Эволюция: Триумф идеи - Карл Циммер

Эти горные породы рисуют картину полного опустошения. По ним видно — и Уорд с коллегами это установили, — что исчезновение деревьев высвободило реки Карру из узких постоянных русел. Они петляли по равнине, как спутанные нити, размывая незащищенную почву. Только в самых верхних слоях промоины вновь появляются окаменелости листрозавров. Только они да еще предки динозавров и синапсиды, более тесно связанные с млекопитающими, и уцелели во время той жуткой катастрофы. Прошли миллионы лет, прежде чем деревья вновь скрепили почву.

Сухопутная жизнь пострадала не только в Карру, но и по всему миру. На Земле погибли едва ли не все виды деревьев, исчезли и многие более мелкие виды растений. Даже насекомые — в первый и последний раз за свою 500-миллионолетнюю историю — вымирали в огромных количествах. В океанах катастрофа оказалась еще более опустошительной. Погибали целые рифы. Даже трилобиты — ребристые членистоногие, которые 300 млн лет были самыми распространенными морскими животными, — пали жертвой пермского вымирания[11]. Гигантские морские скорпионы, известные как эвриптериды, появились на Земле 500 млн лет назад и 250 млн лет были весьма успешны. Некоторые из этих животных достигали в длину трех метров. В конце пермского периода они тоже полностью вымерли. В общем, по современным оценкам, тогда кануло в небытие 90% всех видов на Земле.

В океанах по крайней мере все произошло стремительно. Стены заброшенной каменоломни рядом с деревней Мэйшань в Южном Китае свидетельствуют как раз об этом — о вымирании морских животных в конце пермского периода. Кроме того, атомы углерода в известняке говорят о глобальной катастрофе. Как известно, известняк складывается из скелетов микроскопических существ. Эти существа берут из воды кальций и двуокись углерода и превращают их в карбонат кальция, из которого и строят скелет. Углерод, который они используют, может происходить из какого-то живого источника — к примеру, из перегнившего листа или мертвой бактерии — или непосредственно из вулкана (тогда это неорганический углерод). Фотосинтез отфильтровывает значительную часть изотопа С-13, поэтому органический углерод отличается по изотопному составу от неорганического. Измеряя соотношение изотопов в известняке, ученые могут определить, сколько органического углерода производилось в то время, когда жили все те существа, скелеты которых образовали эту осадочную породу.

Во время пермского массового вымирания в изотопном составе известняков в Мэйшане наблюдается резкий скачок. По его характеристикам можно сделать вывод о том, что экосистемы океанов рухнули, и моря на некоторое время наполнились мертвой органической материей. Аналогичный изотопный максимум геологи обнаружили в породах Непала, Армении, Австрии, Гренландии. Но каменоломни Мэйшаня — случай особый; слои известняка в них перемежаются слоями вулканического пепла от извержений, имевших место перед самым началом вымирания и после него. В слоях пепла есть цирконы, точные геологические часы. Иными словами, Мэйшань позволяет примерно определить, как долго длилась катастрофа.

В 1998 г. Сэмюель Боуринг из Массачусетского технологического института и его коллеги измерили содержание урана и свинца в цирконах, обнаруженных в слоях чуть выше и чуть ниже слоя вымирания и, соответственно, выброса в изотопном составе углерода. Ученые пришли к выводу, что катастрофа длилась не более 165 000 лет, а может быть, и намного меньше. Слои вулканического пепла из других частей Китая дали тот же результат. По геологическим меркам пермское вымирание произошло мгновенно.

Любое объяснение глобальной катастрофы должно укладываться в эти достаточно узкие рамки. Одна из популярных прежде гипотез объясняла вымирание живых существ медленным, но неумолимым и очень сильным падением уровня Мирового океана. Известно, что если 280 млн лет назад водой было покрыто около 40% площади континентов и берегового шельфа, то 250 млн лет назад этот показатель составлял уже всего 10%.

Но если причиной массового вымирания действительно стало отступление океанов, то и процессы эти должны были занять миллионы лет, а не тот краткий период, на который указывают исследования Боуринга. Мировые экосистемы рассыпались как карточный домик, а не как холм, медленно размываемый талыми водами. Ученые ищут другие причины.

