Оледенение Антарктиды, или Что считать катастрофами в истории Земли

Были ли великие катастрофы.
Примитивные организмы усложнялись, пока, через длинную вереницу предков, не возник наконец человек. Постепенно заполнялись пробелы в геологической летописи, и стройная картина развития Земли была уже близка к завершению. Казалось, что сбывается предвидение основоположника научной геологии Чарлза Лайеля, сделанное еще в 1830 году: «Порядок в природе, с самых ранних периодов, был однообразен в том смысле, в каком мы считаем его однообразным и теперь, и надеемся, что он останется таковым и на будущее время».
И все-таки катастрофы были!
признаки резких изменений отмечались одновременно в пределах всей Земли. На протяжении последнего миллиарда лет наибольшее значение имели четыре великие катастрофы - 650, 230, 65 и 35 миллионов лет назад.
Первая из них была связана с самым большим в истории Земли оледенением. Его следы найдены на всех материках, кроме Антарктиды, которая и теперь покрыта ледниками и ПОЭТОМУ плохо изучена. Есть признаки оледенения и в экваториальных районах. Могут возразить - материки движутся, и те районы, которые сейчас находятся на экваторе, когда-то были вблизи полюсов. Но теперь научились определять широту древних материков. Оказалось, что Шотландия и Белоруссия, где обнаружены ледниковые отложения с возрастом около 650 миллионов лет, в то время находились на экваторе. Значит, ледники тогда доходили до экватора. До этого Солнце давало тепла на несколько процентов меньше, чем теперь. Но в атмосфере было гораздо больше углекислого газа, и парниковый эффект согревал Землю. В океанах появились растения (сине-зеленые, а потом и «настоящие» водоросли), они потребляли и разлагали углекислый газ, и «съев собственное одеяло», довели Землю до почти полного оледенения. В результате многие водоросли вымерли, и «одеяло» постепенно восстановилось.
Вторая катастрофа произошла 230 миллионов лет назад, вскоре после еще одного крупного оледенения. Оно не было всемирным и охватывало только полярные и часть умеренных широт Южного полушария. С оледенениями, как теперь доказано, связана засушливость климата. Вода океанов поступала в огромные заливы, окруженные пустынями, и испарялась в них. Соли выпадали в осадок. Один из таких заливов находился на востоке Восточно-Европейской равнины. Соль уходила из океана, вода же в ходе своего великого круговорота возвращалась в него. В результате соленость вод океана сильно понизилась. Не все морские организмы смогли пережить это. По некоторым данным, вымерло 97 процентов организмов, обитавших до этого в морях и океанах. Наземной фауны и флоры катастрофа не коснулась.
Шестьдесят пять миллионов лет назад произошло самое загадочное событие в геологической истории. Внезапно вымерли динозавры и другие гигантские рептилии, господствовавшие до этого более ста миллионов лет. Вместе с ними вымерли заселявшие моря аммониты, белемниты и многие виды микроскопических организмов. Предложены десятки гипотез, объясняющих вымирание, но среди них нет ни одной, которая была бы убедительной, с точки зрения всех или хотя бы большинства исследователей. Теорию вымирания динозавров еще предстоит создать.
В мезозое, когда жили динозавры, на всей Земле господствовал теплый климат. Вода на поверхности океанов в полярных районах имела температуру 15, а иногда и 18 градусов. Примерно такие же условия господствовали и в начале кайнозоя - «века млекопитающих» - до 35 миллионов лет назад. Но потом очень быстро, почти мгновенно (в масштабах геологического времени это «мгновенье» длилось около ста тысяч лет) температура повсюду снизилась на несколько градусов. В тропиках стало холоднее, чем теперь, а в умеренных и полярных широтах после похолодания температура была все-таки гораздо выше современной.

Причины похолодания
До недавнего времени об изменениях температуры судили главным образом по остаткам животных и растений. На похолодание указывало вымирание теплолюбивых видов. Но всегда можно было сказать, что в прошлом организмы жили в иных условиях, чем теперь, а вымирание связано не с похолоданием, а с чем-нибудь другим. Теперь найдены «термометры», которые позволяют более объективно судить об условиях прошлого. Определяют изотопный состав кислорода, входящего в состав древних организмов. Кроме наиболее распространенного изотопа с атомным весом 16, существует еще изотоп с атомным весом 18 - так называемый тяжелый кислород. Но в остатках древних организмов содержание тяжелого кислорода меняется в зависимости от температуры воды, в которой они обитали. Кислородный термометр показал, что около 35 миллионов лет назад произошло именно похолодание, а не какое-либо другсз изменение среды обитания.
