Чтение онлайн

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

и поступление газов — продуктов их распада — в атмосферу. Наконец, существовал еще один источник парниковых газов — очень близко во времени к пермо-триасовой границе произошел один из крупнейших в истории Земли эпизод континентального вулканизма. Излившиеся тогда на поверхность Земли породы составляют так называемые сибирские траппы, покрывающие сейчас слой за слоем чередующимися лавовыми потоками и вулканическими обломками значительную часть центральной Сибири. (Название этих и других подобных толщ базальтовых потоков — траппы — происходит от шведского слова, обозначающего ступени. Часто, особенно после эрозии, накладывающиеся друг на друга горизонтальные потоки имеют вид ступеней лестницы.) Многие геологи считают, что воздействие сибирского вулканизма на среду обитания было очень сильным, хотя их аргументы зависят от скорости излияния этих огромных количеств лавы. Главным следствием этого излияния, которое можно было бы связать с вымираниями, являлся выброс в атмосферу больших количеств вулканических газов — таких, как сернистый газ (SO2) и углекислота (СO2). Интересно отметить, что имеются хорошие доказательства того, что в другие периоды высокой скорости вымирания произошло еще несколько эпизодов мощного континентального вулканизма, из которых самым крупным было излияние траппов в Декане — огромного нагромождения лавовых потоков в центральной и западной Индии, очень похожее на сибирские траппы. Определение возраста этих пород показало, что их излияние приблизительно совпадает во времени с вымираниями на границе мела и третичного периода. Связаны ли прямо эти эпизоды массового излияния лавы на поверхность Земли с вымираниями, неизвестно, но совпадение во времени тех и других событий заставляет задуматься.

Хотя в наше время датировка изверженных пород, связанных с такими событиями, как излияние деканских или сибирских траппов, есть дело довольно простое, гораздо труднее в силу технических трудностей определить абсолютный возраст осадочных пород, о чем уже говорилось в главе 6. Поэтому существует значительная неопределенность относительно точного определения некоторых событий, которые можно связать с пермо-триасовыми вымираниями. Например, поскольку в конце перми Пангея простиралась от полюса до полюса, создались благоприятные условия для возникновения полярных ледяных шапок, и действительно существуют признаки наличия оледенений в пермский период. Вопрос в том, что неизвестно, когда именно это событие достигло своего пика и не было ли в то время глобального похолодания. Возможно, что сильные и быстрые колебания уровня моря в конце перми были частично обусловлены наступлениями и отступлениями ледников. В любом случае ясно, что за сильным падением уровня моря в конце перми последовало довольно быстро общее мировое потепление и новый существенный подъем уровня моря.

Почти все обобщенные компьютерные модели реакции климата на глобальное потепление предсказывают гораздо большую его изменчивость, чем та, которую мы сейчас переживаем. Следовало бы ожидать больших различий между средними температурами лета и зимы, а также периодических коротких наплывов как сильной жары, так и крайнего холода. Можно предположить, что такие флуктуации характеризовали потепление климата в конце пермского периода. Огромность континента Пан-геи еще более подчеркивала эту тенденцию, особенно в его внутренних частях. Таким образом, даже при отсутствии мгновенной глобальной катастрофы, такой, как падение астероида, нетрудно представить себе, что при мощных вулканических излияниях, климатической изменчивости и резких изменениях уровня моря наш мир в конце пермского периода был очень суровым местом для многих форм жизни.

ПРИЧИНЫ ВЫМИРАНИЙ НА ГРАНИЦЕ МЕЛА И ТРЕТИЧНОГО ПЕРИОДА

Как это обычно происходит после всех массовых вымираний, группы, пережившие пермо-триасовый кризис, в течение мезозоя быстро размножились и увеличили количество своих форм. Хотя и было несколько моментов, когда скорость вымирания снова увеличилась по сравнению с обычным, средним уровнем, следующее действительно крупное вымирание, зафиксированное в каменной летописи, произошло на границе мела и третичного периода. Как отмечено выше, вымирания, приуроченные к этой границе, привлекли широкое внимание, поскольку они включали исчезновение динозавров, а также по причине сильных доказательств столкновения с Землей, как раз в это время, крупного внеземного объекта. И действительно, научные встречи, на которых обсуждаются события, связанные с этой границей, как правило, привлекают необычайно разнообразный круг исследователей, от биологов, геологов, геофизиков и до химиков.

