Помоги проекту - поделись книгой:
Но прежде птиц воздушное пространство завоевали настоящие летающие ящеры — птерозавры…
Шел 1828 год, когда собирательница ископаемых Мэри Эннинг обнаружила в юрских слоях на английском побережье Ла-Манша остатки первого птеродактиля. Ученые долго не могли взять в толк, с чем, собственно, имеют дело. Возобладало мнение, что с необычной летучей мышью или летающим сумчатым млекопитающим. Лишь великолепно владевший сравнительной анатомией зоолог и палеонтолог Жорж Кювье доказал, что странный скелет принадлежал представителю полностью вымершей группы летающих ящеров. С тех пор выяснилось, что это была огромная группа активных летунов, появившихся в триасовом периоде и просуществовавших до конца мелового (225–66 миллионов лет назад).
И сто лет спустя после работ Кювье птерозавров нередко представляли подобно летучим мышам — с перепонками, растянутыми между фалангами пальцев. А ведь то были совершенно иные звери. Крыло птерозавра действительно представляло собой кожистую перепонку, но крепилась она на одном из пальцев кисти — толстом летательном (четвертом), превышавшем в длину все тело (первые три коротких пальца оканчивались когтями, пятый — исчез совсем). Задний край перепонки доходил до колен у одних видов и до щиколоток у других; кроме того, дополнительные перепонки были натянуты между бедер и хвостом и между основанием шеи и окостеневшим палочковидным сухожилием на запястье — птероидом. В целом конструкция, конечно, больше напоминала крыло летучей мыши, чем птицы, но ее натяжение осуществлялось совсем по-другому: основные плоскости были прошиты, словно дощатый каркас воздушного змея, жесткими и тонкими (0,05 миллиметра) белковыми нитями, по-своему направленными в разных секторах основной перепонки. Натяжение этих волокон придавало всей конструкции необходимую упругость и дуговидный профиль, необходимый для создания подъемной силы.
Кости у крылоящеров были полые, что облегчало вес, но прочными — полость пересекали ребра жесткости; череп — ажурный, по форме — обтекаемый, заостренный и удлиненный. На костях некоторых видов есть форамены. У птиц подобные отверстия указывают на присутствие воздушных мешков: это значит, что в полости костей при вдохе мог закачиваться воздух, который, не утратив кислород, использовался на выдохе, существенно снижая энергозатраты в полете. Строение плечевого пояса птерозавров выдает развитую мускулатуру и способность к машущему полету.
Как и откуда взялись эти совершенные летуны, пока остается для науки тайной, своими корнями скрывающейся в палеозое. Однако проследить эволюционные преобразования можно благодаря находкам многочисленных костей и целых скелетов с минерализованными остатками мягких тканей в верхнеюрских местонахождениях Зольнхофен (Германия) и Каратау (Казахстан), нижнемеловых Лагарсито (Аргентина), Сантана (Бразилия) и Чжэхоль (Китай).
Костные полости птерозавры могли унаследовать от общих предков с динозаврами и птицами. Основная более древняя «модель» — рамфоринхи[12], существовавшие в триасовом-юрском периодах и самом начале мелового, — представляла собой длиннохвостое существо с короткой шеей и зубастой пастью, в полете находившейся на одной прямой с осью тела. Однако хотя длинный хвост и был хорошим стабилизатором, наличие этого отростка замедляло скорость полета. На рубеже ранне- и среднеюрской эпох появились короткохвостые, беззубые с длинной гибкой (как у лебедя) шеей птеродактили[13]. Часть спинных позвонков у них срослась, а передние ребра неподвижно слились с грудиной, образуя жесткий каркас. К нему в полете был подвешен центр тяжести. У птеродактилей череп стал еще длиннее, но и легче (убавилось число костей), а главное — мозговитей. Этот орган был заметно крупнее, чем у прочих пресмыкающихся сходных размеров, и очень напоминал птичий.
В мозге, изученном благодаря компьютерной томографии костей и отливок мозговой полости нейробиологом Лоуренсом Уитмером из Университета Огайо и его коллегами, особенно выделяются лобные и зрительные доли, мозжечок, парный вырост последнего — клочок (флоккулюс) и лабиринт; обонятельные луковицы, наоборот, не развиты. Строение мозга также указывает на то, что рыло ящера сместилось вниз относительно оси тела и голова обрела подвижность. Крупные флоккулярные лопасти, составлявшие десятую часть объема мозга (у птиц —1–2 процента), развитый лабиринт и зрительные доли свидетельствуют о том, что мозг птеродактиля обрабатывал огромный поток информации, поступавший от глаз, шейной мускулатуры и мышц, связанных с маховыми движениями и натяжением перепонки. Значит, ящеры легко маневрировали в воздушных потоках, ни на мгновение не теряли равновесия, а изображение на сетчатке всегда оставалось четким. Не нужно думать, что ящер, величиной с легкий самолет, на скорости 90 километров в час исполнял петлю Нестерова или бочку — переворот вокруг продольной оси тела (хотя — кто знает? — мозг рассчитать траекторию мог), но спикировать с высоты в сотню-другую метров точно на добычу, как зимняк на лемминга, несомненно, был способен. 3D-пространство, которое представляет собой воздушная среда, всегда требует лучшей координации всех органов, чем 20-поверхность, на которой мы обретаемся (не случайно у многих голова кружится даже в 3D-кинотеатрах и на тренажерах).
К началу мелового периода птеродактили достигли небывалого разнообразия. Самые мелкие весили несколько десятков граммов, по величине не превосходили воробья и, подобные 25-сантиметровому в размахе крыльев немиколептеру
Необычные гребни на головах аждархид и некоторых других птеродактилей покрывала сеть кровеносных сосудов. Здесь кровь охлаждалась во время полета. Опыты с моделями ящеров показывают, что гребни могли служить как препятствующий рысканью аэродинамический тормоз, но не слишком надежный. Головы ящеров действительно напоминали по форме носы маневренных самолетов. Могли эти выросты использоваться и как гребешки у птиц, то есть для показа себя во всей красе во время брачных периодов, чтобы привлечь самку и отпугнуть соперника. Особенно разрослись гребни у самцов птеранодонов. Палеобиолог Эберт Бруну Кампош из Параибы не исключает, что эти гипертрофированные выросты (у некоторых крылоящеров они составляли три четверти черепа, а сам череп достигал длины 1,5 метра) могли служить органами слуха, поскольку необходимый набор слуховых косточек у этих животных не обнаружен.
