Помоги проекту - поделись книгой:
Какие особенности пород указывают на сухой и теплый климат? Важной особенностью является обилие песчаников, в частности, песчаников, представляющих собой окаменелые песчаные дюны. В современном нам мире песчаные дюны характеризуют жаркие и сухие условия пустынь; нет никаких причин считать, что в прошлом дело обстояло иначе. Песчаники могут образоваться в нескольких различных природных средах, но обычно легко различить те, которые были когда-то песчаными дюнами, и те, что отложились вдоль песчаных пляжей или в реках. Например, ветер плохо переносит крупные зерна и гальку, поэтому песчаные дюны отличаются мелкими зернами, которые откладываются гораздо более равномерно, чем в случае прибрежных или речных песков. Кроме того, слоистое строение, отражающее реальную последовательность отложения осадков, весьма различно в этих двух случаях. Но хотя дюнные отложения были весьма распространены в перми, они не являются единственным свидетельством сухости климата. Для этого времени характерны толщи эвапоритов, или солевых отложений, образующихся в условиях, когда бассейны морской воды оказываются изолированными от открытого океана и просто высыхают, оставляя после себя лишь отложения солей, которые были в них растворены. Как и песчаные дюны, отложения эвапоритов указывают на теплый и сухой климат.
Среди геологов имеются разногласия относительно значения только что рассмотренных фактов для понимания глобального климата в палеозое. Пангея пересекалась экватором, и многие эвапориты и дюнные отложения возникали в условиях низких широт. Может быть, климат того времени не был столь уж теплым, и их распространенность есть всего лишь результат географического расположения. Более того, огромная континентальная масса Пангеи имела, как полагают, во внутренних частях сухой климат с сильными перепадами температур — жаркое лето и холодная зима, независимо от средних глобальных условий. Поэтому вопреки имеющимся данным, следует быть осторожным в их интерпретации. Не так-то просто реконструировать детали климата Земли четверть миллиарда лет назад со сколь-нибудь большой точностью.
Но независимо от деталей мы знаем, что континенты движутся медленно и распад Пангеи потребовал значительного времени. Влияние этого очень крупного массива суши на климат продолжалось еще в течение большей части мезозоя. Отложения эвапоритов, широко распространенные в перми, стали еще более обильными в триасовый период. Но триасовые эвапориты не только отмечают жаркий и сухой климат; они документируют начальные стадии раскола Пангеи. По мере того как этот сверхконтинент медленно раздвигался вдоль длинной системы рифтов, море периодически вторгалось в развивающиеся рифтовые долины.
То ли благодаря изменению уровня океана, то ли потому, что доступ к морю был отрезан по иным причинам, затапливаемые рифты иногда высыхали, особенно если они располагались в жарких областях, оставляя после себя характерные соляные отложения. В более близкие к нам времена такой же процесс протекал в Красном море, которое представляет собой все еще довольно молодой рифт, разделяющий Египет и Саудовскую Аравию. На ранних стадиях своего развития этот рифт тоже время от времени затапливался океанскими водами, которые впоследствии испарялись. Запись о наступлениях моря осталась в виде серии соляных пластов, которые подстилают более нормального типа осадки на дне Красного моря.
Раскол Пангеи был главным географическим событием мезозойской эры. Хотя распад этого сверхматерика происходил очень медленно, он был все же достаточно непрерывный. Все началось с раскола и разделения Европы и Африки с востока на запад, который предшествовал постепенному раскрытию Северо-Атлантического океана между Северной Америкой, Европой и Африкой, что в конце концов привело к отделению Южной Америки от Африки с образованием Южно-Атлантического океана. К концу этого процесса физический мир оказался преображенным; новое географическое перераспределение континентов имело важные последствия как для климата, так и для хода биологической эволюции. Циркуляция воды в океанах — главный механизм переноса тепла от одного региона земной поверхности к другому — в результате перераспределения континентов радикально изменилась. Вновь образовавшиеся океанские бассейны стали барьерами на путях распространения растительной и животной жизни, в частности, для обитателей суши; воздействовали они и на морские организмы. Поскольку раскол и распад Пангеи оказался столь важным для нашего современного мира, повлияв на всё его особенности от распределения животной жизни и до нашего нынешнего климата, стоит несколько более подробно проследить его ход. Моментальные снимки, или отдельные «кадры» географии мира через некоторые интервалы времени, показанные на рис. 9.1, позволяют проследить ход этого процесса.
В конце палеозойской эры часть окружающего сушу океана внедрилась в Пангею в направлении на запад в регионе, который мы сейчас называем Средиземным морем. В конце концов это вторжение распространилось дальше на запад, расколов Пангею и разделив Европу и Африку. Возникший в результате этого водный бассейн, простирающийся в широтном направлении, стал самостоятельным морем, известным среди геологов как океан Тэтис, или пролив Тэтис. Его образование оказало существенное влияние на мировой климат, поскольку позволило протекать через него океанским течениям широтного направления, и по мере того, как процесс рифтообразования продвигался еще дальше на запад, отделяя Южную Америку от Северной и Центральной Америки, водные бассейны, образовавшиеся на западе и на востоке Пангеи, наконец, соединились. Рифтовые бассейны, возникшие при раскрытии океана Тэтис, были расположены в теплых низкоширотных областях, и по мере того, как морская вода периодически затопляла их в ранние стадии их развития, а затем испарялась, формировались отложения солей. Эти триасовые эвапориты встречаются сегодня вдоль северо-западного края Африки и во многих областях Европы.