В принципе, вулканические извержения могли сделать свое черное дело очень быстро по геологическим меркам. Всего за несколько сотен тысяч лет до глобального вымирания в нынешней Сибири открылись гигантские вулканические жерла и началось излияние лавы. Примерно за миллион лет произошло одиннадцать массивных извержений, жерла выплюнули три миллиона кубических километров лавы — достаточно, чтобы покрыть всю поверхность планеты слоем толщиной 20 метров. Сибирские вулканы могли стать причиной вымирания, резко изменив климат и химический состав воды и атмосферы, которые делали возможной жизнь на планете. Вместе с лавой вулканы могли выпустить громадные облака сульфатов (SO42-). В воздухе эти молекулы могли образовать мглистую дымку, отражающую солнечный свет и вызвать охлаждение планеты. Выпав с неба кислотным дождем, эти капельки могли отравить почву.

И охлаждение, и отравление, вызванное вулканами, были способны быстро погубить большую часть деревьев на планете. Насекомые, которые зависели от растительности напрямую, тоже неминуемо вымерли бы, как и многие позвоночные. Кислотные дожди и холодное облачное покрывало могли продержаться несколько лет. Но и позже, когда тучи рассеялись, разрушительное действие вулканов не прекратилось бы. Сибирские вулканы могли выпустить в атмосферу триллионы тонн двуокиси углерода (углекислого газа), который начал бы поглощать тепло и со временем вызвал бы глобальное потепление. Судя по всему, климат на планете потеплел очень быстро, может быть, всего за несколько десятилетий. Из-за тепловой волны биосфера, которая и так уже пострадала, стала испытывать сильнейшее негативное воздействие.

Эндрю Нолл из Гарвардского университета утверждает, что вулканические извержения могли нарушить тонкое химическое равновесие океанов и тем самым погубить водную жизнь. Существуют свидетельства того, что 250 млн лет назад содержание углекислого газа в глубинах океана поднялось до смертельно высокого уровня. Из органического углерода, выпадавшего на морское дно, образовался углекислый газ, который из-за слабой циркуляции воды в океане оказался заперт на глубинных уровнях. Вулканические извержения, изменив климат, взбаламутили океан и вызвали подъем углекислого газа из глубин в поверхностные слои. В результате изменилась кислотность крови морских обитателей, и большинство морских видов вымерло.

Ученые пока не определились окончательно, что же стало причиной массового пермского вымирания. Вполне возможно, что причин было несколько. «При тщательном исследовании геологических пород на границе пермского и триасового периодов мы находим очень много указаний на то, что ситуация быстро ухудшалась, причем во многих отношениях, — говорит Уорд. — Мы видим страшную засуху, мы видим рост температуры. Характер течения рек, аккумулирование осадков на морском дне, уровень океанов менялся — глобальные параметры стремительно менялись в самых разных направлениях. Может быть, это массовое вымирание было вызвано тем, что множество вещей разом провалилось в тартарары».

Человеческое воображение не в состоянии представить мир сразу после массового вымирания. Наш опыт слишком мал, нам просто не с чем сравнить это грандиозное событие. Разве что извержения вулканов, свидетелем которых было человечество уже в исторические времена, могут хотя бы очень примерно показать нам, как выглядела жизнь 250 млн лет назад — сразу после того, как вымирание прекратилось.

В Зондском проливе между островами Ява и Суматра когда-то находился остров под названием Кракатау. До 1883 г. все, кто проплывал мимо, могли видеть поросшие лесом склоны древнего вулкана. В XVII в. голландцы основали на Кракатау военно-морскую базу, позже добывали там серу и рубили лес. До XIX в. индонезийцы жили на острове в нескольких деревнях, возделывали рис и перец. К 1883 г. остров был необитаем.

В мае того года вулкан начал погромыхивать. Группа голландских наблюдателей приплыла на остров и поднялась на гребень одного из кратеров, размер которого составлял 980 метров в поперечнике. Они увидели, как пар вырывается из трещин, как в воздух взлетают вулканический пепел и куски пемзы размером с бейсбольный мяч. Затем Кракатау вновь затаился на три месяца, перед очередной вспышкой. 26 августа на острове началось такое извержение, что взрывы были слышны на расстоянии нескольких сотен километров. Столб вулканического пепла поднялся на 30 километров. Грязь дождем сыпалась с потемневшего неба. Облака испаряющихся горных пород понеслись над проливом со скоростью 500 километров в час. Наткнувшись на землю, они двинулись вверх по склонам, испепелив тысячи людей. Во все стороны от Кракатау прокатились цунами, смывая десятки деревень с лица земли. А затем двинулись по земному шару, дойдя аж до Ла-Манша. Несколько месяцев после этого вулканический пепел носился в воздухе, в результате чего во всем мире пылали кроваво-красные закаты. В ноябре 1883 г. жители штатов Нью-Йорк и Коннектикут не раз вызывали пожарных, поскольку при виде красного зарева на западе многие решали, что по соседству пылает целый город.