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.

Интересным аспектом этой летописи является тот факт, что резкость падения содержания пыльцы была, по‑видимому, гораздо большей на юге, чем на севере. Многими палеонтологами это было интерпретировано как признак общего похолодания климата: северные виды, уже приспособившиеся к холоду, пострадали меньше. Вымирания среди планктонных организмов в океанах следуют той же закономерности – тропические формы обнаруживают признаки более сильных вымираний, чем те, которые жили в умеренно теплых водах.

Связь между микроскопическими зернышками пыльцы и гигантскими рептилиями определяется тем, что самые большие динозавры были травоядными и зависели в своем питании от растений. Резкое уменьшение количества и разнообразия семенных растений должно было сделать их жизнь очень тяжелой; то же относится и к хищникам, которые питались ими. Тем не менее вопросы причинно‑следственных связей, связанных с вымираниями на границе мела и третичного периода, все еще являются предметом яростных споров. Стали ли и семенные растения и динозавры одновременно жертвой глобального катаклизма, вроде столкновения Земли с астероидом, или же сначала пострадали растения, оборвав пищевую цепь? Было ли столкновение причиной похолодания климата, подтверждаемого закономерностями вымирания как на суше, так и в морях, или эта общая тенденция является результатом вулканических излияний в Индии, а может, здесь действовала какая‑то более банальная причина? На такие вопросы трудно ответить, но с поступлением все новой обильной и подробной информации, получаемой сейчас в результате исследования осадков того времени, в которых записаны события на границе мела и третичного периода, мы сможем в конце концов прийти к однозначному решению.

Стоит отметить, что хотя мы не раз подчеркивали внезапность вымираний на границе мела и третичного периода, в отношении которой есть неопровержимые доказательства, все же кажется, что некоторые виды, включая некоторых динозавров, находились в упадке уже значительное время перед этой границей. Для этих видов ископаемая летопись показывает, что их численность постепенно сокращалась, а их географическое распространение уменьшалось. Но как бы это ни казалось невероятным со статистической точки зрения, многие палеонтологи пришли к убеждению, что некое крупное событие на границе мела и третичного периода, вероятно, столкновение с астероидом, нанесло последний смертельный удар многим видам, жившим в мире, который сам испытывал уже значительный биологический стресс.

Если действительно был нанесен финальный, в геологическом смысле мгновенный удар, который закончил меловой период, то весьма вероятно, что это произошло либо в результате столкновения Земли с астероидом, либо по причине мощного вулканизма, связанного с излиянием деканских траппов. Конечно, все последние исследования по точной датировке как излияний, так и столкновения дают значения возраста, практически совпадающие с временем биологических вымираний. Поэтому вполне возможно, что оба эти события сыграли свою роль в вымираниях. Некоторые из предсказанных последствий крупного столкновения – глобальные облака пыли, кислотные дожди, гигантские океанские волны, пожары – уже были описаны, и данные геологической летописи показывают, что все эти явления происходили на границе мела и третичного периода.