Рис. 9.1. Раскол Пангеи является главной особенностью географии мира в течение мезозоя. Приведенные выше три «моментальных снимка» показывают распределение континентов приблизительно 170, 120 и 70 миллионов лет назад (сверху вниз). Чтобы помочь читателю лучше представить себе этот процесс, серой растушевкой показаны современные континенты, а границы континентов, какими они были в мезозое, обозначены жирной черной линией. Диаграммы приводятся с изменениями из книги: А. Г. Смит, Д. Г. Смит и Б. М. Фаннелл. «Атлас мезозойских и кайнозойских береговых линий». Изд-во «Кембридж Юниверсити Пресс», 1994. Используется с разрешения.
Эвапоритовые отложения мезозоя оказались полезным средством при прослеживании этапов распада Пангеи. С помощью определения их возраста геологи смогли установить последовательность образования рифтов и тем самым хронологию распада Пангеи. Связь между начальными этапами рифтообразования в Пангее и соляными отложениями была впервые установлена в 1975 году Кевином Берком, работавшим тогда в Университете штата Нью-Йорк в Олбани. На рис. 9.2 приведена схематическая карта, показывающая размещение эвапоритов, образовавшихся, согласно Берку, в результате рифтинга Пангеи, и пути проникновения в рифтовые зоны морской воды. Сначала вы должны представить себе склеенными в одно целое четыре континента, соответствующие современным Северной Америке, Европе, Африке и Южной Америке, как показано на рис. 8.4, без Атлантического океана и Средиземного моря. Как уже было разъяснено выше, такова была ситуация в конце палеозойской эры. Затем, после прорыва пролива Тэтис с востока на запад, начался раскол сверхматерика. В узких рифтах, предшествовавших полному развитию этого пролива, откладывались эвапориты. Их возраст относят к раннему триасу; они принадлежат к древнейшим из солевых отложений мезозоя. Североамериканские аналоги этих отложений образовывались вдоль континентального шельфа восточной Канады в период, когда рифты начали отщеплять Северную Америку от Европы и Северной Африки.
Рис. 9.2. Соляные отложения (участки на рисунке с косой штриховкой) образовались, когда морские воды хлынули в рифты, возникшие при расколе Пангеи. Приводится с изменениями по рисунку 1 из статьи К. Берка в журнале Джиолоджи, ноябрь 1975, стр. 614. Геологическое общество Америки.
С течением времени рифтообразование продолжало перемещаться на запад и на юг, пройдя через район Мексиканского залива и в конце концов отколов Южную Америку от Северной. И только к середине юрского периода образовались крупные месторождения солей Мексиканского залива. Полагают, что вода, из которой отложились эти эвапориты, поступала в рифт с тихоокеанского края континента. Эти отложения встречаются как на территории самого Мексиканского залива, так и на прилегающей суше, будучи погребенными под морскими осадками Техаса, Луизианы и Мексики. Эвапориты Мексиканского залива особенно хорошо изучены геологами, поскольку в некоторых местах соль, в силу ее низкой плотности, поднялась в виде больших компактных масс сквозь окружающие осадочные породы, деформируя их и образуя структурные ловушки, в которых накапливались большие количества нефти. Эти так называемые соляные купола, погребенные ниже уровня донной поверхности и обнаруживаемые только с помощью геофизических методов, являются поэтому притягательной мишенью при поисках нефти.
Еще одна группа эвапоритов образовалась из морской воды, затопившей ранние узкие рифты, с которых началось отделение Африки и Южной Америки. Эти отложения моложе, чем европейские или эвапориты Мексиканского залива, и относятся к началу мелового периода. Таким образом, возраст солевых отложений, располагающихся вдоль окраин современных континентов, дает нам очень точную и поучительную хронику постепенного распада на части Пангеи. Конечно, эвапориты не являются единственными памятниками континентального рифтообразования, но они особенно полезны, поскольку представляют собой морские осадки и их возраст обычно может быть определен довольно точно по окаменелостям, встречающимся в более нормальных осадках, с которыми эвапориты переслаиваются.