Летопись осадочных пород для границы мел — третичный период гораздо более полна и доступна, чем для более ранних вымираний, и совместное исследование ее представителями разных научных дисциплин сделало эту границу, пожалуй, наиболее тщательно изученной по сравнению с другими границами, связанными с крупными вымираниями. Некоторые из лучших свидетельств были получены из керна скважин, пробуренных в дне океанов. Наличие распределенных по всему земному шару образцов осадков, отложившихся вдали от сферы влияния континентов, было важным фактором при сборе информации о мировых изменениях жизненной среды, происшедших на границе мел — третичный период. К сожалению, поскольку субдукция уничтожила все площади морского дна, возраст которых превышает около 200 миллионов лет, в современных океанах не сохранилось равноценных разрезов толщи осадочных пород, относящихся к границе пермь — триас. Все отобранные в морях образцы пород этого периода представляют осадки, отложившиеся на краях континентов, которые сейчас уже подняты и обнажены; последовательность пород в этих скважинах прерывается временами отсутствия осадкоотложения, вызванными колебаниями уровня океана.

Палеонтологи, изучающие керны тонкозернистых осадков из глубоководных частей океана, довольно легко идентифицируют границу мел — третичный период. Она отмечается очень резким снижением содержания ископаемых остатков планктона, особенно мелких организмов, которые живут в приповерхностных водах и образуют свои раковинки из карбоната кальция. Выше границы эти животные постепенно восстанавливают свое преобладание, но состав видов уже большей частью другой. Во многих регионах эта граница распознается по присутствию тонкого слоя граничной глины, почти лишенной карбоната кальция, но переслаивающейся с мощными толщами более молодого и более древнего известняка. Насколько можно установить, эта закономерность исчезновения планктона является глобальной, и переход от обильной выработки известковых раковинок к фактически нулевой был глобальным и быстрым. Верхняя, освещенная солнцем часть океанов, в которой обитал планктон, подверглась, очевидно, какому-то сильному воздействию, и общая биологическая активность в океанах резко упала.

На суше, помимо исчезновения динозавров, происходили и другие изменения. Одно, которое можно даже связать с исчезновением динозавров, произошло в растительном царстве. Большая часть данных из этого времени происходит не от остатков самих растений, а в результате изучения цветочной пыльцы или спор.

Страдающие от сенной лихорадки, возможно, и не согласятся со мной, но пыльца оказывается весьма полезной не только для растений, но и для людей. Вырабатываемая семенными растениями, она отличается широким разнообразием различаемых форм. Ее крошечные зернышки с помощью ветра и животных переносятся на большие расстояния от источника. Они, кроме того, обладают довольно высокой прочностью, которая предохраняет их от разрушения. Они накапливаются в медленно отлагающихся осадках озер или мелководных внутренних морей, сохраняя для нас непрерывную и часто удивительно полную запись о флоре семенных растений окружающей местности. В западной части Северной Америки эта запись была подробно изучена; вблизи от границы мел — третичный период она обнаруживает очень резкие изменения, которые дают нам ценную информацию о состоянии мира в конце мела.

Наиболее явной особенностью пыльцевой летописи является крутое падение относительного содержания пыльцевых зерен сравнительно со спорами, притом прямо на границе мела и третичного периода. Споры образуются папоротниками; это изменение показывает, что в данный момент произошла внезапная гибель семенных растений, которая сопровождалась увеличением количества папоротников. Даже в наши дни папоротники быстро захватывают районы, где по той или иной причине были истреблены семенные растения, только чтобы потом снова уступить дорогу более «высокоразвитым» растениям, расположенным выше на более длинной временной шкале. В начале третичного периода пыльцевая летопись снова обнаруживает постепенное увеличение содержания пыльцы по сравнению со спорами по мере того, как семенные растения оправляются от последствий кризиса на границе мел — третичный период. Точное время, в течение которого произошло это восстановление, неизвестно, но похоже, что в геологических масштабах оно было невелико. Некоторые из семенных растений мелового периода так и не сохранились, оказавшись жертвами вымирания, но все же за относительно короткое время общее содержание пыльцы в осадках снова достигло прежних уровней.