Что было причиной похолодания? Существует множество гипотез. Первая из них - гипотеза об уменьшении светимости Солнца. Но астрофизики против - ни Солнце, ни похожие на него звезды не могут резко изменить светимость. Она не уменьшается, а очень медленно и постепенно растет - примерно на один процент за 100 миллионов лет. Некоторые ботаники предположили, что внезапно изменился наклон земной оси. Специалисты по небесной механике отказываются даже обсуждать такую гипотезу, она кажется им совершенно нелепой.
Нельзя ли объяснить похолодание тем, что «прохудилось одеяло» Земли - уменьшился парниковый эффект ее атмосферы? Для этого в ней должно было уменьшиться содержание углекислого газа. Оно зависит от того, как быстро потребляют углекислый газ растения. Чем пышнее растительность, тем выше фотосинтез и тем меньше содержание СО в атмосфере. Но при похолодании растительность становится менее пышной, и содержание углекислоты в воздухе растет. Парниковый эффект сдерживает похолодание, вызванное другими причинами.
Может быть, Земля «переоделась» в другую, более светлую одежду? Ведь и мы, чтобы спастись от жары, переодеваемся в белое. Белые поверхности отражают солнечные лучи. Чтобы Земля приобрела большую белизну, должны появиться обширные ледники, морские льды и снежные поля. Они появляются только при низких температурах. Увеличение альбедо (отражательной, способности) может поддерживать похолодание, но не может быть его причиной.
До 35 миллионов лет назад снега и льда, вероятно, не было нигде, кроме высоких гор. Но полярные широты получали столько же солнечного тепла, сколько они получают его теперь. Откуда же бралось дополнительное тепло? Зимой льды бывают в Азовском море, но юго-западная часть Баренцева моря никогда не замерзает. Это объясняется тем, что к северным берегам Европы подходит теплое течение. Может быть, 40-50 миллионов лет назад оно было более мощным? Увы, и это объяснение не подходит. Когда-то между Скандинавией и Гренландией вообще не было моря. Пятьдесят пять миллионов лет назад они стали медленно отодвигаться друг от друга, и только около 30 миллионов лет назад установилось глубоководное сообщение между Норвежско-Гренландским и Полярным бассейнами. Моря, через которое мог бы течь древний Гольфстрим, не было!
Океаны и атмосфера Земли образуют единую климатическую машину. Расположение материков Северного полушария не создавало условий для теплого климата Арктики. Но положение спасало Южное полушарие. Австралия тогда находилась гораздо южнее и образовывала единый материк с Антарктидой. С ним соединялась Южная Америка - пролива Дрейка не было. В таких условиях теплые течения, вызванные восточными ветрами в субтропических широтах, поворачивали на юг вдоль восточных берегов Южной Америки и Австралии и достигали Антарктиды. В ее пределах господствовал довольно теплый климат и росли леса из южного бука. Именно через Антарктиду из Америки в Австралию проникли сумчатые, многие представители растительного мира и даже пресноводные ракообразные. Два огромных водоворота в Южном полушарии - один в Тихом, а другой в Атлантическом и Индийском океанах - утепляли умеренные и полярные широты. Тепла было так много, что его хватало и на обогрев Северного полушария.
55 миллионов лет назад Австралия стала медленно отодвигаться к северу. Но между ней и Антарктидой еще долго существовал перешеек, а потом пролив был узким и неглубоким. Только 35 миллионов лет назад южнее Австралии возникло мощное океаническое течение, подгоняемое западными ветрами. Это в корне изменило климатические условия всей Земли. Два водоворота Южного полушария слились в один. Теперь от юго-восточных берегов Южной Америки (все еще связанной с Антарктидой) воды океана совершали почти кругосветное путешествие вблизи берегов Антарктиды, юго-западных берегов Южной Америки и поворачивали на север. Далее вдоль экватора их гнали уже восточные ветры. Через широкий и глубокий пролив между Австралией (хотя она и отодвинулась от Антарктиды, но находилась гораздо южнее, чем теперь) и Юго-Восточной Азией течение проникало в Индийский океан, потом поворачивало на юг и... цикл повторялся.

Ледники покрывают Антарктиду
На далеком и холодном юге за время долгого пути воды успевали сильно охладиться. Потом охлажденные воды проникали в тропические широты и охлаждали также и их. Похолодание вызвало рост ледников в Восточной Антарктиде. Названия Восточная и Западная Антарктида условны. В сущности любая часть этого материка будет северной по отношению к Южному полюсу. Но европейские путешественники обычно шли к Антарктиде через Атлантический океан. Для них ее более изрезанная часть, примыкающая к Южной Америке, находилась на западе, а основная, более массивная часть - на востоке. Если мысленно снять современный ледяной покров, то Западная Антарктида превратится в архипелаг островов, Восточная же все-таки останется материком.