Не все континентальные рифты создавали условия для образования эвапоритовых отложений. Тем не менее даже очень древние рифты обычно могут быть идентифицированы на основе типичной последовательности пород, которая встречается внутри них и позволяет проследить их эволюцию. По мере того как континентальная кора начинает разделяться и раздвигаться, в рифтах накапливаются осадки, характерные для каждой постепенно опускающейся долины с обрывистыми стенками, то есть мощные толщи материала, смытого со стенок долины, характерные породы типа конгломератов, представляющих собой смеси сравнительно крупных обломков разного размера и разных пород, скрепленных между собой более тонкозернистым цементом. Часто вдоль больших рифтов образуются озера, в конце концов оставляющие после себя участки относительно тонкозернистых осадков. Хорошим современным примером рифта, находящегося на этой стадии развития, является Восточно-Африканская рифтовая долина. Она отмечается длинной цепочкой озер, крупнейшими из которых являются Танганьика и Ньяса. Обычным явлением для рифтов является также вулканическая деятельность, поскольку в таких местах земная кора растянута и утончена, а вещество мантии поднимается кверху и начинает плавиться. Хороший современный пример — Восточно-Африканская рифтовая долина, усеянная вулканами, самый известный из которых Килиманджаро. Таким образом, набор характерных признаков каждого настоящего рифта, его, так сказать, автограф уникален и с высокой вероятностью включает конгломераты, озерные отложения, вулканические породы и, возможно (если рифт достаточно развит, чтобы оказалось возможным проникновение в него морской воды), эвапоритовые отложения. Иногда рифту так и не удается расколоть и раздвинуть континентальную кору; тогда образованный им большой шрам постепенно заполняется осадками, почти не оставляя на поверхности каких-либо явных следов своего существования.
Но если он продолжает расширяться, то спорадическое поступление в него морской воды в конце концов становится постоянным и рифт превращается в полноценное море или океан, как случилось с пангейскими рифтами, которые в конце концов стали Атлантическим океаном. Когда это случается, уникальная последовательность осадков, отмечающая ранние стадии развития рифта, сохраняется только в виде узких полосок вдоль противоположных берегов нового океанического бассейна, которые могут быть отделены друг от друга тысячами километров.
ДИКИЙ ЗАПАД
Из обзора событий, сделанного в главе 8, очевидно, что в геологическом смысле восточная часть Северной Америки была в палеозойскую эру очень активна. Аппалачский горный комплекс, образовавшийся во время объединения континентов в будущий сверхматерик Пангею, — вот наследие событий, которые произошли в этой области. Но когда Пангея снова распалась, последующая история была уже совсем другой. Конечно, кое-какой вулканизм продолжался вдоль края подвергнувшегося рифтообразованию континента, но по мере расширения рифта континентальный край все дальше и дальше удалялся от границы плиты и тем самым от средоточия большей части геологической активности. Восточный берег Северной Америки превратился в пассивную окраину, а активность переместилась на запад.
Вдоль западного берега от Мексики до Аляски за весь мезозой к Северо-Американскому континенту добавилась обширная масса осадочного материала. Это произошло не путем склеивания в один массив больших идентифицируемых континентальных масс, подобно тому, как Африка, Америка и Европа объединились, образовав Пангею. Это произошло, скорее, путем постепенного присоединения множества мелких обломков корового материала. Если и существует современный пример такого процесса, то это скорее всего будет западная часть Тихого океана. Если бы все островные дуги и микроконтиненты этого региона от Камчатки и Японии до Андаманских островов сдвинуть на запад и прижать к азиатскому массиву суши, то результат был бы, вероятно, подобен тому, что произошло во время мезозоя с западной частью Северной Америки.
Геологи назвали мелкие обломки континентальной коры, которые были собраны или сдвинуты вместе в крупные континентальные блоки, «экзотическими», «подозрительными» или «перемещенными» территориями. Все три названия говорят о необычной природе этих блоков. Впервые они были выделены по такому признаку, как резкие контакты со своим окружением, имеющим обычно и другой возраст, содержащим различные ископаемые остатки организмов и сложенным различными породами, отличными от пород, слагающих соседние части земной коры. Экзотические территории встречаются не только в западной части Северной Америки — они были обнаружены и в области Аппалачских гор, и во многих других регионах. Но Западная часть Северной Америки, где было выделено около 200 (!) таких фрагментов, — это классический пример. Большая часть этих экзотических континентальных обломков была присоединена к континенту в течение мезозоя. Рис. 9.3 показывает только некоторые из самых крупных блоков, которые были здесь выделены.
