приуроченные к этой границе, привлекли широкое внимание, поскольку они включали исчезновение динозавров, а также по причине сильных доказательств столкновения с Землей, как раз в это время, крупного внеземного объекта. И действительно, научные встречи, на которых обсуждаются события, связанные с этой границей, как правило, привлекают необычайно разнообразный круг исследователей, от биологов, геологов, геофизиков и до химиков.

Летопись осадочных пород для границы мел — третичный период гораздо более полна и доступна, чем для более ранних вымираний, и совместное исследование ее представителями разных научных дисциплин сделало эту границу, пожалуй, наиболее тщательно изученной по сравнению с другими границами, связанными с крупными вымираниями. Некоторые из лучших свидетельств были получены из керна скважин, пробуренных в дне океанов. Наличие распределенных по всему земному шару образцов осадков, отложившихся вдали от сферы влияния континентов, было важным фактором при сборе информации о мировых изменениях жизненной среды, происшедших на границе мел — третичный период. К сожалению, поскольку субдукция уничтожила все площади морского дна, возраст которых превышает около 200 миллионов лет, в современных океанах не сохранилось равноценных разрезов толщи осадочных пород, относящихся к границе пермь — триас. Все отобранные в морях образцы пород этого периода представляют осадки, отложившиеся на краях континентов, которые сейчас уже подняты и обнажены; последовательность пород в этих скважинах прерывается временами отсутствия осадкоотложения, вызванными колебаниями уровня океана.

Палеонтологи, изучающие керны тонкозернистых осадков из глубоководных частей океана, довольно легко идентифицируют границу мел — третичный период. Она отмечается очень резким снижением содержания ископаемых остатков планктона, особенно мелких организмов, которые живут в приповерхностных водах и образуют свои раковинки из карбоната кальция. Выше границы эти животные постепенно восстанавливают свое преобладание, но состав видов уже большей частью другой. Во многих регионах эта граница распознается по присутствию тонкого слоя граничной глины, почти лишенной карбоната кальция, но переслаивающейся с мощными толщами более молодого и более древнего известняка. Насколько можно установить, эта закономерность исчезновения планктона является глобальной, и переход от обильной выработки известковых раковинок к фактически нулевой был глобальным и быстрым. Верхняя, освещенная солнцем часть океанов, в которой обитал планктон, подверглась, очевидно, какому-то сильному воздействию, и общая биологическая активность в океанах резко упала.

На суше, помимо исчезновения динозавров, происходили и другие изменения. Одно, которое можно даже связать с исчезновением динозавров, произошло в растительном царстве. Большая часть данных из этого времени происходит не от остатков самих растений, а в результате изучения цветочной пыльцы или спор.

Страдающие от сенной лихорадки, возможно, и не согласятся со мной, но пыльца оказывается весьма полезной не только для растений, но и для людей. Вырабатываемая семенными растениями, она отличается широким разнообразием различаемых форм. Ее крошечные зернышки с помощью ветра и животных переносятся на большие расстояния от источника. Они, кроме того, обладают довольно высокой прочностью, которая предохраняет их от разрушения. Они накапливаются в медленно отлагающихся осадках озер или мелководных внутренних морей, сохраняя для нас непрерывную и часто удивительно полную запись о флоре семенных растений окружающей местности. В западной части Северной Америки эта запись была подробно изучена; вблизи от границы мел — третичный период она обнаруживает очень резкие изменения, которые дают нам ценную информацию о состоянии мира в конце мела.

Наиболее явной особенностью пыльцевой летописи является крутое падение относительного содержания пыльцевых зерен сравнительно со спорами, притом прямо на границе мела и третичного периода. Споры образуются папоротниками; это изменение показывает, что в данный момент произошла внезапная гибель семенных растений, которая сопровождалась увеличением количества папоротников. Даже в наши дни папоротники быстро захватывают районы, где по той или иной причине были истреблены семенные растения, только чтобы потом снова уступить дорогу более «высокоразвитым» растениям, расположенным выше на более длинной временной шкале. В начале третичного периода пыльцевая летопись снова обнаруживает постепенное увеличение содержания пыльцы по сравнению со спорами по мере того, как семенные растения оправляются от последствий кризиса на границе мел — третичный период. Точное время, в течение которого произошло это восстановление, неизвестно, но похоже, что в геологических масштабах оно было невелико. Некоторые из семенных растений мелового периода так и не сохранились, оказавшись жертвами вымирания, но все же за относительно короткое время общее содержание пыльцы в осадках снова достигло прежних уровней.