По земле птеродактили ходили, опираясь на задние лапы и на два первых пальца передних (как бегуны-спринтеры на старте). До изучения следов и распределения нагрузок в скелете «спешившегося» птеродактиля считалось, что ящеры передвигались, как птицы, на задних лапах. Таким птеранодон показан в «Парке юрского периода». Лишь палеонтолог, анатом и художник Алексей Быстров, работавший в Палеонтологическом институте АН СССР, изобразил птеродактиля на четвереньках более полувека назад.
Позднеюрские пляжи Астурии испещрены их следами. Туда крылоящеры слетались во время отлива поживиться рыбой и моллюсками. Следы подсказали, что у некоторых ящеров на задних лапах были перепонки, как у лягушек, но служили они, скорее всего, дополнительной летной мембраной, а не для плавания. Хотя на перепонках и по илистой поверхности шагать было удобнее. На взлет они тоже разбегались на четвереньках, как летучие мыши-вампиры. А приземлялись на задние конечности, постепенно опускаясь на все четыре лапы.
Яйца несли в кожистой оболочке, как змеи, а вылупившись, росли очень быстро.
На каком-то этапе своей эволюции птерозавры должны были обрести теплокровность, иначе бы энергозатраты на воздухоплаванье не оправдались. Потреблять кислорода им и так приходилось много: носовые пазухи у некоторых меловых ящеров были просто огромными — занимали более половины боковой поверхности черепа. А на отпечатках перепонок одного из позднеюрских рамфоринхов обнаружились волосовидные утолщения. Из-за них он получил гордое научное название
«Вот так бы разбежалась, подняла руки и полетела. Попробовать нешто теперь?» — наверное, подумала первоптица, глядя на снующих в небе птерозавров. Впрочем, так могли думать энанциорнисы[15], появившиеся не ранее юрского периода, а настоящие птицы, возможно, развивались параллельно с крылоящерами, от древних триасовых архозавров.
У птичьего пера от рогового стержня расходятся ответвления — бородки первого порядка, от них — бородки второго порядка, покрытые мелкими крючками, которые, сцепляясь друг с другом, образуют единую плоскость опахала. Так устроены контурные маховые и рулевые перья, формирующие несущую плоскость крыла. Первые из них также создают тягу, вторые — обеспечивают маневренность. Пуховые перья, не скрепленные бородками, служат надежным теплоизолятором, что необходимо при таком энергоемком типе передвижения, как полет. Контурные перья с опушкой, плотно прилегая друг к другу, придают телу обтекаемость.
Благодаря выпуклому профилю при планирующем полете воздух снизу обтекает крыло по хорде, а сверху по более длинному контуру. Потому над крылом воздушный поток движется быстрее, и под крылом возникает разряжение воздуха: полученная разность давлений создает подъемную силу. В этом механика полета птиц не отличается от таковой у насекомых. Однако взмахивать крылом — как вниз, так и вверх — птице, в отличие от насекомого, приходится за счет собственных мускульных усилий. Когда крыло опускается вниз, его вершина встречает еще наклонный воздушный поток — под углом спереди и снизу. Конец крыла при опускании вниз несколько перекручивается под напором воздуха, и возникает сила тяги, обеспечивающая поступательное пассивное движение вверх. Трепещущий тип полета, которым особенно хорошо овладели зависающие над цветами колибри, достигается частыми взмахами крыльев в горизонтальной плоскости при положении тела под большим углом к земле. Возникающая подъемная сила противодействует силе тяжести. Парение птицы освоили двумя способами — статичным и динамичным. Многие из них, особенно крупные грифы, кондоры, орлы и беркуты, кружат в восходящих потоках воздуха на своих длинных и широких крыльях. Наоборот, узкокрылые альбатросы используют порывы встречного ветра, расправляя крылья ему навстречу. Альбатрос взлетает даже с поверхности воды и поднимается высоко под облака.
Во всех остальных эволюционных преобразованиях птицы уподобились летающим ящерам: приобрели облегченный и одновременно прочный череп и скелет, лишенные зубов челюсти, обтекаемую форму, жесткость туловища, пневматизированные кости, мощную мускулатуру, подвижность шеи (она может поворачиваться на 180 и даже 270 градусов) и мозг, увеличенный за счет определенных отделов. Роль зрения также возобладала у них над слухом, а поведение усложнилось. Лишь по характеру крепления мускулатуры крыльев — к большому гребню грудины — килю — они существенно отличаются от птерозавров. Возможно, развитие такой основательной опоры связано у птиц с тем, что их обмен веществ больше сопряжен со взмахами крыльев — так воздух нагнетается в воздушные мешки (легочные и носоглоточные). Эти полости в костях обеспечивают бесперебойное дыхание при машущем полете. При вдохе грудная клетка расширяется, а мешки растягиваются и всасывают воздух; при выдохе — сужающаяся грудная клетка выдавливает воздух из мешков, и легкие снова продуваются. Так обеспечивается высокая эффективность газообмена, благодаря этому птицы способны подниматься на высоту до 10 тысяч метров, где воздух сильно разрежен.
Птицы являются самыми совершенными из летающих созданий. Средняя скорость миграционного полета у них колеблется от 50 до 90 километров в час, наибольшая — 150 километров в час (черный стриж), дальность беспосадочного перелета достигает 3,3 тысячи километров (бурокрылая ржанка), а за год отдельные особи преодолевают свыше 80 тысяч километров (полярная крачка). Грузоподъемность птиц не менее поразительна: при собственной массе 1,6 килограмма белый сокол взмывает с добычей, более чем в три раза превышающей его вес. Люди могут только завидовать, несмотря на все свои достижения в самолетостроении.
Откуда же взялось само совершенство?
Знаменитому археоптериксу
Летать, конечно, мог, но «низехонько-низехонько»: коракоидно-лопаточное сочленение не давало крылу подниматься выше спины и делать широкий взмах. Мозг был ближе к птичьему (или птерозавровому) — с развитыми лобными и зрительными долями, мозжечком, клочком и лабиринтом. Достаточно ли этого, чтобы считаться птицей или хотя бы прапрадедушкой всех пернатых? Одни ученые считают его переходным звеном между динозаврами и настоящими птицами. Но известный палеонтолог и орнитолог Евгений Курочкин из Палеонтологического института РАН полагал, что археоптерикс дал начало лишь особым пернатым животным — энанциорнисам, вымершим к концу мелового периода. Назвали их «противоположными птицами» из-за обратного варианта сочленения костей плечевого пояса: выемка на лопатке, выступ на коракоиде (у нынешних птиц, наоборот, ну, или как считать). Типичным представителем «противоптиц» был иберомезорнис
Кроме энанциорнисов в меловом периоде жили и другие пернатые и крылатые «не совсем птицы». Например, конфуциусорнис (
Меловые динозавры-манирапторы[19] получили свое имя, потому что их передние лапы были длинные в отличие от их коротколапых хищных родственников — тираннозаврид. Причем в роду манирапторов эти лапы все удлинялись и по мере удлинения все больше становились похожи на крылья. Приобрели эти ящеры и много других типичных птичьих признаков: вилочку (это та самая «куриная» кость, на которой загадывают желание), широкую грудину, гибкую шею, окостеневшие грудные ребра, воздушные полости в позвонках, большие выставленные глазницы (вероятно, чтобы глаз не тонул в пере). Увеличился и объем мозга — за счет развития лобных и зрительных долей, мозжечка, клочка и лабиринта (хотя обонятельные луковицы тоже значения не утратили). Где-то мы это уже проходили? Да, в эволюции птерозавров и всяческих птиц. Неужели полетели и динозавры? Полетели, но несколько иначе, чем прочие крылатые существа.