В силу наличия этого как бы лоскутного одеяла, сшитого из обломков континентов, геология западной части Северной Америки очень сложна в деталях. Но главные черты ее истории нетрудно себе представить. В течение большей части мезозоя вдоль всего западного края континента располагалась зона субдукции. Дно океана, двигаясь на восток, погружалось под континент в глубины мантии, таща за собой все острова и микроконтиненты, которые там оказались. Но в отличие от океанской коры, эти обломки не имели достаточной плотности, чтобы погрузиться внутрь мантии, и они прибивались и припаивались к континенту, как только достигали западного края Северной Америки. Имеются признаки того, что временами здесь возникало одновременно несколько зон субдукции, ориентированных более или менее параллельно берегу, и каждая со своей связанной с нею цепью вулканических островов, создающих новые порции земной коры, которые в конце концов сталкивались с материком Северной Америки и прикреплялись к нему. Экзотические территории сложены самыми разнообразными породами, включая не только вулканические породы, подобные породам современных островных дуг, но и океанические осадки, щепки самой океанической коры, которые оказались зажатыми между двумя сходящимися плитами и вытолкнутыми к востоку на континент. Мост Золотые Ворота в Сан-Франциско опирается как раз на такую «щепку» или отщеп. Фактически в границах города Сан-Франциско можно наблюдать много интересных геологических фактов, указывающих на события, происходившие вдоль Западного Берега в мезозое. Геолог Клайд Вааргафтиг из Калифорнийского университета в Беркли написал небольшой путеводитель, в котором описываются некоторые из таких мест. Он назвал ее «На трамвае к субдукции». Официальный камень — символ штата Калифорния — серпентин, плотная, мягкая, зеленовато-серая порода, характерная для местностей, в которых дно океана оказалось надвинутым на континентальную кору в зону субдукции. Эта порода хорошо представлена в местностях вокруг Сан-Франциско, которые описал Вааргафтиг в своем полевом путеводителе. Она образуется в результате взаимодействия воды с породами самой верхней части мантии; ее присутствие в зонах субдукции означает, что куски океанической литосферы, которые во время столкновения двух плит были надвинуты на континенты, имеют иногда достаточную толщину, чтобы сохранить в себе материал как коры, так и мантии. В дополнение к процессу спайки, с помощью которого экзотические территории прикреплялись к континенту, западная часть Северной Америки получала новое вещество в мезозое в результате вулканической деятельности. Наряду с зоной субдукции, расположенной в море параллельно берегу, здесь существовал и связанный с нею материковый пояс вулканической активности, очень похожий на современные Анды. В течение юрского и мелового периодов этот вулканический пояс простирался от Аляски до Мексики, образовав широкую и величественную горную цепь. Последующие поднятие и эрозия стерли и снесли большую часть этих вулканических пород, оставив только небольшие участки — «карманы» — в качестве свидетелей их возраста и природы. Но корни этих высоких гор, огромные массы гранитной породы, которые кристаллизовались и отвердели глубоко внутри коры, ниже вершин активных вулканов, теперь выходят на поверхность. Одним из наиболее известных таких остатков являются горы Сьерра-Невада — большое пятно красного и розового цвета на геологической карте Калифорнии. Иосемитский Национальный парк, эта Мекка для туристов и альпинистов, находится в самом сердце Сьерра-Невады. Но хотя породы, слагающие Сьерра-Неваду и столь любимые натуралистом Джоном Мьюиром и поколениями последующих бродяг с рюкзаками, обязаны своим происхождением в конце концов событиям далекого мезозоя, их современный рельеф представляет собой гораздо более современное образование.
Рис. 9.3. Западная часть Северной Америки почти целиком состоит из мелких кусков «экзотического» материала коры, которые были «пришиты» к континенту в течение мезозоя. Некоторые из более крупных фрагментов обозначены в левой части карты, закрашенной светло-серым светом. Более темный тон обозначает более древнюю кору (рис. 4.3). Приводится с изменениями по рисунку 16.25 из книги: В. Дж. Скиннер и С. С. Портер. «Динамическая Земля», изд-во «Джон Уайли и Сыновья», 1995. Используется с разрешения.
Уже 40-50 миллионов лет назад, почти в середине кайнозоя, мало что оставалось от великой горной страны; в стремлении к морю большие реки пересекли гребень современной Сьерра-Невады. Среди геологов, изучающих эволюцию западной части Соединенных Штатов, ведутся жаркие споры о том, когда именно началось поднятие, создавшее современный хребет, но большая часть его произошла, по-видимому, чуть раньше последних пяти миллионов лет. Весь огромный блок коры, слагающий Сьерра-Неваду, поднялся и наклонился к западу в ответ на все еще продолжающуюся перегруппировку сил в западной части Северной Америки, связанную с изменениями на границе плиты — от зоны субдукции, проходящей вдоль берега, к трансформному разлому Сан-Андрэас, — которая началась около тридцати миллионов лет назад (см. рис. 5.6). Потрясающие глубокие долины и падающие каскадами водопады Сьерры еще моложе. Они были вырезаны из поднявшегося гранитного блока наступающими и отступающими ледниками в течение последних двух-трех миллионов лет. А через сто миллионов лет после нас увенчанные снегами вулканические вершины
Анд уже отойдут в далекое прошлое и, может быть, только эродированные гранитные ядра огромных вулканов останутся для раздумий будущих поколений разумных существ.
ИСТОРИЯ МЕЗОЗОЙСКИХ РЕПТИЛИЙ
В то время, когда Пангея распадалась на расходящиеся континенты и физический мир стал все более напоминать современный, в биологическом царстве также происходили важные изменения. В морях исчезли трилобиты и многие другие животные, столь характерные для большей части палеозоя. На суше стали преобладать леса семенных растений, таких как цикадовые и гинкго (последние, вероятно, уже не живут в диком состоянии, но во многих странах популярны как парковое дерево), так же как и более знакомые хвойные, а в конце эры получают широкое распространение и цветковые растения. Но главная часть истории жизни в мезозое — это история рептилий. Как никто ранее, они стали господствовать над землей, морем и даже воздухом.