Для роста ледников нужно, чтобы снег, выпадающий за зиму, не успевал растаять летом. Снега становится все больше и больше, постепенно он под тяжестью вышележащих слоев превращается в лед. Накопившись большими массами, лед начинает течь, подобно лаве (но гораздо медленнее). В горных долинах движутся потоки льда, на равнине же образуются огромные ледниковые щиты и купола с относительно крутыми краями и плоской серединой, похожие на караваи. Эта аналогия не случайна - ведь тесто приобретает форму каравая по тем же гидромеханическим законам, по которым лед приобретает форму купола. И тесто, и лед можно рассматривать как очень вязкие жидкости.
В центре Восточной Антарктиды находятся горы Гамбурцева. Теперь они погребены подо льдом. Горы удалось обнаружить, измерив толщину ледника.
На вершинах гор Гамбурцева ледники могли возникнуть еще до начала похолодания. Когда температура снизилась, ледники заняли уже весь горный массив. Над ним образовалась холодная воздушная масса, которая охлаждала окружающую местность. Чем больше становились ледники, тем лучше были условия для их дальнейшего роста. Очень быстро (конечно, в геологическом смысле), всего за несколько десятков тысяч лет, ледники заняли всю Восточную Антарктиду и достигли ее берегов. Но они почти нигде не спускались в море и почти не порождали айсбергов.
Появление ледникового щита площадью 10 миллионов квадратных километров оказало огромное влияние на климат и многократно усилило первоначальное похолодание. Льдом было покрыто семь процентов всей поверхности суши. Начал выпадать снег, появились морские льды. Огромные белые поверхности отражали солнечные лучи. В результате на всей Земле стало холоднее - не только в Южном, но и в Северном полушарии. Похолодание сопровождалось усилением засушливости - именно в это время образовалась пустыня Сахара.
Рост ледников вызвал также снижение уровня океана. С его поверхности постоянно испаряется вода, но столь же постоянно она возвращается обратно - та влага, которая переносится воздушными течениями на сушу, потом по рекам снова стекает в океан. Но когда растут ледники, снег, выпадающий на них, не возвращается в океан, а идет на строительство ледников: объем воды, связанной в ледниках, как бы вычитается из объема океана. 35 миллионов лет назад уровень океана упал примерно на шестьдесят метров. В результате обширные мелководья превратились в сушу. Море ушло с большей части Восточно-Европейской равнины и из Западной Сибири.
Резко изменилась растительность. До начала похолодания пальмы росли вплоть до побережья Карского и Охотского морей. Когда стало холоднее, они сохранились только в южной части Восточно-Европейской равнины, в Средней Азии и в районе Владивостока.
Но самые важные изменения претерпел животный мир. До 35 миллионов лет назад были широко распространены многобугорчатые - мелкие зверьки, похожие на грызунов, но имевшие совершенно иное внутреннее строение. Они вымерли, и им на смену пришли грызуны. Вымерли древние хищники и древние копытные, вместо них началось развитие современных хищников и копытных. Огромное значение имеют изменения в отряде приматов. До 35 миллионов лет назад были распространены только лемуры и долгопяты - низшие приматы. Теперь лемуры встречаются на Мадагаскаре, в остальной же тропической зоне большая их часть вымерла с началом похолодания. На смену лемурам пришли обезьяны.
Итак, основные черты окружающей нас природы сложились 35 миллионов лет назад в результате начала оледенения Восточной Антарктиды. Оледенение было причиной, но не было первопричиной. Все, как мы уже знаем, началось с разделения Австралии и Антарктиды и перемещения Австралии к северу.

Долгий путь природы Земли
35 миллионов лет назад возникли только основные черты современной природы, но она еще была не очень похожа на то, что мы наблюдаем сегодня. Земле предстоял долгий и сложный путь. Движение Австралии к северу продолжалось; около 20 миллионов лет назад закрылся глубоководный пролив, отделявший ее от Юго-Восточной Азии (мелководные проливы там существуют и теперь). Экваториальное течение Тихого океана, до этого проникавшее в Индийский океан, повернуло на юг вдоль берегов Австралии и стало обогревать умеренные широты Южного полушария. На севере установилось наконец глубоководное сообщение между Норвежско-Гренландским и Полярным бассейном, и в него проникли теплые воды. И на севере, и на крайнем юге произошло потепление.
Увы, оно было недолгим. 25 миллионов лет назад от Антарктиды начала отодвигаться Южная Америка. 12-14 миллионов лет назад пролив между ними стал уже достаточно широким и глубоким. Через пролив Дрейка стало проходить Южное круговое течение, опоясывающее Антарктиду. Вновь резко уменьшился водообмен между тропическими и умеренными широтами Южного полушария. В полярных широтах похолодало, в тропиках же стало теплее - туда уже не попадали холодные воды с юга. Именно тогда возникли современные климатические контрасты, когда в одних местах страдают от жары, а в других - от холодов. Ледники Антарктики увеличились - они заняли также Западную Антарктиду.