На волне новых палеонтологических открытий не обошлось без курьезов: в конце 1990-х годов газеты и журналы, включая National Geographic, обошла сенсационная новость о находке настоящего переходного звена между динозаврами и птицами — археораптора
По итогам выступления Олсона, поддержанного другими известными учеными, образец был возвращен в Китай, и палеонтологи разобрались, откуда и что «росло» у археораптора: его «птичья» часть после проведения рентгеноструктурной томографии и исследования дополнительных находок была описана как новый род энан-циорнисов — янорнис (
Глядя на реконструкции этого пернатого ящера, ученые задумались, уж не летал ли он? Несколько групп биофизиков и палеонтологов создали натурные и компьютерные 3D-модели и поняли, что этот динозавр был прекрасно приспособлен к планирующему полету. При весе около 1,2 килограмма, прыгая с высоты в десяток метров, он мог разгоняться до скорости 40 километров в час и прицельно вцепляться в ствол другого дерева. То, что ящер вел именно древесный образ жизни, подтверждает и содержимое его желудка — исключительно неправильные птицы. Разошлись ученые только во мнении, как располагались его конечности в полете. Предлагалось четыре варианта: «биплан» с задними лапами, подогнутыми под передние, так чтобы их перья образовывали второе крыло; «раскоряка» — все четыре конечности горизонтально распластаны; «орел над гнездом» — ноги согнуты, но перья создают вертикальные плоскости; «летающее крыло» — лапы и перья расправлены так, что создают единую несущую плоскость[20]. В принципе все четыре модели работают, но одни лучше при малых углах захода «на посадку», а другие в пике[21].
Однако микрораптор был уже пернат, и даже очень пернат. И если перья появились у динозавров даже раньше, чем они взлетели, то для чего? Для сохранения собственного тепла? А может быть, чтобы согреть детенышей?
Относительные размеры яиц манирапторов, трехслойная известковая скорлупа, на которой иногда даже видны ямки — следы растворения, поскольку по мере созревания зародышу требовался кальций для роста костей, и типы гнезд этих ящеров уж очень похожи на птичьи. Скелет одного из монгольских меловых динозавров
Но не только Китай может похвастаться пернатыми динозаврами. Недавно известный читинский геолог Софья Синица открыла похожих существ в верхнеюрских озерных отложениях Забайкальского края, в Кулиндинской пади. Кулиндадром (
И у современных птиц перья встречаются не только контурные — есть еще пуховые, нитевидные, просто пух и щетинки. Селекционеры, например, вывели несколько пород шелковых кур, которые, взрослея, не меняют цыплячий пух на перья. Куры декоративные, хотя, наверное, по вкусу от других ничем не отличаются. Но разве поднимется рука на существо, на ощупь больше похожее на котенка, чем на птицу?
Был ли у всех пернатых на Земле общий предок? Несомненно: какой-то примитивный архозавр, живший в самом начале триасового или даже в конце пермского периода. Но был ли он сам с перьями? Некоторые палеонтологи и биологи считают, что был. От архозавров произошли и крокодилы, но они со временем утратили полые кости и перья, сохранив лишь остатки предковой кровеносной системы и легочных мешков, а также гены, управляющие развитием перьевого покрова. Впрочем, не обязательно вызывать в воображении пушистых крокодилов с крыльями. Если у предковых архозавров появился определенный и небольшой комплекс генов, отвечавших за пернатость, то он мог независимо и неоднократно включаться в самых разных линиях потомков по мере надобности. Палеонтологические открытия вызвали целый вал работ по эмбриологии и генетике: биохимик Алан Браш из Университета Коннектикута и орнитолог Ричард Прам из Йельского университета показали, что зачатки чешуи могут развиваться как в настоящую чешую, разрастаясь в ширину, так и в филамент, прорастая сквозь кожу вертикально. В свою очередь, эмбриологи Ребекка Янг и Гюнтер Вагнер из Йельского университета открыли, что у зародышей птиц закладываются пятипалые конечности и редукция пальцев у них могла происходить разными путями и даже так, как у динозавров.
То, что у динозавров могли быть перья, и то, что необычные типы перьев — явно не принадлежащие птицам — существуют, стало известно прежде чжэхольских находок. Сергей Курзанов из Палеонтологического института АН СССР в 1987 году открыл в меловых отложениях Монголии динозавра, передние конечности которого были устроены подобно крыльям, а структура костей этих конечностей указывала на наличие перьев при жизни ящера. Он и название получил подобающее — авимим (
Строение авимима подсказало, что техника птичьего полета, скорее всего, развивалась у таких машущих на бегу существ, а не у планирующих с деревьев. Напомню, что манирапторы приобрели птичьи по организации мозги, не отрываясь от земли: при быстром беге, чтобы легко и точно маневрировать, они тоже нужны. Биофизик Кеннет Дайэл из Университета Монтаны на опыте с птенцами показал, что, перебирая ногами, птица способна взбежать на 15-градусный склон, а с машущими крыльями даже на 75-градусный — почти вертикаль. И вернуться в гнездо или просто влезть на дерево. Так что машущее оперенное крыло птицы вполне могло появиться задолго до полета и для иных целей, так же как у насекомых. Освоившие планирующий стиль полета микрорапторы перейти на машущую технику уже были не способны.
Птичьи черты (строение перьев, скелета, дыхательного аппарата и теплокровность), на что обратил внимание Евгений Курочкин, накапливали как предки современных веерохвостых птиц, так и другие группы пернатых существ (конфуциусорнисы, энанциорнисы), а также динозавры, причем независимо. Получились различные в тонких деталях (например, разные типы коракоидно-лопаточного сустава), но вполне способные к машущему полету конструкции. А эволюция пернатых существ была столь же мозаичной, как и эволюция первых членистоногих или млекопитающих.