Кратер Чикхулуб на Юкатане имеет в точности тот же возраст, что и граница мел – третичный период. Эта ныне погребенная структура очень велика и является свидетельством больших размеров – вероятно, около 20 километров в диаметре или больше – того объекта, который столкнулся с Землей. Но особенно интересным аспектом этого кратера является то, что он был вырыт, по крайней мере частично, в осадочных породах, состоящих из известняка и гипса – СаСO₃ и CaSO₄. Сильнейшее нагревание этих материалов в момент столкновения должно было вызвать их химическое разложение, выбросив в атмосферу огромные количества окислов серы, а также углекислого газа. Хорошо известно, что выброс в атмосферу SO₂ из промышленных источников и вулканов вызывает образование в атмосфере аэрозолей (крохотных взвешенных в воздухе капелек раствора SO₂ в воде). Когда их становится много, такие капельки аэрозолей создают в воздухе легкий туман, или дымку, которая частично задерживает падающие на Землю солнечные лучи и охлаждает ее. Этот эффект был прекрасно продемонстрирован, хотя и в гораздо меньшем масштабе, чем это было на границе мела и третичного периода, небольшим, но вполне измеримым уменьшением средней температуры Земли, которое последовало за выбросом большого количества серы во время извержения вулкана Пинатубо на Филиппинских островах в 1991 году. Более холодные температуры (около 0,5 градуса Цельсия) были отмечены в течение последующих приблизительно двух лет, после чего они снова возросли до предшествующих значений. Расчеты показывают, что выброс серы в результате падения метеорита при образовании кратера Чикхулуб мог вызвать понижение интенсивности солнечного излучения, достигающего земной поверхности, на 10‑20 процентов. И если бы в это же время происходили обильные излияния лав в Декане, выбросив в атмосферу дополнительные количества SO₂, то общее понижение температуры могло быть еще более значительным. Если принять во внимание, что столкновение должно было поднять глобальное пылевое облако, то кажется очень вероятным, что на Земле тогда царил сумрак и было значительно холоднее, чем сейчас, по крайней мере в течение нескольких лет после столкновения. Более того, при соединении SO₂ с водой образуется серная кислота. Частички атмосферных аэрозолей должны были быть очень кислыми, и по мере того, как они постепенно удалялись из атмосферы в результате осаждения, должны были вызвать окисляющие, кислотные дожди. Все одно к одному, так что конец мелового периода был поистине неприятным временем.

За исключением нескольких случаев, массовые вымирания происходили в каждом геологическом периоде, начиная с кембрийского. Мы довольно подробно рассмотрели два из них, самых крупных. Это были главные вымирания, выделенные первыми геологами, когда они еще грубо разделили геологическое время при создании шкалы, ибо на этих вымираниях основывалось выделение границ между палеозоем и мезозоем и между мезозоем и кайнозоем. Мы также рассмотрели, хотя и не так подробно, массовое вымирание, которое произошло в конце докембрия, уничтожив загадочную Эдиакаранскую фауну. Есть ли нечто общее в этих внезапных и резких перерывах развития жизни на Земле? В данное время ответом на этот вопрос будет, видимо, квалифицированное «нет». Квалифицированное, поскольку вполне возможно показать влияние изменений климата практически на все эти вымирания, хотя детали этих изменений не обязательно одинаковы во всех случаях. Действительно, граница между мелом и третичным периодом представляется уникальной в том смысле, что ни одна из других границ, основывающихся на массовых вымираниях, не дает однозначных признаков столкновения. Может быть, одним из самых интригующих совпадений, если это действительно совпадение, является тот факт, что два самых крупных вымирания в течение фанерозоя – на границах перми и триаса, мела и третичного периода – совпадают, каждое с крупнейшим эпизодом континентального вулканизма. Излияния базальта на континенты, подобные сибирским и деканским траппам, сравнительно редки в геологической истории, и тем не менее два таких особенно значительных эпизода совпадают с двумя самыми крупными массовыми вымираниями. Есть ли между ними отношения причины и следствия? Хотя некоторые геологи доказывают, что это именно так, еще слишком рано выносить окончательное суждение. Не все эпизоды с излиянием базальтов достаточно точно датированы, чтобы провести убедительный анализ их возможных соответствий. Более того, хотя всегда возможно, что пропущен какой‑нибудь неизвестный фактор, кажется невозможным, чтобы последствия даже очень широкого и мощного вулканизма (главным образом, выброс в атмосферу углекислого газа и SO₂) были настолько суровыми или быстрыми, чтобы сами по себе могли привести к массовым, глобальным вымираниям.

^{Главные события кайнозоя. Время – в миллионах лет назад.}

^{Обратите внимание, что характер изменения уровня моря в плейстоцене сильно упрощен: на самом деле на протяжении последних нескольких миллионов лет происходили многочисленные флуктуации уровня моря, о чем рассказывается в главе 12.}