Интересным аспектом этой летописи является тот факт, что резкость падения содержания пыльцы была, по-видимому, гораздо большей на юге, чем на севере. Многими палеонтологами это было интерпретировано как признак общего похолодания климата: северные виды, уже приспособившиеся к холоду, пострадали меньше. Вымирания среди планктонных организмов в океанах следуют той же закономерности — тропические формы обнаруживают признаки более сильных вымираний, чем те, которые жили в умеренно теплых водах.

Связь между микроскопическими зернышками пыльцы и гигантскими рептилиями определяется тем, что самые большие динозавры были травоядными и зависели в своем питании от растений. Резкое уменьшение количества и разнообразия семенных растений должно было сделать их жизнь очень тяжелой; то же относится и к хищникам, которые питались ими. Тем не менее вопросы причинно-следственных связей, связанных с вымираниями на границе мела и третичного периода, все еще являются предметом яростных споров. Стали ли и семенные растения и динозавры одновременно жертвой глобального катаклизма, вроде столкновения Земли с астероидом, или же сначала пострадали растения, оборвав пищевую цепь? Было ли столкновение причиной похолодания климата, подтверждаемого закономерностями вымирания как на суше, так и в морях, или эта общая тенденция является результатом вулканических излияний в Индии, а может, здесь действовала какая-то более банальная причина? На такие вопросы трудно ответить, но с поступлением все новой обильной и подробной информации, получаемой сейчас в результате исследования осадков того времени, в которых записаны события на границе мела и третичного периода, мы сможем в конце концов прийти к однозначному решению.

Стоит отметить, что хотя мы не раз подчеркивали внезапность вымираний на границе мела и третичного периода, в отношении которой есть неопровержимые доказательства, все же кажется, что некоторые виды, включая некоторых динозавров, находились в упадке уже значительное время перед этой границей. Для этих видов ископаемая летопись показывает, что их численность постепенно сокращалась, а их географическое распространение уменьшалось. Но как бы это ни казалось невероятным со статистической точки зрения, многие палеонтологи пришли к убеждению, что некое крупное событие на границе мела и третичного периода, вероятно, столкновение с астероидом, нанесло последний смертельный удар многим видам, жившим в мире, который сам испытывал уже значительный биологический стресс.

Если действительно был нанесен финальный, в геологическом смысле мгновенный удар, который закончил меловой период, то весьма вероятно, что это произошло либо в результате столкновения Земли с астероидом, либо по причине мощного вулканизма, связанного с излиянием деканских траппов. Конечно, все последние исследования по точной датировке как излияний, так и столкновения дают значения возраста, практически совпадающие с временем биологических вымираний. Поэтому вполне возможно, что оба эти события сыграли свою роль в вымираниях. Некоторые из предсказанных последствий крупного столкновения — глобальные облака пыли, кислотные дожди, гигантские океанские волны, пожары — уже были описаны, и данные геологической летописи показывают, что все эти явления происходили на границе мела и третичного периода.

Кратер Чикхулуб на Юкатане имеет в точности тот же возраст, что и граница мел — третичный период. Эта ныне погребенная структура очень велика и является свидетельством больших размеров — вероятно, около 20 километров в диаметре или больше — того объекта, который столкнулся с Землей. Но особенно интересным аспектом этого кратера является то, что он был вырыт, по крайней мере частично, в осадочных породах, состоящих из известняка и гипса — СаСO3 и CaSO4. Сильнейшее нагревание этих материалов в момент столкновения должно было вызвать их химическое разложение, выбросив в атмосферу огромные количества окислов серы, а также углекислого газа. Хорошо известно, что выброс в атмосферу SO2 из промышленных источников и вулканов вызывает образование в атмосфере аэрозолей (крохотных взвешенных в воздухе капелек раствора SO2 в воде). Когда их становится много, такие капельки аэрозолей создают в воздухе легкий туман, или дымку, которая частично задерживает падающие на Землю солнечные лучи и охлаждает ее. Этот эффект был прекрасно продемонстрирован, хотя и в гораздо меньшем масштабе, чем это было на границе мела и третичного периода, небольшим, но вполне измеримым уменьшением средней температуры Земли, которое последовало за выбросом большого количества серы во время извержения вулкана Пинатубо на Филиппинских островах в 1991 году. Более холодные температуры (около 0,5 градуса Цельсия) были отмечены в течение последующих приблизительно двух лет, после чего они снова возросли до предшествующих значений. Расчеты показывают, что выброс серы в результате падения метеорита при образовании кратера Чикхулуб мог вызвать понижение интенсивности солнечного излучения, достигающего земной поверхности, на 10-20 процентов. И если бы в это же время происходили обильные излияния лав в Декане, выбросив в атмосферу дополнительные количества SO2, то общее понижение температуры могло быть еще более значительным. Если принять во внимание, что столкновение должно было поднять глобальное пылевое облако, то кажется очень вероятным, что на Земле тогда царил сумрак и было значительно холоднее, чем сейчас, по крайней мере в течение нескольких лет после столкновения. Более того, при соединении SO2 с водой образуется серная кислота. Частички атмосферных аэрозолей должны были быть очень кислыми, и по мере того, как они постепенно удалялись из атмосферы в результате осаждения, должны были вызвать окисляющие, кислотные дожди. Все одно к одному, так что конец мелового периода был поистине неприятным временем.

За исключением нескольких случаев, массовые вымирания происходили в каждом геологическом периоде, начиная с кембрийского. Мы довольно подробно рассмотрели два из них, самых крупных. Это были главные вымирания, выделенные первыми геологами, когда они еще грубо разделили геологическое время при создании шкалы, ибо на этих вымираниях основывалось выделение границ между палеозоем и мезозоем и между мезозоем и кайнозоем. Мы также рассмотрели, хотя и не так подробно, массовое вымирание, которое произошло в конце докембрия, уничтожив загадочную Эдиакаранскую фауну. Есть ли нечто общее в этих внезапных и резких перерывах развития жизни на Земле? В данное время ответом на этот вопрос будет, видимо, квалифицированное «нет». Квалифицированное, поскольку вполне возможно показать влияние изменений климата практически на все эти вымирания, хотя детали этих изменений не обязательно одинаковы во всех случаях. Действительно, граница между мелом и третичным периодом представляется уникальной в том смысле, что ни одна из других границ, основывающихся на массовых вымираниях, не дает однозначных признаков столкновения. Может быть, одним из самых интригующих совпадений, если это действительно совпадение, является тот факт, что два самых крупных вымирания в течение фанерозоя — на границах перми и триаса, мела и третичного периода — совпадают, каждое с крупнейшим эпизодом континентального вулканизма. Излияния базальта на континенты, подобные сибирским и деканским траппам, сравнительно редки в геологической истории, и тем не менее два таких особенно значительных эпизода совпадают с двумя самыми крупными массовыми вымираниями. Есть ли между ними отношения причины и следствия? Хотя некоторые геологи доказывают, что это именно так, еще слишком рано выносить окончательное суждение. Не все эпизоды с излиянием базальтов достаточно точно датированы, чтобы провести убедительный анализ их возможных соответствий. Более того, хотя всегда возможно, что пропущен какой-нибудь неизвестный фактор, кажется невозможным, чтобы последствия даже очень широкого и мощного вулканизма (главным образом, выброс в атмосферу углекислого газа и SO2) были настолько суровыми или быстрыми, чтобы сами по себе могли привести к массовым, глобальным вымираниям.

Главные события кайнозоя. Время — в миллионах лет назад.

Обратите внимание, что характер изменения уровня моря в плейстоцене сильно упрощен: на самом деле на протяжении последних нескольких миллионов лет происходили многочисленные флуктуации уровня моря, о чем рассказывается в главе 12.