Считается, что самыми последними освоили воздушное пространство млекопитающие, однако уже среди древнейших — триасовых — представителей этой группы нашлись формы, приспособленные к планирующему полету. Среди современных млекопитающих летными качествами выделяются машущие рукокрылые и планирующие шерстокрылы. Единственный ныне род шерстокрылов (
В отличие от редких шерстокрылов рукокрылые — крыланы (летучие собаки) и летучие мыши составляют пятую часть видов современных млекопитающих. Самые древние из известных летучих мышей уже летали благодаря кожистой перепонке, растянутой между пальцами передних конечностей и задними лапами, и охотились с помощью эхолота-улитки — небольшого спирального органа в задней части черепа. Они испускали ультразвуковой сигнал, который, отражаясь от насекомых, воспринимался чувствительными волосками слуховой улитки и создавал звуковой портрет объекта[23]. Натяжение перепонки регулируется пронизывающими ее мышечными волокнами, а растяжимость ей обеспечивают эластино-коллагеновые волокна (в этом рукокрылые повторяют птерозавров). Интересно, что становление машущего полета привело к развитию у летучих мышей в скелете киля, где крепится мощная грудная мускулатура, как у птиц, и многочисленных дополнительных сочленений в скелете передних конечностей. Двигая пальцами и задними лапами, мыши могут менять натяжение летательной перепонки, любые изменения профиля которой чувствуют густой сетью нервных волокон и легко маневрируют: пикируют, описывают петли, делают бочку и входят в штопор без всяких последствий. И все это на скорости 20–30 километров в час! Даже в тесной пещере, где обитает несколько тысяч особей, летучие мыши никогда не сталкиваются с летящими сразу во всех направлениях соседями.
Если на соискание роли птичьих предков претенденты выстраиваются в длинную очередь, то у летучих мышей таковых что-то не видно. Проблема, конечно, в том, что мелкие редкие животные с тонкими костями в палеонтологической летописи оставить свой след шансов практически не имеют. На ее страницы пробивается в основном тот, кто покрупнее и пообильнее. Статистические расчеты показывают, что почти 90 процентов летучих мышей, когда-либо существовавших в природе, следов своего пребывания на Земле, увы, не оставили…
Быстрый же рост разнообразия летучих мышей в эоценовую эпоху отмечается не только находками скелетиков этих млекопитающих, но и, например, резкой сменой среди златоглазок: именно тогда современные представители этой группы ночных сетчатокрылых, способные улавливать мышиные ультразвуки, быстро начали замещать своих предшественниц, «не выучивших иностранный язык». Позднее, в олигоценовую эпоху, контроружие «изобрели» ночные бабочки-совки, разные группы которых научились создавать ультразвуковые помехи или, услышав мышиный ультраписк, быстро реагировать на него акробатическими воздушными кульбитами.
Если же верить молекулярным биологам (а верить им можно), то предков этой группы нужно искать среди общих предков хищников и копытных. И действительно, поместив череп ископаемого копытного хищника гиопсода (
Приматам, чтобы подняться в воздух, пришлось изобретать аппараты, мало похожие на те, что появились в ходе эволюции — без машущих крыльев, перьев и перепонок. Все это человек последние 250 лет (срок по меркам существования жизни ничтожный) тоже пытался воссоздать, но оказалось, что повторить механизмы, оттачивавшиеся природой сотни миллионов лет, практически невозможно. Лишь безмоторные дельтапланы несколько напоминают некоторые летающие семена и животных, но это лишь исключение, подтверждающее правило. И летать, опираясь не на крылья, а лишь на силу разума, оказывается непросто…
3. Кто делает погоду?
Толстый слой февральского снега превратил сопки Центральной Чукотки в совершенно правильные конусы. Между ними вольно разгуливает ветер, понижая уже привычные -30 °C до каких-то немыслимых отрицательных значений. Но тундра жива: по ложбинке вальяжно катится целая лавина зайцев-беляков, движение стаи не столько видно, сколько ощущается по перемещению многочисленных черных точек — кончиков ушей; в ту же сторону пробегает лисица, почти круглая в своей зимней шубке, причем не рыжей, а ярко-красной; из-за курума — россыпи камней — показывается чья-то любопытная голова почти без ушей. То ли небольшой медведь, то ли крупная собака. Когда зверь вылезает целиком и поворачивается немного боком, по горбатой спине и огромному пушистому хвосту узнаю росомаху — самого большого представителя семейства куньих на планете. Вижу ее живьем впервые и, удивляясь, что это красивое создание почему-то у многих вызывает чувство омерзения, пытаюсь подойти поближе. Зверь не уходит, а так же осторожно косолапит мне навстречу. Длинные когти не видно, но слышно, как они постукивают друг о друга в ритме шагов. Справа возникает еще одна такая же голова, слева — тоже, их число приближается к десяти. И тут мне вспоминается берцовая кость шерстистого носорога, виденная в Музее «Ледниковый период», — перегрызенная пополам и вся покрытая бороздками от твердых острых зубов… Вряд ли рогатый гигант был повержен росомахами, и ели те, наверное, только туши погибших носорогов… Но лучше все-таки ретироваться к буровым установкам, укутанным от зимней стужи до такой степени, что они стали похожи на боевые орудия повстанцев из киносаги «Звездные войны».
