Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом - Хелфанд Дэвид
Другие климатические «посредники»
Годичные кольца деревьев и ледяные керны – далеко не единственные источники сведений о климате далеких эпох. Годовыми слоями обладают и коралловые рифы – вот к кому прекрасно подходит фраза «ты есть то, что ты ешь»! В них остаются изотопные следы, свидетельствующие о температуре океана, об элементах, возникших под действием космических лучей, и о химическом составе воды, в которой они растут. Есть еще фораминиферы40, одноклеточные организмы, заключенные в крошечные раковины из кальцита (CaCO3). Их формы и размеры необычайно многообразны, а состав их популяций очень чувствителен к температуре и кислотности океана. Когда они умирают и падают на дно, то накапливаются слоями, как и лед, а керны, пробуренные и извлеченные со дна океана, предоставляют нам непрерывную летопись, в которой зафиксированы температура поверхности моря и химический состав океана. Черви и другие существа, обитающие в океанских глубинах, немного портят годовые слои, но радиоуглеродное датирование позволяет устанавливать точный возраст на протяжении по крайней мере 50 000 лет. Соотношение 18O/16O в раковинах повторяет картину, обратную тому же соотношению во льду, поскольку чем ниже температура, тем меньше тяжелого изотопа испаряется и тем больше его остается в океане, – иными словами, поэтому чем холоднее, тем больше 18O в раковинах и тем меньше 18O во льду41.
Океанские керны могут раскрыть перед нами страницы исторической хроники в сто с лишним раз более долгой, чем самые глубокие ледяные керны. Недавно ученые из Японии извлекли из океана, с глубины почти в 6 км, образец керна длиной 75 метров, в котором содержалось вещество возрастом примерно в 100 миллионов лет. Они нашли в отложениях множество видов бактерий и, накормив их обедом, увидели, как те начали расти и делиться – конечно, это не совсем «Парк Юрского периода», но все-таки это живые существа из той же эпохи, ожившие в наше время42.
Мы можем расширить климатическую летопись, хотя и гораздо более приближенно, до момента возникновения жизни на Земле, произошедшего 3,9 миллиарда лет назад (см. гл. 13). В истории Земли было много ледниковых периодов или, возможно, правильнее сказать, – ледниковых эр, перемежаемых долгими периодами, когда на планете вообще не было никакого льда. Антарктида покрылась льдом примерно 34 миллиона лет назад, хотя обширные ледники в Северном полушарии появились всего 3 миллиона лет назад. До образования нынешнего антарктического ледяного щита Земля была свободна ото льда на протяжении 200 с лишним миллионов лет. Одно из самых сильных оледенений произошло в период, охватывающий время от 720 до 635 миллионов лет назад, когда Земля превратилась в гигантский снежный ком, почти полностью покрытый льдом. За этим последовал теплый период, продолжавшийся почти 200 миллионов лет, – именно в нем, кстати, случился кембрийский взрыв (540 миллионов лет назад), после которого многоклеточная жизнь стала обычным явлением и впервые вышла на сушу. Эти длительные колебания климата были вызваны в первую очередь тектоникой плит – движением континентов, которые сталкивались и снова распадались, плавая в вязкой жидкой мантии Земли.
Как описано выше, действие орбитальных периодов Земли проявляется медленно, на временных масштабах от десятков до сотен тысяч лет. И для того, чтобы полностью осмыслить множество самых разных факторов, отвечающих за климат нашей планеты, и тем самым увериться в нашей способности предсказывать ее будущее, нам нужны еще более продолжительные климатические летописи. Наши атомные историки, найденные в годичных кольцах, ледяных кернах, коралловых рифах и океанских отложениях, дают нам заглянуть в хронику минувших времен, задолго до появления первых homo sapiens. Сам наш вид возник как сила природы, и наша совокупная деятельность меняет климат с беспрецедентной скоростью. И именно здесь важно подчеркнуть, насколько важна роль палеоклиматической летописи, которая позволяет нам оценить и, возможно, даже смягчить наше воздействие – и, таким образом, сделать наше собственное будущее не столь неопределенным.
Глава 12
Гибель динозавров: атомный взгляд
В главе 11 мы привлекли особое внимание к тому, что беспрецедентны не масштабы нынешних изменений температуры Земли, не протяженность ее ледниковых щитов и не химический состав ее атмосферы. Скорость, с которой происходят перемены, – вот что поражает и тревожит, ведь то, что прежде занимало десятки тысячелетий, теперь совершается за десятки лет. Однако даже это стремительное изменение не уникально в истории Земли. Впрочем, в последний раз, когда произошло нечто подобное, существа, преобладавшие на планете в то время, не просто обеспокоились – событие, о котором мы будем говорить, ознаменовало их гибель.
Шестьдесят шесть миллионов лет назад астероид диаметром 10 км упал недалеко от побережья полуострова Юкатан в Мексике. Последствия этого удара уничтожили 75 % жизни на суше и в океанах по всей планете – от диатомовых водорослей до динозавров. Как всегда, мы можем обратиться к нашим атомным историкам, чтобы точно датировать это событие и выявить, к чему оно привело, начиная с нескольких минут после столкновения и заканчивая последствиями, которые проявились лишь многие тысячелетия спустя.
История жизни на Земле
В 1860 году, через год после публикации книги Чарлза Дарвина «Происхождение видов», Джон Филлипс, профессор Оксфорда и президент Лондонского геологического общества, прославившийся тем, что представил первую геологическую хронологию, в которой соотносились окаменелости и слои горных пород, опубликовал книгу под названием «Жизнь на Земле: ее происхождение и преемственность» (Life on the Earth: Its Origin and Succession). Изучая морские окаменелости, он пришел к выводу, что в геологической летописи проходит граница между мезозойской и кайнозойской эрами, – между периодами, которые мы сегодня называем меловым и палеогеновым, – и показал, что несколько родов1, которые были многочисленными до конца мезозойской эры, впоследствии полностью исчезли из летописи окаменелостей2.
В последующее столетие количество и разнообразие окаменелостей, собранных по всему миру, быстро возрастало, и вскоре был признан тот факт, что часто целые семейства родственных видов, живших в одну эпоху, внезапно исчезали в следующую. Эти вымирания отмечали историю жизни с того самого момента, как 540 миллионов лет, после кембрийского взрыва, произошел расцвет многоклеточных организмов. Хотя о точном числе таких событий спорят по сей день, ученые согласны с тем, что пять из них можно квалифицировать как «массовые вымирания» – иными словами, такие этапы в истории жизни, когда по крайней мере половина всех существующих видов исчезает в геологический момент (длящийся менее нескольких миллионов лет). Эти катастрофы произошли примерно 445, 370, 250, 201 и 66 миллионов лет назад.
Потенциальные причины массового вымирания многочисленны и широко обсуждаются. В качестве причин называют как засвидетельствованные геологические события, происходившие на Земле, – плато-базальты (см. ниже), глобальное похолодание и потепление, резкие изменения уровня моря, вызванные ледниковыми периодами или тектоникой плит, а также инверсии геомагнитного поля (глава 8), – так и астрономические причины, такие как столкновение с астероидом или кометой и взрывы ближайших звезд. Третий комплекс вариантов предполагает перенаселение и чрезмерное потребление, устроенное каким-либо видом. Некоторые утверждают, что в настоящее время мы переживаем шестое массовое вымирание, вызванное одним из таких видов – а именно нами самими3.
Самое недавнее вымирание (если исключить нынешнее) – это вымирание, впервые выявленное Филлипсом, которое, как мы теперь установили, произошло 66 миллионов лет назад (см. ниже). Оно привело к внезапному исчезновению всех нептичьих динозавров, властвовавших на планете более 200 миллионов лет, а вместе с ними пропали 75 % всех других видов растений и животных. В летописи окаменелостей эта точка названа границей мелового и палеогенового периодов (K-Pg), по названию двух геологических эпох, для которых она служит разделительной линией4. Как и в случае с другими массовыми вымираниями, причина этой радикальной трансформации жизни на Земле остается предметом многочисленных споров. Но исследование, начатое в конце 1970-х годов молодым геологом из Беркли, привело к появлению поразительной гипотезы, получившей широкое признание в наши дни, после сорока лет сосредоточенных усилий. Она гласит, что динозавры погибли в результате удара астероида о Землю – и наши историки-атомы позволяют подробно воссоздать это космическое столкновение и его последствия.