Похолодание в умеренных широтах вызвало усиление засушливости. Именно тогда, около 12 миллионов лет назад, возникли степи на юге Восточно-Европейской равнины. По степям Евразии и саваннам Африки бродили стада гиппарионов - трехпалых родственников лошадей, переселившихся из Америки по сухопутному «мосту», существовавшему на месте современного Берингова пролива. На юге Азии и в Африке распространились рамапитеки, которых можно считать нашими прямыми предками. Их рост был невелик - примерно метр, но они уже ходили на двух ногах.
Около трех миллионов лет назад ледниковые щиты появились в Северном полушарии. Они покрыли Гренландию, Исландию и сушу, которая была на месте Баренцева моря.С новым похолоданием и усилением засушливости связано возникновение новых родов животных - слонов, быков и лошадей. В Восточной Африке австралопитеки (потомки рамапитеков) стали охотиться, применяя первые каменные орудия,- они превратились в людей.
Около миллиона лет назад оледенение охватило умеренные широты Северного полушария. У края ледника господствовали очень холодные и сухие степи, в них паслись мамонты и волосатые носороги. Ледники то наступали, то отступали вновь. На один из периодов наименьшего развития ледников падает наше время.
Не приведет ли признание резких изменений к каким-нибудь неверным выводам? Ведь в начале XIX века некоторые считали, что после каждой катастрофы следует новый «акт божественного творения». Сам автор «теории катастроф» Жорж Кювье не писал ничего подобного. По его мнению, опустевший материк заселяли животные, пришедшие из других мест. Как они появились там, Кювье не уточнял. О «божественном творении» писали некоторые ученики Кювье, стремившиеся согласовать его взгляды с религиозной идеологией.
Как же обстоит дело сегодня, когда в справедливости эволюционной теории никто уже на сомневается? Теперь доказано, что многие организмы, внезапно появившиеся после катастрофы, в действительности существовали и до нее, но были очень редкими или встречались только в отдельных ограниченных районах. Когда погибали «хозяева Земли», прежние парии выходили на авансцену геологической истории. Они быстро размножались, широко расселялись и становились новыми хозяевами Земли. На первых порах не было организмов, которые могли бы освоить все пригодные для жизни условия. Это давало толчок к быстрой эволюции.
Обезьяны, например, существовали до последней катастрофы, но были гораздо менее распространены, чем лемуры. Не исключено, что, если бы теплый и влажный климат сохранился, лемуры господствовали бы и теперь. На одном из докладов, сделанных мною в Москве, был задан вопрос: «Если бы не началось оледенение Антарктиды, то мы жили бы среди субтропических лесов?» Пришлось дать такой ответ: «Здесь действительно были бы субтропические леса, но в них жили бы не мы, а лемуры с огромными глазами». Похолодание во много раз увеличило скорость эволюции. Великие катастрофы - это в сущности революции в развитии органического мира. Без них он развивался бы гораздо медленнее.
В связи с этим вспоминаются слова великого английского естествоиспытателя XVII века Вильяма Гарвея: «Не хвалить, не порицать - все трудились хорошо». Когда-то сторонники Жоржа Кювье и Чарлза Лайеля ожесточенно спорили между собой. Теперь же ясно, что были правы и те, и другие. И медленное и постепенное развитие, и катастрофы объясняются естественными причинами.
Последняя великая «катастрофа» связана с началом оледенения Антарктиды. Не случится ли новая катастрофа, если потепление, вызванное деятельностью человека, приведет к таянию ледников и подъему уровня океана на 70 метров? Взгляд в прошлое показывает, что «всемирного потопа» не будет. Ведь 20-30 миллионов лет назад объем ледников был уже близок к современному. В то время в умеренных и полярных широтах господствовал довольно теплый климат. Ледниковый щит Восточной Антарктиды подтаивал по краям, но не уменьшался в размерах - на его поверхность выпадало гораздо больше снега, чем теперь.
По моему мнению, предстоящее потепление также приведет к обильным снегопадам. Крупнейшие ледниковые щиты могут в результате этого даже увеличить свою толщину. Они будут давать меньше айсбергов и немного подтаивать по краям, но не уменьшатся в объеме до тех пор, пока объем таяния не превысит объема снеговой воды, ежегодно получаемой ледниками. Чтобы это случилось, нужно потепление на 10-12 градусов. Только после этого ледники Антарктиды начнут распадаться, а уровень океана расти. Но о таком потеплении в обозримом будущем речи не идет. При меньшем потеплении уровень океана может даже немного снизиться в результате увеличения толщины антарктических ледников.
От обезьян, широко распространившихся 35 миллионов лет назад, произошел Homo sapiens, человек разумный. Если человечество оправдает это высокое звание и будет действовать разумно, последняя великая «катастрофа» не превратится, действительно, в катастрофу.

Д. Квасов, доктор географических наук