Геологи Валентин Бухов и Питер Фишл с рудника Купол канадской компании «Кинросс Голд», добывающей золото на Чукотке, уже грузят ящики с керном в пикап. Присоединяюсь к ним, и ранним полярным вечером под изумрудные сполохи северного сияния мы прибываем в лабораторный корпус. Геологи высматривают и находят сероватые кварцевые жилки с золотистыми блестками (впрочем, видными только в сильную лупу), а я высматриваю что-нибудь живое. Точнее, когда-то бывшее живым. Нахожу, правда, не я, а Бухов. Он протягивает мне розоватый кусочек керна с темным, словно обугленным, листиком на сколе, немного похожим на мимозу. Но это не мимоза, а метасеквойя — ныне реликтовое хвойное дерево, встречающееся только в Центральном Китае. Это древнее растение было описано сначала в 1941 году как ископаемое из третичных отложений Японии, а спустя несколько лет его обнаружили живьем, но только на небольшом участке леса на западе провинции Хубэй, что стало одним из крупнейших ботанических открытий XX века. Благодаря удачному стечению обстоятельств — в Китае я был накануне осенью — и удается распознать лист. В конце мелового периода раскаленный пепел (ныне розоватый алеврит в виде керна), выброшенный из жерла вулкана (ныне сопка), накрыл рощу метасеквой, окружавшую озеро, и сбил в воду их листья-иголки (ныне обугленный отпечаток). Вряд ли в то время — 70 миллионов лет назад — здесь лежали снега, даже зимой, подсказывает этот листик. Климат Центральной Чукотки был намного теплее…
В двух тысячах километрах на юго-восток от этого места — в Центральной Якутии — из-за сурово-континентальных условий зима длится семь месяцев, и уже в ноябре температура падает до -40 °C, а то и невообразимо ниже. Мы сидим в скособоченном УАЗике, который скачет по наклонному бечевнику реки Лены в сторону какого-то атомного по цвету заката. На противоположном, правом, берегу скоро покажутся Ленские столбы, куда еще предстоит дойти, три часа петляя среди наледей и торосов. А сейчас над нами нависают желтоватые утесы и преграждают дорогу когда-то сорвавшиеся с них глыбы. Одна из них привлекает внимание ровным узором на поверхности. Покидаю жаркое нутро неистребимого советского внедорожника и подбираюсь к глыбе поближе. Это, конечно, не писаница трехтысячелетней давности, одна из которых красной охрой нанесена на скале недалеко отсюда: семья из трех полосатых лосей, олицетворяющих круговорот природы (семиполосный лось — семимесячная якутская зима, пятиполосная лосиха — лето и пронзенный копьем лосенок — постоянно нарождающийся и умирающий мир). Узор создан природой: слои из небольших тонких известковых плиток, сложенных домиком и вновь затвердевших, — это следы мощных торнадо, бушевавших около полумиллиарда лет назад, когда здесь раскинулось обширное тропическое море. Сейчас подобные осадочные породы — темпеститы[24] — образуются, например, у Багамских островов, где шторма, вызванные торнадо, взламывают известковое дно и выкладывают свою мозаику.
Температурные контрасты между нынешними Чукоткой и Якутией и их геологическим прошлым определяются разными причинами. Полмиллиарда лет назад Якутия действительно находилась почти у экватора, а 70 миллионов лет назад было теплее на всей планете. Но как отличить одну причину от другой и какие силы предопределяют климатические колебания?
Как вообще измерить температуру на Земле в былые эпохи? С помощью змеи. Берем змею и меряем. И это не шутка: чем теплее, тем длиннее может вытянуться такое пресмыкающееся. Поэтому, зная, что палеоценовая змея из Колумбии была 13 метров длиной (нынешний рекордсмен — сетчатый питон — уступает ей три метра) и весила более тонны, можем рассчитать, как это сделал палеоклиматолог Джейсон Хед из Торонтского университета и его коллеги, что 60 миллионов лет назад среднегодовые температуры умеренных широт достигали 32–33 °C. Заметно теплее, чем сейчас. Оказалось, что в змеях или крокодилах температуру можно измерить гораздо точнее, чем с помощью главного индикатора палеоклимата — формы листьев, занижающих этот показатель на 6–8°.
Крокодилы очень теплолюбивы: разные виды развивают активность при температурах от 30 до 40 °C, а если столбик термометра опускается ниже 5 °C (для некоторых видов — всего 25 °C), обычно гибнут. Бывают, правда, случаи, как в американской Пенсильвании, когда сбежавший крокодил протянул на воле семь лет при зимних температурах до -6 °C, но размножаться он все равно не мог, даже если бы ударился в бега с партнером противоположного пола. Поэтому ископаемые крокодильи кости, обнаруженные в приполярных широтах, доказывают: прежде климат здесь бывал и жарче, например в эоценовую эпоху (50 миллионов лет назад), когда эти пресмыкающиеся поселились на острове Элсмир в Арктической Канаде. А морские крокодилы процветали лишь в самые жаркие времена. В отличие от ихтиозавров и плезиозавров, как считает биогеохимик Кристоф Лекюе из Лионского университета, крокодилы никогда не обладали способностью регулировать температуру тела, о чем свидетельствует изотопный состав их костей — такой же, как у холоднокровных рыб. В течение 200 миллионов лет своего существования бороздившие моря и океаны крокодилы неоднократно вымирали, а затем «нарождались» — происходили заново от пресноводных видов. Ныне подобных рептилий всего две: гребнистый крокодил и острорылый, но в открытом море они не встречаются (один населяет побережье Юго-Восточной Азии и Северной Австралии, другой — Центральной Америки).
Итак, змеи и крокодилы показывают, что в палеоценовую и эоценовую эпохи на Земле действительно было жарче, причем не только в умеренных и полярных широтах, как принято считать, исходя из модели термостата. Эта модель предполагает, что если где-то прибавилось (в Заполярье), то где-то должно убавиться (в тропиках), и получается, что перепад температур от полюса к экватору был не таким резким, как в наши дни. Однако в теплые времена, подобные юрскому — палеогеновому периодам, и разница температур была заметной, и их среднегодовые значения повсеместно выше — на 10 °C.
Если говорить серьезно, то, конечно, палеоклиматологи для подобных реконструкций одной змеей не довольствуются. Палеотемпературы измеряются с помощью океанического растительного планктона; обитавших на дне морей одноклеточных — фораминифер и многоклеточных — брахиопод и двустворок; плававших в толще вод головоногих моллюсков, зубастых акул и ящеров. Главное, чтобы у этих организмов была раковина или зубы, в которых за время жизни их хозяев накапливаются сведения обо всех изменениях среды, в том числе температуры. Самый простой и достаточно надежный способ измерить температуру у организма, которому и градусник вставить некуда, и в живых давно (несколько десятков — сотен миллионов лет) нет, придумал Гарольд Юри, нобелевский лауреат, который советовал геологам собирать тектиты, а астронавтам — лунный грунт. Это соотношение стабильных изотопов кислорода: 18О к 16О. Оба изотопа входят в состав молекул воды. Но облегченные молекулы испаряются быстрее, и потому большая их часть в виде пара находится в атмосфере и выпадающих оттуда осадках (в этом случае в метеорологическом смысле, а не в геологическом), а также в ручьях и реках, льдами и снегами питаемых. В холодные времена, когда значительные массы атмосферных осадков ледяными шапками застывают в полярных областях и ледниками расползаются оттуда до умеренных широт, океан обогащается тяжелым изотопом. А значит, в избытке получат его и все живущие в равновесии со средой организмы. Есть, правда, и такие, которые сами влияют на кислородный баланс в своем скелете, но методом проб (из этого самого скелета) и ошибок (в расчетах) палеоклиматологи смогли выбрать лучших из лучших. Ими и оказались выше перечисленные организмы. Правда, работая с палеозойскими слоями, приходится резко ограничивать круг избранных, поскольку скелеты, построенные из нестойких карбонатных минералов, закономерно преобразуясь в стойкие, увы, теряют первичный изотопный сигнал. Так что самые точные палеозойские термометры — это раковины брахиопод (низкомагнезиальный кальцит и фосфат) и зубы позвоночных (фосфат).