В предыдущей главе уже отмечалось, что рептилии появились в конце палеозоя, развившись из амфибий. Самым важным аспектом их развития было появление яйца, которое можно было отложить вне воды — так называемое амниотическое яйцо, которое получило свое название по мембране (амнион), которая окружает и защищает эмбрион и жидкость, в которой он плавает. Это то самое знакомое нам яйцо, которое мы варим себе на завтрак. Цыплята, как, кстати, и все остальные птицы, являются потомками первых рептилий.
Развитие амниотического яйца, а также чешуйчатой кожи, которая обеспечивала гораздо лучшую защиту от высыхания, чем кожа амфибий, позволили рептилиям, распространиться вдоль и вширь по всем континентам и обитать в обстановке, не подходящей для амфибий. Многие из них были вегетарианцами; великое множество растений, которые к тому времени колонизировали континенты, обеспечивало их готовой пищей. Некоторые из ранних рептилий фактически вернулись в море и приспособились к постоянной жизни в нем, будучи, вероятно, искусными пловцами и хищниками. В силу морского образа жизни многие из этих рептилий оставили хорошие окаменелые остатки, которые часто выставляются в музеях. Некоторые из них были огромны, достигая размеров современных китов. Очень вероятно, что по крайней мере некоторые легенды о морских чудовищах являются продуктами воображения, стимулированного находками костей этих мезозойских созданий.
И все же главная часть истории рептилий разворачивалась на континентах. Но удивительно: хотя с середины мезозоя доминирующими рептилиями стали динозавры, благополучный исход истории обеспечила совсем другая группа, жившая в начале этой эры. Это были так называемые звероящеры, или звероподобные рептилии; именно из них развились настоящие млекопитающие и в конце концов человек. Они появились еще в пермский период; хотя их формы были весьма разнообразны, их количество сильно уменьшилось во время массового вымирания, которым завершилась палеозойская эра. И все же они вскоре оправились и достигли нового расцвета в триасовый период. Они, вероятно, были в основном травоядными животными, хотя некоторые вели хищный образ жизни и, вероятно, поедали амфибий, других рептилий и их яйца. Хотя некоторые из звероподобных рептилий были крупными животными — некоторые из них достигали размеров современного гиппопотама или даже больших, — их окаменелые остатки показывают, что это были довольно неуклюжие существа. В самом деле, их медлительность, по сравнению с динозаврами, оказалась, возможно, одной из причин их вымирания. Окаменелые скелеты показывают, что конечности звероподобных рептилий располагались по бокам их тел, что, видимо, делало их способ передвижения неуклюжим в сравнении с динозаврами, у которых ноги располагались прямо под туловищем.
Звероподобные рептилии откладывали яйца, но у них были некоторые особенности, не очень соответствующие нашему обычному представлению о пресмыкающихся. Некоторые из них, вероятно, были покрыты волосами и имели усы на морде, как кошки, — черты, свойственные млекопитающим, и представляется вероятным, что некоторые из них были теплокровными или, по крайней мере, имели какой-то механизм регулирования температуры тела. Однако эти животные почти полностью вымерли к концу юрского периода, хотя они все же оставили нам своих наследников, настоящих млекопитающих, которые хотя и выжили, но до конца мезозойской эры оставались мелкими и незаметными существами. К началу юрского периода другая ветвь семейства рептилий, включающая и динозавров, стала господствующей. Но хотя звероподобные рептилии далеко не так известны, как динозавры, стоит все же помнить, что к концу триасового периода они являлись самыми важными животными суши в течение почти такого же времени, как и динозавры позднее. Не будучи особенно красивыми существами, они все же являются нашими древними предками. Чтобы хорошо представлять свою генеалогию, рассмотрите внимательно своего триасового предка, изображенного на рис. 9.4.
Рис. 9.4. Хищная, похожая па млекопитающее рептилия размером с волка, жившая в начале мезозойской эры. Рисунок приводится с любезного разрешения Отдела геологических наук Университета Саскачеван, Саскатун, Канада.
Впервые кости динозавров были найдены в начале девятнадцатого столетия. Их название происходит от греческих слов, означающих «ужасный» (дино) и «ящер» (завр). Очевидно, из воображаемый облик во плоти, хотя и основанный на этих первых ископаемых остатках, показался ужасным тем ученым, которые описали их. Но, как мы далее увидим, не все динозавры были большими, а многие из них были, вероятно, не страшнее многих обычных современных животных.
Древнейшие окаменелые остатки динозавров относятся к самому началу триасового периода и имеют возраст около 240 миллионов лет. Палеонтологи выделили по строению тела, в частности по способу прикрепления бедер к тазу, две главные ветви семейства динозавров. Так называемые ящеротазовые динозавры включали как гигантских хищников, подобных знаменитому тиранозавру, так и многих менее свирепых растительноядных рептилий. Вторая ветвь, так называемые птицетазовые динозавры, включала травоядных, в том числе многие знакомые формы, как, например, стегозавр и трицератопс.
В последние годы многие общепринятые представления о динозаврах были отброшены в сторону или, по крайней мере, подверглись серьезному испытанию рядом новых фактов. Старое представление о том, что динозавры были медлительными и неуклюжими, тупыми и одинокими существами, вынужденными обитать, барахтаясь в болотах, поскольку ноги не могли якобы удерживать их массивные тела, было пересмотрено в результате современных исследований. На самом деле многие динозавры были очень подвижны и ловки. Очевидно, они легко распространились на суше, несмотря на свои размеры, а некоторые были даже общественными животными — передвигались стадами, строили гнезда и ухаживали за своим молодняком. Возможно, они были также теплокровными животными.
При своем первом появлении в триасе динозавры были очень мелкими животными, не крупнее кошки или небольшой собаки. Многие из них были двуногими, то есть были способны быстро перемещаться на двух задних ногах. В противоположность нашим предкам, звероподобным рептилиям, даже у самых первых динозавров ноги располагались прямо под корпусом, а не сбоку от него. Окаменевшие отпечатки следов динозавров часто располагаются в виде двух параллельных цепочек, подтверждая вывод, что они были способны к быстрому и ловкому передвижению.
Многие из мелких и подвижных первых динозавров были мясоедами, то есть охотились на других рептилий или амфибий, а может быть, и на некоторых из своих близких родственников среди травоядных птицетазовых динозавров. Многие из последних развили внушительные средства защиты от хищников — посмотрите только на щиты и устрашающего вида шипы у стегозавра или острые рога трицератопса (рис. 9.5). Даже в мезозое не существовало еще такой вещи, как бесплатные завтраки, — мясоедам приходилось здорово поработать ради пропитания.
Рис. 9.5. Стегозавр (вверху) и трицератопс (внизу) — свирепые на вид представители травоядных динозавров, более знакомые читателям. Предполагается, что их рога, щиты и шипы защищали их от их хищных родственников. Пластины на спине стегозавра часто изображаются на реконструкциях стоящими вертикально, а не горизонтально, как они изображены здесь. Рисунки помещены благодаря любезности Отдела геологических наук Университета штата Саскачеван, Саскатун, Канада.
Одной из проблем, возникающих при реконструкции истории динозавров, является неоднородность и прерывистость каменной летописи. В отличие от морской среды обитания, где умершие организмы оказываются очень быстро погребенными и таким образом сохраняются, суша является гораздо менее гостеприимным местом для умирающих животных. Хищники и падальщики, вероятней всего, быстро очистят кости, а потом разбросают поставляя сырье для образования глинистых сланцев и песчаников. Сохранились многочисленные и разнообразные окаменелости; по ним палеонтологи много узнали об образе жизни этих огромных животных. Открывшаяся перед ними картина представляет собой юрский эквивалент восточно-африканского вельда: обширная область, кишащая разнообразной жизнью, со множеством пасущихся травоядных динозавров — аналогов современных жираф, зебр и антилоп — и небольшая популяция хищников вроде тиранозавра, юрского «царя зверей».
На протяжении своего долгого царствования на Земле — почти 180 миллионов лет — динозавры разнообразились и эволюционировали. Динозавры конца мелового периода и не узнали бы своих триасовых предков. Но как это ни покажется удивительным, почти все их главные группы сохранялись вплоть до конца мела, подтверждая предположение, что их вымирание было вызвано каким-то катастрофическим кратковременным событием, а не постепенным эволюционным изменением.
Пожалуй, самой бросающейся в глаза тенденцией в ископаемой летописи динозавров является изменение размеров тела. Как уже говорилось, самые ранние их представители были в общем мелкими животными. Большинство знакомых нам огромных тварей из музеев и «Парка юрского периода» жили в конце юрского и в меловой период. Почему началась их эволюция в сторону увеличения размеров, неизвестно, хотя выдвигалось много предположений, начиная с того, что крупные тела и длинные шеи были необходимы, чтобы легче было добираться до пищи на высоких деревьях, и до мысли, что большой размер служил лучшей защитой от хищников (или наоборот, позволял доминировать над другими). Самые большие динозавры были поистине великанами, вес которых оценивается от 80 до 100 тонн!
Большие размеры, достигнутые многими из этих животных, имеет прямое отношение к спору, были ли они теплокровными, поскольку одним из следствий большого размера тела является термальная устойчивость. Животные теряют тепло через поверхность своего тела; хорошо известное соотношение между площадью их поверхности и объемом (который тесно связан с весом) объясняет тот факт, что, например, современная ящерица игуана приходит к термическому равновесию со своей средой гораздо быстрее, чем какой-нибудь восьмидесятитонный бронтозавр после внезапного изменения температуры. По той же причине крупному животному труднее избавиться от тепла, порождаемого обменом веществ, чем мелкому. Как следствие этих рассуждений было высказано предположение, что некоторые особенности анатомии динозавров, как, например, необычные треугольные пластины на спине стегозавра, столь хорошо видные на рис. 9.5, использовались в качестве охлаждающего устройства. Это предположение не кажется столь уж притянутым за уши, поскольку детальный анализ окаменелых остатков показал, что эти костные наросты были густо пронизаны кровеносными сосудами. И все же стегозавры отнюдь не были столь огромными, как многие другие динозавры, и ничего похожего на эти странные спинные плавники не появилось в других группах динозавров, так что их истинное назначение все еще неясно.
Тем не менее имеется существенное косвенное свидетельство того, что по крайней мере некоторые динозавры могли регулировать температуру своего тела. Одним из сильнейших указаний на это является расстояние между сердцем и мозгом. Очевидно, что у многих динозавров это расстояние было велико, достигая нескольких метров, и притом голова располагалась много выше туловища. Поэтому кровяное давление, необходимое для доставки свежего кислорода к клеткам мозга — без чего они бы погибли, — должно было быть довольно высоким. Хотя мягкие части тела, содержащие кровеносную систему динозавров, не сохранились в окаменел остях, это косвенное свидетельство показывает, что они могли эффективно перекачивать кровь при низком давлении от сердца к легким, чтобы напитать ее кислородом, и при высоком давлении — от сердца к мозгу, чтобы доставить его к клеткам мозга. Короче говоря, у них должна была быть кровеносная система, похожая на систему теплокровных животных с высокой скоростью метаболизма. Тем не менее мы никогда не сможем быть уверенными в этом, поскольку — приносим наши извинения Майклу Кричтону — вряд ли кому-нибудь удастся измерить у динозавра температуру.
Но как ни удивителен был мир динозавров, их история не является единственно важной в течение мезозоя. Мы уже бегло касались звероящеров, появившихся еще до начала мезозоя. Но нашего внимания заслуживают еще три группы организмов, хотя в книге такого объема, как наша, невозможно уделить им (и многим другим, даже не упомянутым группам) то внимание, которого они заслуживают. Мы имеем в виду птиц, насекомых и цветковые растения.
ПТИЦЫ И ПЧЕЛЫ
Мы относимся к птицам, как к чему-то вполне естественному. Тем не менее никто из тех, кто наблюдал, как пеликан скользит по набегающей океанской волне или как сокол на большой скорости срывается вниз за добычей, не может не восхищаться их полетом. Но этого не было вплоть до конца юрского периода, между 140 и 150 миллионами лет назад, когда первые птицы устремились в небо. Насекомые к этому времени уже давно открыли преимущества полета; еще до появления птиц существовали летающие рептилии, но все остальные существа были либо привязаны к земле, либо жили в воде.
Первыми летающими позвоночными были рептилии, у которых один из пальцев на передних конечностях очень удлинился, играя роль опоры для кожной перепонки, служившей в качестве крыла. Это были птерозавры, что буквально означает «крылатые ящеры». Древнейшие из птерозавров появились в конце триасового периода, приблизительно за 70 миллионов лет до настоящих птиц и, по-видимому, господствовали в воздухе, пока их в конце концов не сменили птицы. Подобно динозаврам, некоторые птерозавры достигали гигантских размеров: у самого большого из открытых птерозавров размах крыльев достигал 50 футов (около 15 метров) или даже больше — больше, чем у многих самолетов! У этих летающих ящеров были большие, усеянные зубами челюсти, но тела их были небольшими и, вероятно, без мощных мускулов, необходимых для длительной работы крыльев. Они были опытными планеристами, а не мастерами полета, использующими для перемещения в воздухе силу ветра.
Птицы эволюционировали совершенно отдельно от птерозавров и достигли гораздо больших успехов в достижении господства в воздухе. Они могут служить примером общего мотива эволюции — более или менее параллельного развития различных типов структуры тела и различных функций для достижения одной цели — в данном случае для полета. Хотя ископаемая летопись, как и всегда, недостаточно полна для того, чтобы определить всю линию развитию птиц — так, как этого хотелось бы, она все же лучше представлена промежуточными звеньями, чем для многих других групп. Это произошло в результате необычайно хорошей сохранности в одном из известняковых карьеров южной Германии
Находка
Менее бросающимися в глаза, но все же важными обитателями воздушной среде в мезозое были насекомые, которые вышли на сцену еще раньше — в палеозое. Однако насекомым пришлось плохо во время массового вымирания в конце пермского периода; к началу мезозоя их численность сильно сократилась. Впрочем, они быстро оправились; количество их видов и групп сильно увеличилось на протяжении мезозоя.
Насекомые находятся в сильной и взаимной зависимости от растений. Некоторые из них являются санитарами, питающимися остатками погибших растений, другие — вредители, истинное бедствие для некоторых типов растений. Некоторые насекомые являются симбионтами, выполняя важные функции для тех самых растений, которые служат им пищей. Мы часто ассоциируем насекомых с цветами или фруктами — черви внутри яблок, пчелы в цветах, — но в течение большей части мезозоя цветковых растений еще не было. И действительно, состоящий только из папоротников, цикадовых, гингко и хвойных ландшафт большей части мезозоя был приятно зеленым, но тем не менее однообразным. Несмотря на это, тщательное изучение ископаемых остатков показывает, что великое разнообразие способов и привычек питания у современных насекомых уже существовало еще до появления цветковых растений. Это было поразительное открытие, ибо долгое время считалось, что появление цветковых растений явилось важным стимулом в эволюции насекомых. Однако несмотря на тот факт, что между отдельными цветковыми растениями и насекомыми развились многочисленные и тесные взаимоотношения, кажется вероятным, что в целом от развития цветов больше выиграли растения, чем насекомые. Цветы привлекали насекомых, а те в свою очередь дали растениям то преимущество, что, перенося пыльцу с одного растения на другое, неминуемо оплодотворяли их.
Цветковые растения — так называемые покрытосеменные, или ангиоспермы, появились только 100 миллионов лет назад, в меловой период. Тем не менее они быстро стали господствующим типом растительной жизни на суше и остаются таковыми и по сей день. Они населяют различного типа местности от сухих пустынь до тропических дождевых лесов и встречаются от экватора и до высоких арктических широт. Не все из них имеют цветы, которые вы можете найти в специализированном цветочном магазине, но все они имеют одну ключевую особенность, обеспечивающую процесс воспроизводства растений, а именно семя с защитной оболочкой, окруженное готовым запасом питательных веществ. Цветковые растения развили невероятное богатство окрасок, запахов и видов плодов и все это — в сложных и взаимных отношениях с животным миром. Не только насекомые принимают участие в опылении цветковых растений: птицы и млекопитающие тоже распространяют и рассеивают семена, часто на большие расстояния. Без обилия и разнообразия цветковых растений мир был бы гораздо беднее, чем теперь.
МЕЗОЗОЙСКИЕ ОКЕАНЫ
Мы завершаем это краткое путешествие по мезозойской Земле небольшим комментарием о жизни в океанах. Здесь, как и на суше, тоже произошли драматические изменения. Пожалуй, одно из самых важных случилось в конце эры среди мелких организмов, населяющих самый верхний, освещенный солнцем слой океанов — планктона. Термин «планктон» имеет широкое значение, обозначая всех мелких животных и растения, которые либо пассивно плывут, либо медленно перемещаются по морям. В меловой период произошел настоящий взрыв массы планктона, который откладывал скелетики или раковинки двух типов — сложенные кремнеземом и карбонатом кальция. Карбонат кальция, как мы уже отмечали, является главной составной частью известняка, а кремнезем имеет формулу SiO2, то есть это то же, что и кварц, и является главной составной частью породы, называемой «черт» или кремнистый сланец. Этот взрыв массы планктона радикально изменил типы осадков, которые накапливались на морском дне, потому что в то время, как органические части планктона после смерти организмов разлагаются, их минерализованные скелеты часто сохраняются и опускаются на дно. Впервые за долгую историю Земли очень большие массы кремнеземных скелетов, которые впоследствии, затвердев, превратились в кремнистый сланец, начали накапливаться в отдельных областях глубоких морей. Мощные отложения ила, состоящие из крошечных остатков раковинок из выделявшегося планктоном карбоната кальция, накапливались как никогда раньше. Знаменитые меловые утесы Дувра, в юго-восточной части Англии, являются одним из примеров огромного количества такого материала, накопившегося в течение мелового периода. На Земле их известно гораздо больше. Даже само название этого периода происходит от слова «мел», а европейские названия его — от латинского слова «крета», означающего тоже «мел». По какой причине кальциевый планктон так бурно развивался во второй половине мелового периода, все еще не совсем понятно. Такие мощные толщи меловых осадков никогда впоследствии за аналогичные по длительности периоды времени не отлагались.
Высокая биологическая продуктивность океанов мелового периода создавала идеальные условия и для накопления нефти. Она образуется в условиях, когда органический материал, захваченный осадками, медленно покрывается другими осадками и подвергается воздействию увеличивающихся температур и давлений, которые превращают исходный органический материал в нефть. Те осадки, которые откладывались вдоль окраин пролива Тэтис — тропического субширотного океана, возникшего в мезозое в результате раскола Пангеи — и сохранились в мезозое, были богаты органическим материалом. Многие из современных важных нефтяных полей залегают в этих осадках — в России, на Среднем Востоке, в Мексиканском заливе и вокруг него, а также в Техасе и Луизиане. Как уже указывалось, мезозойский период закончился какой-то глобальной катастрофой, которая стерла с лица Земли большое количество видов животных и растений, включая и всех динозавров. Как именно произошло это внезапное массовое вымирание, неизвестно, но имеются веские данные в пользу предположения, что хотя бы частичной его причиной было падение на Землю какого-то крупного объекта из космоса, о чем будет говориться в следующей главе. Как это ни удивительно, но, к счастью для нас, млекопитающие, очевидно, мало пострадали от этого всемирного кризиса. Мы, потомки этих выживших тогда млекопитающих, в конце концов, может быть, и соберем достаточно данных, сохранившихся в горных породах, чтобы ответить на вопрос — почему.
Глава 10.
МИРОВЫЕ КАТАСТРОФЫ
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
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
Поделиться книгой: