Живущие на поверхности Земли люди настолько активно вмешиваются в жизнь ее коры, что, кажется, пришло время выделить эту активность в отдельную геологическую эпоху. Но возможно и обратное — когда тектоника меняет ход биосферных событий. О том, как цивилизация влияет на твердь под нашими ногами, а та, в свою очередь, на все живое, — в отрывке из книги «Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир» палеонтолога Андрея Журавлева, номинанта премии «Просветитель» этого года.

Грядущий антропоцен

Названия эр имеют общий греческий корень ζωή (жизнь). Их можно перевести как «средняя» (μέσος) и «новая» (καινός) жизнь. Мезозойские периоды получили имена по области распространения пород, где они были описаны (горы Юра — часть Альпийского пояса на границе Швейцарии и Франции), или по наиболее характерным признакам. Так, трехчастное (красные песчаники — белые известняки — красные песчаники) строение отложений в Южной Германии дало название триасовому периоду (нем. Trias — троичность, триада), а толщи писчего мела в Парижском бассейне и на большей части Европы — меловому. Названия периодов кайнозойской эры произведены от греческих корней παλαιός (древний), νέος (новый) и γένος (род, происхождение). Эти подразделения, установленные в XIX в., призваны были отразить приближение морских фаун по своему составу и облику к современности: от древних к новым. Эта же традиция соблюдена в названиях кайнозойских эпох — от палеоценовой до голоценовой, в отличие от палеозойских и мезозойских, где используются географические названия. А нынешнее наименование четвертичного периода (это пережиток прошлого) сохранилось с середины XVIII столетия, когда итальянский горный инженер Джованни Ардуино разделил геологические породы на первичные, вторичные (примерно соответствовавшие палеозойской и мезозойской эратемам), третичные (палеоген и неоген) и четвертичные. Впрочем, выражение «третичный период» еще нередко употребляется геологами и палеонтологами.

В последнее время специалисты в области наук о Земле спорят о том, не пора ли выделить время существования цивилизации в новую, антропоценовую (от греч. άνθρωπος — человек), эпоху, учитывая влияние человека на атмосферу, гидросферу и литосферу. Поскольку каждое стратиграфическое подразделение фанерозойской эонотемы имеет нижнюю границу, определенную по появлению остатков тех или иных существ или следов их жизнедеятельности, т. е. ископаемых следов (как кембрийская система), в качестве даты, с которой следует отсчитывать эту эпоху, предлагается 1861 г. — начало строительства Лондонского метрополитена. Ведь это тоже своеобразные следы жизнедеятельности, изменившей мир, как изменили его кембрийские биотурбаторы, и одновременно свидетельство новой субстратной революции — промышленной, которая опять же не менее значима, чем кембрийская «агрономическая» революция. Правда, возраст мегалитических построек Карнака и Стоунхенджа, для возведения которых пришлось закладывать карьеры, насчитывает от 4000 до 7000 лет; один из первых городов — Иерихон — и того старше; настоящее наскальное искусство и хижины из мамонтовых костей датируются возрастом 30 000 — 35 000 лет; некоторые примитивные рисунки сделаны почти полмиллиона лет назад, а орудия еще на 2,5 млн лет древнее. Если же говорить о первом глобальном вмешательстве людей в судьбы планеты, то это, вероятно, участие в уничтожении мегафауны всех континентов, происходившее в той последовательности, в которой туда проникал человек разумный (от Австралии, около 50 000 лет назад, до Северной Америки и Сибири, 30 000–13 000 лет назад). Следы этого воздействия отразились даже на климате: исчезновение в обеих Америках 80% мамонтовой мегафауны, которая производила изрядные объемы метана, привело к временному похолоданию (на 9–12 ̊С) в Северном полушарии на фоне общего потепления. Считая все эти события антропоценовыми, эпоху придется растянуть на весь четвертичный период. Неслучайно ведь одно из неформальных его названий — антропоген. Однако все же именно с началом индустриальной революции люди стали реальной геологической силой: к примеру, углекислого газа ежегодно производят 5×10¹³ кг, из которых три четверти приходится на продукты сгорания ископаемого топлива, — в 100 раз больше, чем выбрасывают современные наземные вулканы (3×10¹¹ кг).

Возвращение в протерозой

Далеко не всегда вулканы были столь миролюбивы и извергали двуокись углерода в таких мизерных объемах, как ныне. Например, на рубеже пермского и триасового периодов (252 млн лет назад) на Земле случилась масштабная вулканическая катастрофа. Взорвался не один и не несколько вулканов, а почти целый континент, охватывавший Западную и Центральную Сибирь, а накануне этого события (260–258 млн лет назад) — еще и обширная вулканическая область в Южном Китае. За кратчайший, по геологическим меркам, временной промежуток (менее 800 000 лет) базальтовые излияния покрыли почти 5×10⁶ км², из недр исторглось свыше 3×10⁶ км³ пепла и лавы, в том числе примерно 8,8×10¹⁶кг двуокиси углерода (как за счет прямых вулканических выделений, так и в результате разогрева карбонатов, углей и эвапоритов при внедрении в осадочные толщи силлов — пластовых базальтовых интрузий). Содержание СО₂ в атмосфере подскочило от четырех до пяти раз, хотя его уровень и так был выше нынешнего, а температуры выросли с 20 до 35 ̊С. (Для сравнения: если человечество за текущее столетие сожжет все разведанное ископаемое топливо — нефть, газ, уголь, уровень углекислого газа поднимется всего в два-три раза.)

Столбчатая отдельность платобазальтов (высота с...

Столбчатая отдельность платобазальтов (высота столбов до 18 м, диаметр до 0,6 м); плейстоцен (170 000–165000 лет). Ущелье Гарни, Армения

Существенную роль в пограничных пермско-триасовых событиях сыграла и палеогеография планеты: к концу палеозойской эры единый суперконтинент Пангея, простиравшийся от полюса до полюса, омывался мировым океаном — Панталассой. С востока в Пангею клином врезался океан Тетис, частично отделяя европейско-сибирскую часть суперконтинента от гондванской. Жизнь Земли была сосредоточена в этом океане и на прибрежной полосе Пангеи, окаймленной горными грядами, а центральную область суши занимала обширная пустыня, где не выпадало ни капли дождя, а температуры превышали 40–45 ̊С. Поскольку Тетис с востока замыкался китайскими континентами, а других обширных мелководий из-за низкого уровня моря на планете не было (значительные объемы влаги сосредоточились в ледниковых щитах), океан превратился в гигантскую ловушку с замедленной циркуляцией вод и сероводородными (на севере) и закисными (на юге) глубинами.

Разогрев атмосферы за счет парниковых газов, поступавших с вулканическими выбросами, и своеобразных солнечных батарей в виде туч, состоявших из серных и углекислых аэрозолей, привел к подкислению и прогреву океана Тетис и высвобождению миллиардов тонн метана, до поры до времени скованных на дне ледяными кристаллами в газовых гидратах. Этот газ является самым действенным парниковым фактором, к тому же быстро окисляется, расходуя ценный кислород и превращаясь в еще один источник двуокиси углерода. Кроме того, реки и дожди смывали в океан вулканический пепел, богатый железом, марганцем и другими микроэлементами, вызывая бурное «цветение» бактериального и водорослевого планктона. Это и привело в конце концов к замору океанской величины, отразившемуся в геологической летописи в виде многометровой толщи черных, благодаря накопившемуся в них органическому веществу, сланцев. Образование сланцев, в свою очередь, происходило с выделением азота и закиси азота (поскольку в отсутствие кислорода главным окислителем органического вещества становится нитрат, а продуктами этой реакции являются вышеназванные газы), которые уходили в атмосферу.

Представленный здесь мрачный сценарий отнюдь не фантазии геологов и палеонтологов, он скорее преуменьшает, чем преувеличивает истинные масштабы явлений. Так, указанные объемы и темпы поступления углекислого газа получены исходя из площади распространения и мощности сибирских базальтов, но от них, вероятно, сохранилось не более половины. Подкисление океана вычисляется по изотопной подписи бора (¹¹В / ¹ºВ, или δ¹¹В), которая отражает фракционирование этого элемента между борат-ионом [B (OH)₄⁻] и борной кислотой [H₃BO₃]. Поскольку и организмы, и растущие кристаллы борсодержащих минералов используют легкий изотоп, океанские воды обогащаются H₃BO₃ с тяжелым изотопом, что и отражается в осадочной летописи карбонатов. Но B (OH)₄⁻ преобладает в щелочной среде (рН>8,6), и рост содержания борной кислоты выражается в отрицательном смещении изотопной подписи бора, причем каждый дополнительный 1‰ δ¹¹В соответствует понижению рН на 0,1. На пермско-триасовом рубеже за 10 000 лет показатель рН океана снизился на 0,7, а кислотность, соответственно, повысилась. Рост температуры рассчитывается разными методами, в том числе по отрицательным сдвигам изотопной подписи кислорода (δ¹⁸О) в фосфате конодонтов (отражающим таяние ледовых шапок, где накапливался более легкий изотоп этого элемента), по снижению устьичного индекса (связанного с меньшей плотностью устьиц на листовой пластине при избыточном парциальном давлении СО₂) и по обилию мостиков между редкими стабильными изотопами в раковинах брахиопод. Таких мостиков, например ¹⁸О-¹³С, образуется тем больше, чем выше температура, при которой растет кристалл, независимо от содержания в океане ¹⁸О. А раковины брахиопод построены из кристаллов наиболее устойчивого кальцита, хранящего первичный изотопный сигнал сотни миллионов лет. Конечно, и сама палеонтологическая, и осадочная летопись предоставляют огромный материал для понимания того, что случилось на рубеже двух эр…

Соляное месторождение

Соляное месторождение

Дышать становилось все труднее, и произошло самое катастрофическое за всю историю жизни вымирание: свыше 90% морских и более 70% наземных видов исчезли с лица планеты. На суше место пышных лесов заняли поросли древовидных плаунов — нечто похожее на колья с тонкими листочками, да и те чувствовали себя не очень-то уютно, так как органогалогены (подобные CH₃Cl и CH₃Br), выделявшиеся при сгорании углей, разрушали озоновый слой и коротковолновое ультрафиолетовое излучение калечило споры прямо в спорангиях, сернокислые дожди выжигали листву, а последние соки из отмирающих деревьев высасывали расплодившиеся грибы. В итоге прекратилось и углеобразование. Наземные позвоночные гибли от отека легких, вызванного гипоксией, и отравления углекислым газом — гиперкапнии. Из-за этих явлений и в океане не могли существовать крупные организмы. В первую очередь исчезли наименее защищенные малоподвижные обитатели морского дна с массивным арагонитовым и Mg-кальцитовым скелетом — обызвествленные водоросли и губки, кораллы, крупные брахиоподы, мшанки и морские лилии: низкие темпы обмена веществ не позволяли им справляться с возросшими поступлениями ионов карбоната. Исчезли последние трилобиты, а аммониты оказались на грани вымирания. Резко сократилось число и уменьшились размеры тех, кто выжил, — фораминифер, двустворчатых и брюхоногих моллюсков, брахиопод, двустворчатых рачков остракод, последних конодонтофорид, а на суше — позвоночных. Причем многие группы вернулись в архаичное состояние: у аммонитов снова развернулась раковина, словно у их девонских предков, у конодонтофорид «выросли» зубы древнего облика, а радиолярии утратили сложные элементы раковины. Не исчезнуть окончательно им помогло то обстоятельство, что скелет у этих животных формируется независимо от ионных параметров окружающей среды.

На планету вернулся протерозой. Из-за гибели лесов реки «потекли вспять»: вновь появились «сплетенные русла». Дицинодонты листрозавры (Listrosaurus) — единственный широко распространенный род позвоночных — спасались от дневного зноя и сухости в норах (в осадочных заполнениях которых находят скопления их скелетов и следы когтей на стенках). На дне безжизненных морей вместо губковых, мшанковых и водорослевых рифов опять образовывались причудливые сростки арагонитовых кристаллов — ботриоиды да строматолиты, прибрежную полосу покрыли бактериальные пленки. В сероводородных и закисных глубинах отлагались огромные толщи доломитов, формирование которых требовало подавления деятельности сульфатвосстанавливающих бактерий, косвенно зависимых от кислорода. На дне остались лишь самые мелкие и просто устроенные животные, которые оставляли весьма незатейливые следы: им не нужно много пищи и кислорода. Вероятно, уцелели и некоторые бесскелетные формы, которые вскоре породили новые, совсем непохожие на палеозойские группы водорослей и кораллов, существующие доныне.

Для восстановления былых связей и разнообразия биосфере понадобилось 5 млн лет. А пермско-триасовый рубеж, пожалуй, стал последним эпизодом в истории Земли, когда геологические силы (вулканизм и тектоника) смогли вмешаться в ход сугубо биосферных событий.