Исходя из примерного соответствия температур уровню углекислого газа в атмосфере, можно измерить этот показатель и другими методами. Например, по плотности устьиц на листовой пластинке, которая тем меньше, чем выше парциальное давление двуокиси углерода. Эти органы растений осуществляют пассивный газообмен со средой: при обильном углекислом газе много устьиц не требуется, а вот при низком уровне, когда на счету каждая молекула, их нужно как можно больше. Значит, сгущение устьиц указывает на падение температуры, и наоборот. Можно прикинуть палеотемпературы по соотношению стабильных изотопов углерода в почвенных минералах или по соотношению стабильных изотопов бора в раковинках планктонных фораминифер, отражающему кислотность среды. Все эти показатели тоже напрямую зависят от парциального давления углекислого газа.
А самый «простой» способ определить если и не абсолютные температуры в градусах, то время наиболее масштабных климатических сдвигов — по карбонатным минералам, в первую очередь скелетным. Еще 20 лет назад из учебников, в том числе университетских, можно было узнать, что химический состав вод Мирового океана отличается завидным постоянством вот уже 2 миллиарда лет. Однако седиментолог (специалист, изучающий закономерности формирования осадочных пород) Филип Сэндберг из Иллинойского университета показал, что по крайней мере в отношении двух таких важных ионов, как Са2+ и Mg2+, это утверждение неверно. Изучая распределение в ископаемой летописи нескольких разностей карбоната кальция, а именно, устойчивого низкомагнезиального кальцита (≤4 мол.% Mg) и легкорастворимых высокомагнезиального кальцита (>4 мол.% Mg) и арагонита, он заметил, что за последние 500 миллионов лет временные интервалы, когда преобладал более стабильный кальцит, чередовались с теми, когда образовывались две другие его разности. Первые он назвал «арагонит-подавляющими», а вторые — «арагонит-благоприятствующими» эпохами. Ныне эти два состояния Мирового океана именуют «кальцитовыми» и «арагонитовыми» эпохами. В «арагонитовые» — преобладали морские животные и водоросли с арагонитовыми или высокомагнезиально-кальцитовыми скелетами, в «кальцитовые» — доля таких организмов снижалась. Так же ведут себя две примечательные разности морских карбонатов: оолитовые пески, состоящие из мелких известковых шариков, и первичные морские цементы (известковые оторочки, заполняющие полости в рифах или в уже затвердевшем осадке).
Конечно, обнаружить настоящий арагонит в отложениях возрастом свыше 300 миллионов лет почти невозможно: по причине химической неустойчивости он со временем замещается обычным кальцитом. Та же участь ждет высокомагнезиальный кальцит: он превращается в магнезиальный карбонат — доломит. Потому среди палеозойских и более ранних отложений мы встречаем почти исключительно кальцит и доломит. Однако понять, первичны они или вторичны по происхождению, можно: формой кристаллов арагонит отличается от кальцита и последний, замещая первичный минерал, образует псевдоморфозы — принимает форму шестоватых арагонитовых кристаллов. Иногда в них сохраняется избыток стронция, характерный для арагонита, но не для кальцита. Подобные минералогические и геохимические признаки Сэндберг использовал, чтобы узнать, какие именно минералы преобладали в те или иные эпохи.
Секрет же чередования «арагонитовых» и «кальцитовых» морей связан с уровнем содержания двуокиси углерода в атмосфере: чем выше этот уровень, тем больше растворяется двуокиси углерода в Мировом океане, и далее, по цепочке химических преобразований, в океаническом резервуаре повышается содержание угольной кислоты — иона бикарбоната — иона водорода. В результате среда подкисляется, а растворимость карбонатных минералов, особенно менее устойчивых, возрастает. Если же мы сопоставим графики «кальций-магниевого» состава Мирового океана и изменений климата Земли, то «кальцитовые» эпизоды совпадут с теплыми эрами — продолжительными (в несколько десятков миллионов лет) интервалами, в течение которых ледяные «шапки» практически отсутствовали. А время «арагонитовых» морей придется на холодные эры, характеризующиеся длительными и обширными континентальными оледенениями. Свидетельствует ли эта взаимосвязь о влиянии уровня содержания углекислого газа в атмосфере Земли на климат?
Похоже, что так. В течение последних 550 миллионов лет доля организмов со скелетами из арагонита и высокомагнезиального кальцита в ископаемой летописи планеты не только периодически изменялась, но и неуклонно росла, в то время как тех, кто использовал скелет из низкомагнезиального кальцита, становилось меньше и меньше. Графики, отражающие это понижение, повторяют кривую содержания двуокиси углерода в атмосфере, рассчитанную по модели геохимического баланса группой палеоклиматолога Роберта Бернера из Йельского университета. Модель учитывает данные об изменениях площади суши, расчлененности рельефа, палеоширотного положения континентов, темпах роста срединно-океанических хребтов и скорости субдукции (погружения океанических плит под континентальные), интенсивности солнечного излучения, распространения разных групп сосудистых растений и распределения центров накопления карбонатов в океане. Эти расчеты подтверждаются различными методами измерения уровня двуокиси углерода в атмосфере, о которых говорилось выше (по плотности устьиц на листовых пластинках, соотношению изотопов углерода в почвах и раковинах и так далее). Палеотемпературная кривая, построенная группой геохимика Яна Вайцера из Университета Рура по данным изотопии кислорода, ведет себя сходным образом. Значит, между колебанием содержания углекислого газа в атмосфере и изменением климата Земли есть прямая связь. Она указывает не только на цикличность этого процесса, но и на то, что эта цикличность накладывается на прогрессивное снижение температуры в приповерхностных слоях атмосферы в прошедшие полмиллиарда лет.
Отчего вообще теплеет или холодает? В глобальном смысле? Физики заявляют, что с позиций высокой теоретической науки все уже давно ясно, а потому, скажем, — нынешнее глобальное потепление — это неизбежность, данная нам в ощущение. Хотелось бы, конечно, увидеть хоть одну достоверную физическую модель, которая объясняла бы раннеэдиакарский ледниковый период (640 миллионов лет назад), когда материковые льды сползали почти до самого экватора, или хотя бы позднеордовикский (444 миллиона лет назад), когда глобальное оледенение случилось по геологическим меркам в одночасье. Ряд исследователей полагают, что на ранних этапах истории Земли — в архейском эоне (3–4 миллиарда лет назад), когда нарождающаяся жизнь особенно нуждалась в тепле, но Солнце светило на 20 процентов тусклее и еще не могло ее обогреть, на Земле все равно прохладнее не было: исследование осадочных горных пород и минералов того времени показывает, что они кристаллизовались в достаточно теплых условиях. Чтобы поддерживать подобные условия, земная атмосфера должна была быть или плотнее, чем ныне, или содержать больше парниковых газов, таких, как двуокись углерода или метан.
Но из каких газов состояла древняя атмосфера? Чтобы определить плотность древней атмосферы, а следовательно, и ее состав, в середине XIX века Чарлз Лайель, один из основоположников геологической науки, предложил… измерить ископаемые отпечатки капель дождя. Такие отпечатки хорошо сохраняются в вязких и быстро твердеющих вулканических туфах. Астробиолог Санджой Сом и его коллеги из Вашингтонского университета в Сиэтле взяли за образец отпечатки дождевых капель на исландских туфах, образовавшиеся в 2010 году после извержения вулкана Эйяфьядлайёкюдль, и сравнили их с туфами из Южной Африки, возраст которых 2,7 миллиарда лет. Выяснилось, что древние капли в момент удара о землю были в среднем мельче современных. А поскольку размер капель зависит от плотности атмосферы, значит, атмосфера была в 1,5–2 раза менее плотной, чем ныне. Вряд ли она состояла из углекислого газа или азота, но могла быть насыщена сохраняющим тепло метаном. Именно под метановой атмосферой процветали метанокисляющие бактерии, оставившие многочисленные следы в изотопной и молекулярной летописи планеты. В существовании метановой атмосферы нет ничего удивительного: например, как выявила миссия «Кассини», на спутнике Сатурна Титане всего при 100°К плавают метановые облака, проливающиеся метановыми дождями, которые наполняют метановые реки и озера.
Большинство геохимиков и геологов соглашаются, что по меньшей мере с протерозойского эона (то есть 2,5 миллиарда лет назад и позднее) основным атмосферным газом, определяющим температуру на поверхности нашей планеты, был углекислый. Правда, что именно и как влияло на содержание двуокиси углерода в атмосфере (а также в гидросфере и литосфере), остается загадкой. Часто приходится читать, что хорошим поглотителем углекислого газа являются рифовые экосистемы. Действительно, в них сосредоточены огромные запасы карбоната кальция, и ежегодно добавляется по 900 миллионов тонн. Соблазнительно допустить, как многие и делают, что на образование этого минерала уходит атмосферная двуокись углерода. Однако обызвествление кораллов, губок, водорослей, простейших, что обеспечивает рост и расширение рифов, записывается формулой:
Са2+ + 2НСO3 → СаСO3 + Н2O + CO2↑.
К тому же процесс этот отнюдь не равновесный, а протекает с явным сдвигом в правую строну, в результате чего рифы подгазовывают атмосферу на 245 миллионов тонн углекислоты в год. По этому показателю среди текущих «нечеловеческих» процессов они уступают только наземным вулканам (в среднем около 300 миллионов тонн в год, что, кстати, составляет всего один процент от того, что производит в год человечество).
Идея связать содержание углекислого газа в атмосфере Земли с температурой и явлениями на поверхности родилась в 1899 году: геолог Томас Чемберлин, работавший в Чикагском университете, один из создателей теории оледенений, предположил, что этот газ расходуется на выветривание горных пород, реагируя с содержащимися в них силикатными минералами. Значит, в горообразовательные эпохи, когда в контакт с атмосферой вступают значительные объемы «свежих» силикатных минералов, нужно ожидать резкое падение уровня двуокиси углерода в атмосфере и столь же быстрое похолодание. К этой идее возвращались неоднократно: ведь действительно многим периодам похолодания и оледенения в истории Земли предшествовали вздымания обширных хребтов и плато. Но добыть более-менее обоснованные доказательства ее смогли лишь в 1990-е. К тому времени по изотопной летописи стронция (87Sr к 86Sr) научились привязывать к определенному интервалу такие события, как рост гор и интенсивность этого явления. (Чем быстрее вздымаются горы, тем большие площади свежих, еще не измененных и обогащенных 87Sr горных пород оказываются доступными для атмосферных газов и текучих вод, разрушаются под их действием, а продукты разрушения выносятся в океан.) Одновременное возвышение мощных горных систем, таких, как Альпийско-Гималайский пояс и Анды в кайнозойскую эру, особенно начиная с миоценовой эпохи (20 миллионов лет назад), совпало по времени с наступлением последней ледниковой эпохи. Причем по мере усиления горообразования возрастала и степень химического выветривания силикатных минералов. Казалось бы, загадка великих оледенений наконец решена…
Но тут же последовало «разоблачение» со стороны геохимиков Деррилла Керрика из Университета штата Пенсильвания и Кена Калдейры из Научного института имени Карнеги в Вашингтоне: ведь горообразование связано с существенным нагревом пород, ведущим к выделению в атмосферу углекислого газа. И в таких объемах, что вздымание Гималаев должно было бы привести к повышению наземной температуры на 0,5 °C, в то время как его поглощение к понижению на 0,2 °C. В итоге получаем дополнительный прирост в +0,3 °C, что никак не вяжется с глобальным похолоданием. Тем не менее Янцзы, Ганг с Брахмапутрой и Амазонка — реки, берущие свое начало именно в Тибете, Гималаях и Андах, — выносят в океан свыше 20 процентов карбонатных растворов, образовавшихся при химическом выветривании. Значит, поглощение «излишков» углекислого газа в этих регионах происходит. Но как? Как можно ускорить химическое выветривание, если площадь обнажившихся горных пород даже во время столь стремительных (в геологическом смысле) процессов, как горообразование, прирастает незначительно? Оказалось, что можно, — если на планете существует жизнь.
Пока же отметим, что климат планеты зависит от множества явлений, включая потоки галактической космической радиации; определенные стадии орбитальных циклов (задающих время потеплений и оледенений, но отнюдь не их интенсивность); положение континентов и их площадь, доступная выветриванию; характер океанических течений; особенности горообразовательных процессов и вулканизма; типы наземного растительного и облачного покрова; наличие тех или иных групп планктона, активность организмов-деструкторов; таяние метангидратов… Список можно продолжать и продолжать.
Почему бы ни включить в перечень климатических факторов растительноядных динозавров или мамонтов? Ведь их пищеварение вряд ли протекало без выделения метана, который влияет на парниковый эффект. Если принять парниковый эффект двуокиси углерода за единицу, то метан, по данным Рабочей группы I при Межправительственной группе экспертов по изменению климата за 2007 год, окажется в 21–25 раза эффективнее, то есть поступление в атмосферу миллиона тонн метана равнозначно 21–25 миллионам тонн углекислого газа. Ныне метан попадает в атмосферу как из природных источников (вулканы, таяние многолетнемерзлых пород, болота), так и благодаря деятельности человека (потери при добыче природного газа, рисовые чеки, разведение скота, мусорные свалки). Биолог Фелиса Смит из Университета Нью-Мексико и ее коллеги не исключают, что вина человечества в изменении климата имеет давнюю историю и восходит к уничтожению мамонтовой фауны, которая существенно влияла на уровень метана в атмосфере. Расчетные данные вроде бы совпадают с колебанием уровня метана в атмосфере по данным бурения на ледяном щите Гренландии (во льду в виде пузырьков газа заморожены атмосферные пробы за 110 тысяч лет истории Земли). Правда, тогда бы исчезновение мамонтов и прочих мохнатых гигантов должно было усилить похолодание, но никак не потепление. Может, наоборот, узнав о грядущем потеплении, мамонты с испугу усилили метановую эмиссию — вот и потеплело? Пусть физики посчитают…
Однако задолго до появления мамонтов Землю населяли гораздо более крупные растительноядные позвоночные — завроподы. Ныне разведение домашнего скота, основу которого составляют жвачные млекопитающие, является источником примерно 20 процентов метана, ежегодно поступающего в атмосферу. Учитывая огромную разницу в размерах между растительноядными ящерами и млекопитающими, эколог Дэвид Уилкинсон из Ливерпульского университета имени Джона Мура, климатолог Эуан Нисбет из Лондонского университета и эколог Грэм Ракстон из Университета Глазго предположили, что завроподы влияли на климат юрского и мелового периодов. В своих расчетах они исходили из данных по встречаемости костей завропод в верхнеюрской формации Моррисон, распространенной на западе США на площади 15 миллионов квадратных километров. И если скорость обмена веществ у завропод приближалась к таковой у современных пресмыкающихся, а не млекопитающих, то биомасса этих динозавров могла достигать 200 тонн на квадратный километр, или, скажем, 100 апатозавров по 20 тонн каждый. По другим оценкам, общая биомасса ящеров могла составлять от 80 до 670 тысяч килограммов на квадратный километр, то есть в 4–24 раза превышать таковую растительноядных млекопитающих на такой же площади. Кроме того, при более высокой температуре и уровне содержания углекислого газа в юрской и меловой атмосфере продуктивность растительности была оценена как повышенная, несмотря на несколько укороченный световой день (планета вращалась быстрее). И если современные нежвачные млекопитающие производят метана примерно 0,18 литра на килограмм собственной массы, получается, что один апатозавр мог бы испускать 2675 литров этого газа в день, а общий объем динозавровых «выхлопов» приближался к 520 миллионам тонн в год. Это больше, чем образуется метана благодаря деятельности человека, и почти столько же, сколько его выделяют все современные источники, вместе взятые. Впрочем, геолог Том ван Лун из Университета имени Адама Мицкевича в Познани сомневается в правильности подсчетов биомассы завропод. Действительно, эти динозавры могли весить по 20 тонн и более, а продуктивность растительности в теплом мезозойском климате превосходила современную, но скорость обмена веществ у динозавров, особенности их стадного поведения и реальные площади распространения растительности вряд ли позволяли поддерживать очень большую численность ящеров.
Вообще вся эта история с динозаврами — явно с душком, пусть даже и метановым. А хочется вздохнуть полной грудью. Сохранись до наших дней тот высокий уровень углекислого газа, что был в начале палеозойской эры, нам бы пришлось непросто. Но на помощь пришли другие существа…
Внушительные меловые утесы и кремнистые скалы, облака, парящие в небесной выси, и тропические циклоны, смывающие приморские города и деревни, — все эти поражающие воображение разнородные явления обязаны существованием одной мелочи, которую не в каждый микроскоп разглядишь. Ведь даже организм размером в миллиметр выглядит среди них как секвойя на травяной лужайке. Группа климатологов во главе с Анандом Гнанадесиканом из Национального управления США по океану и атмосфере установила с помощью компьютерного стимулирования: одно из самых грандиозных на Земле явлений — тропические циклоны — зависит от одного из самых микроскопических — а именно от планктонных водорослей. Эти свободно парящие в океане одноклеточные организмы, подобно деревьям и травам, развиваются благодаря преобразованию солнечной энергии в пигментах — таких, как хлорофилл. Пигменты[25] названы так не случайно: многомиллиардные скопления планктонных водорослей придают поверхности океана более темную окраску. Если планктон отсутствует, солнечный свет коротковолнового диапазона рассеивается в глубинах, не влияя на температуру вод, а в местах таких скоплений поверхность океана нагревается. Этот и есть одно из важных условий для зарождения циклона. Поскольку планктон отнюдь не однороден, а состоит из весьма «пестрых» групп водорослей, приспособленных к разным глубинам обитания и другим особенностям среды, то изменение состава планктонных сообществ может влиять на место зарождения циклона и на его силу.
Ураганы — далеко не единственное явление на планете, за которое отвечают планктонные водоросли. Облака, казалось бы зависящие лишь от воли ветра, более всего нуждаются в пылинках или капельной взвеси (аэрозоли). Без такой затравки облако само по себе никогда не появится. Четверть века назад метеоролог Роберт Чарлсон из Университета штата Вашингтон и химик Джеймс Лавлок, разрабатывавший инструментальные программы для НАСА, предположили, что затравкой могут служить капельки органических кислот на основе серы и метана. Эти кислоты образуются в нижних слоях атмосферы при распаде диметилсульфида. Название подсказывает, что основу молекулы этого вещества составляет ион серы, к которому присоединены две метильные группы (СН3). И хотя органические вещества не обязательно создаются организмами, диметилсульфид накапливается именно в ходе роста одноклеточных водорослей. После отмирания живых клеток диметилсульфид попадает в воду и, испаряясь вместе с ней, оказывается в атмосфере. Потому скопления планктонных водорослей в океане оказываются одновременно районами образования облаков. Затем вместе с потоками воздуха облака перетекают (именно перетекают, поскольку состоят из воды) в сторону суши и проливаются дождями. Более трети облаков, проплывающих над континентами и приходящих со стороны океана, появляется благодаря морским водорослям. Так необходимую влагу получают наземные растения. Чтобы понять масштабы этого явления, достаточно обратиться к цифрам: в пересчете на объемы серы, водоросли в 1,7 раза более значимы для появления облаков, чем вулканы. И хотя одноклеточные организмы уступают по этому показателю человеческой деятельности (в 8,3 раза), благодаря своему океаническому положению именно они в первую очередь отвечают за возникновение и рост облаков. В любом случае до появления человека планктонные водоросли были самой влиятельной силой в формировании облачного покрова.
Поделиться книгой: