Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Главная страница


В мире физики и астрофизики




страница12/30
Дата15.05.2017
Размер5.54 Mb.
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   30

Гипотезы и споры
Среди множества гипотез, предложенных для объяснения Кембрийской загадки, наиболее серьезной до последнего времени считалась так называемая «кислородная». Она основана на предположении, что Кембрийский взрыв был вызван резким изменением химического состава земной атмосферы и океанов.

Тот факт, что физико-химические условия влияют на темп биологической эволюции, известен давно. Многие биологи убеждены, что необычайно медленное изменение биологических форм на протяжении первых 3 миллиардов лет их существования было обусловлено не обледенениями или другими подобными причинами, а недостатком свободного кислорода. В первичной атмосфере Земли кислорода не было вообще, потому что он сразу же вступал в реакцию с другими элементами и оставался связанным в земной толще и атмосфере в виде окислов. Только с появлением первых одноклеточных водорослей, примерно через полмиллиарда – миллиард лет после образования Земли, начался процесс фотосинтеза, при котором вода и углекислота (поглощенная водорослями из воздуха) при содействии солнечного света превращались в свободный кислород и органические вещества. Однако и тут кислороду «не повезло» – его жадно захватывало растворенное в океанской воде железо. Возникавшие в результате окислы железа медленно оседали на океанское дно, выбывая из химического кругооборота. Мир, как выразился один из геохимиков, «непрерывно ржавел», а свободного кислорода в нем не прибавлялось.

В отсутствие свободного кислорода организмы вынуждены были оставаться анаэробными. Это означало, что переработка продуктов в них, обмен веществ, или метаболизм, происходили без участия кислорода – медленно и неэффективно. Именно это, как считают биологи-«кислородники», и тормозило эволюцию первых организмов. Положение несколько изменилось только с того момента, когда растворенное в океанах железо насытилось кислородом и концентрация этого газа в атмосфере благодаря все тому же фотосинтезу стала наконец постепенно возрастать. Это сделало возможным появление первых аэробных организмов. Они все еще были одноклеточными, но их метаболизм шел куда эффективнее, и поэтому они быстрее размножались и плотнее заселяли океаны. Так прошли первые 3,5 миллиарда лет, к концу которых содержание кислорода в атмосфере достигло, как считают ученые, около одного процента. В этот момент эволюция сделала следующий важный шаг – появились первые многоклеточные организмы. А затем, еще через полмиллиарда лет, наступил Кембрийский взрыв и разом положил начало всему сложному разнообразию современной жизни.
Можно сказать, что история биологической эволюции была в определенном смысле историей кислорода. Так не был ли и Кембрийский «скачок эволюции» следствием скачкообразного возрастания свободного кислорода в атмосфере?

Именно такое предположение высказали в 1965 году два американских физика Беркнер и Маршалл. Они рассуждали следующим образом. Сложные многоклеточные организмы нуждаются в большом количестве кислорода, причем сразу в двух его видах: во-первых, в виде свободного кислорода, необходимого для дыхания (то есть для метаболизма) и построения коллагена – этого важнейшего элемента телесной структуры; а во-вторых, в виде озонового слоя, необходимого для защиты от вредоносного солнечного ультрафиолета. Поскольку такие сложные многоклеточные формы до Кембрийской эпохи не появлялись, значит, их появление было задержано отсутствием необходимой концентрации кислорода в атмосфере. На этом основании можно допустить, что именно в Кембрийскую эпоху такие количества впервые появились. Это уникальное событие – преодоление «кислородного рубежа», скачкообразное повышение уровня кислорода в атмосфере до нынешнего 21 процента – и было, по Беркнеру и Маршаллу, основной причиной Кембрийского взрыва.

Поначалу эта «кислородная гипотеза» не имела достаточного подтверждения. Данные геохимического анализа древних пород как будто не показывали признаков «кислородного скачка» в Кембрийский период. Поэтому гипотезу Беркнера – Маршалла долгое время считали интересной, но неубедительной. Но буквально в последние годы (1994-1996) положение резко изменилось. Причиной тому было открытие американского исследователя Кнолля. Изучая соотношение двух изотопов углерода, С-12 и С-13, в породах до-Кембрийских времен и Кембрийских времен, Кнолль получил неопровержимые свидетельства того, что в самом начале

Кембрийской эпохи это соотношение резко изменилось – изотопа С-12 «разом» стало меньше, чем раньше. А такой «углеродный скачок» должен был обязательно сопровождаться соответствующим «кислородным скачком», что как раз и соответствует предположению Беркнера – Маршалла.

Почему это так? В процессе фотосинтеза водоросли превращают углекислый газ и воду в кислород и углерод. При этом углерод остается в водорослях в виде органических веществ – углеводов и т. п. Но водоросли постепенно умирают и становятся добычей бактерий, которые разлагают эти органические вещества и выделяют содержащийся в них углерод. Делают они это с помощью кислорода. Грубо говоря, водоросли изымают из окружающей среды углерод и добавляют в нее кислород, а бактерии изымают образовавшийся кислород и возвращают в среду углерод. Все это относится к углероду-12, потому что в описанных процессах участвует именно этот изотоп. Так как он возвращается обратно в среду, то его соотношение с изотопом С-13 остается неизменным. Что же может означать внезапное уменьшение доли С-12? Только одно: он больше не возвращается в окружающую среду в тех же количествах, то есть его выделение бактериями резко уменьшилось. Но это значит, что бактерии стали потреблять много меньше кислорода из окружающей среды. А тогда концентрация этого кислорода в среде должна быстро возрастать.

Значение этого открытия таково, что «кислородную гипотезу» теперь нужно по справедливости именовать гипотезой Беркнера – Маршалла – Кнолля. После работ Кнолля наличие «кислородного скачка» в Кембрийский период признается большинством ученых. Веские свидетельства в пользу этого «скачка» дали открытия самых последних лет. В 2006 году канадский геохимик Дональд Ганфилд, изучая различные осадки железа в морских скалах, обнаружил, что вплоть до окончания так называемого Гаскерского обледенения (580 миллионов лет назад) кислород в глубины океана не проникал, но сразу после таяния льдов его появилось такое количество, которое соответствовало 15-процентному содержанию свободного кислорода в земной атмосфере. А на другой стороне земного шара, в Омане, американские геологи Дэвид Файк и Джон Гротцингер обнаружили совершенно аналогичное явление в теплых водах Персидского залива. Они нашли осадочные слои с таким соотношением изотопов серы и углерода, которое неопровержимо свидетельствовало о приходе кислорода, причем опять-таки после Гаскерского обледенения. А что это значит – «после Гаскерского обледенения»? Это значит – перед самым Кембрийским взрывом («перед самым», разумеется, в геологических масштабах времени).

Тем не менее у «кислородной гипотезы» есть уязвимое звено. Она не может ответить на вопрос, что могло быть причиной того «невозвращения» С-12 в окружающую среду, которое привело к самому «кислородному скачку». В качестве такой причины называются самые разные факторы. Сам Кнолль предположил, например, что это «невозвращение» С-12 в кругооборот веществ было вызвано резко увеличившейся эрозией прибрежных скал и известняков. Миллионы тонн смытой в океан породы постепенно заваливали останки водорослей вместе с их углеродом-12 на дне океана, не допуская бактерии к этим останкам. Но что могло породить этот скачок эрозии? Опять проклятая неизвестность.

Совершенно другая гипотеза была предложена биохимиком Хайесом. По его мнению, причиной начавшегося выхода С-12 из кругооборота могло быть появление первых кишечнополостных организмов. Пожирая водоросли, эти микроскопические хищники выбрасывали в воду органические остатки (содержащие С-12) в виде фекальных «таблеток», внутри которых эти остатки были надежно защищены от воздействия бактерий. Действительно, недавние исследования показали, что в пред-Кембрийский период в донных породах начинает быстро, скачком нарастать доля углерода-12. Впрочем, этот факт в той же мере может служить и подтверждением гипотезы Кнолля.

Третья гипотеза была предложена американским геологом Муром в 1993 году. По Муру, причиной убыли С-12 были резкие тектонические сдвиги типа перемещения материков, произошедшие в самый канун Кембрийской эпохи. Такие сдвиги, говорит Мур, могли привести к раздроблению океанов на менее крупные и к тому же замкнутые водоемы – моря и озера, а это должно было уменьшить интенсивность циркуляции воды. В результате органические останки водорослей вместе с их углеродом оставались на морском дне и не поднимались к поверхности, где их могли бы разлагать бактерии. Тем самым углерод выходил из кругооборота, позволяя синтезированному водорослями кислороду быстро накапливаться в атмосфере. Эта «тектоническая гипотеза» Мура получила неожиданное развитие в «гипотезе кувырка» Киршвинка. Мы уже упоминали о ней, но теперь мы можем рассказать о ней чуть подробней.

К своему фантастическому предположению Киршвинк пришел на основании данных, собранных за время 20-летних исследований так называемого остаточного магнетизма древних скал Австралии и Америки. Когда вулканические скалы застывают, магнитное поле в них как бы «замораживается» в том виде, каким оно было во время остывания. Исследование такого остаточного магнетизма позволяет определить, каким было магнитное поле Земли в самые далекие времена. Направление вектора магнитного поля скалы показывает, где располагался в древности магнитный полюс Земли. В то же время угол наклона этого вектора по отношению к вертикали указывает на ту географическую широту, где некогда образовалась и находилась данная скала. Если она образовалась в районе тогдашнего магнитного полюса, этот вектор будет вертикален, если на тогдашнем экваторе – горизонтален; в промежуточных широтах он займет промежуточное положение.

Свои измерения профессор Киршвинк и его сотрудники проводили с помощью высокочувствительных сверхпроводящих магнитометров. Возраст скал определялся с помощью новейшего ураново-свинцового радиоактивного метода. Все полученные результаты подверглись тщательной обработке и многолетней перепроверке. Произведенный затем анализ позволил построить наглядную картину геологических изменений, происходивших на Земле в начале Кембрийской эпохи – 550–500 миллионов лет тому назад. Картина эта оказалась весьма неожиданной и поистине сенсационной. Вот как, по Киршвинку, развертывались тогдашние геологические события.

Незадолго до начала Кембрийской эпохи завершился раскол древнейшего суперконтинента, состоявшего из большинства современных материков (палеогеологи дали этому суперконтиненту имя Родиния). Почти сразу же вслед за этим разделившиеся материковые массы начали перегруппировываться, объединяясь в новый суперконтинент – Гондвана. На последних стадиях образования Гондваны возник резкий дисбаланс в распределении континентальных масс относительно земной оси. Земной «волчок» потерял устойчивость. Вращающееся тело наиболее устойчиво, когда образующие его массы сосредоточены на экваторе или распределены относительно него более или менее равномерно; между тем Гондвана располагалась слишком близко к полюсу. Восстановление устойчивости Земли потребовало быстрого перераспределения континентальных масс. Поэтому вся твердая оболочка планеты стала соскальзывать по мантии как единое целое, пока не сместилась на 90 градусов относительно оси вращения. Как показали расчеты Киршвинка, материковые плиты Австралии и Америки, находившиеся прежде в районе полюсов, должны были совершить этот поворот и перемещение к экватору за какие-нибудь 15 миллионов лет – срок в геологических масштабах ничтожный (три десятитысячных общего возраста Земли). То был, действительно, настоящий «кувырок». А его результатом стало то, что ось вращения Земли, сохраняя прежнее направление в пространстве, повернулась на 90 градусов относительно твердой оболочки, и вращение земного волчка снова стало устойчивым.

По Киршвинку, именно этот «кувырок» планеты мог быть основной причиной Кембрийского биологического взрыва. «Быстрое перемещение материков, – говорит один из соавторов Киршвинка Риппердан, – не могло не привести к закрытию одних и образованию других водных бассейнов – этих единственных тогда ареалов жизни, к изменению тогдашних океанских течений, к резким переменам климата и к другим, столь же катастрофическим явлениям. Все эти катастрофы должны были дать толчок к появлению новых форм жизни, приспособленных к изменившимся условиям. Но именно такое быстрое возникновение новых форм и было характерно для Кембрийского взрыва».

По мнению самого Киршвинка, быстрые изменения акватории океана, вызванные соскальзыванием материков, должны были привести к довольно частым и резким сменам океанских течений. «Каждое такое изменение имело глобальный характер, – говорит он. – Оно разрушало сложившиеся региональные экосистемы на более мелкие ареалы. В этих мелких ареалах новые формы жизни имели больше шансов на выживание, чем в больших регионах. Наши данные говорят, что такие изменения течений происходили тогда чуть не каждый миллион лет или около того. За миллион лет эволюция успевала отобрать самое лучшее из уцелевшего от последнего цикла и создать новые региональные системы. Но затем этот процесс начинался снова – и так полтора-два десятка раз за время всего катаклизма. Это наилучшие условия для возникновения большого биологического разнообразия».

Изложенные выше гипотезы касательно происхождения Кембрийского взрыва были либо химическими, либо физическими. Есть еще серия гипотез биологического характера. Первой из таких «чисто биологических» гипотез была «гипотеза жнеца», сформулированная в 1973 году американцем Стивеном Стенли. Стенли исходил из хорошо известного в экологии «принципа прореживания». Было замечено, что внедрение в искусственный пруд хищной рыбешки ведет к быстрому увеличению разнообразия зоопланктона в этом пруду. И напротив: достаточно удалить из скопления разнообразных водорослей питающихся ими морских ежей, как это разнообразие начинает уменьшаться. Иными словами, «прореживание» экологической ниши «жнецом-хищником», питающимся ее обитателями, необходимо для поддержания или расширения ее биологического разнообразия.

На первый взгляд это противоречит здравому смыслу. Представляется, что такой «жнец», истребляя население ниши, будет уменьшать число населяющих ее видов, а некоторые, самые малочисленные, и вообще сведет на нет. Но, как видим, действительность опровергает это интуитивное рассуждение. И вот почему. Во всякой нише, населенной так называемыми «первичными производителями» (то есть организмами, получающими свою пищу напрямую – из фотосинтеза, а не посредством поедания других), один или несколько видов неизбежно становятся «монополистами» – они захватывают все жизненное пространство и питательные вещества ниши и не дают развиваться другим видам. Появившийся в этих условиях «жнец» будет, скорее всего, питаться этими господствующими видами (хотя бы потому, что они способны обеспечить его наибольшим количеством пищи) и, стало быть, будет в первую очередь уменьшать именно их биомассу. Но благодаря этому он расчистит часть жизненного пространства и тем самым освободит место новым видам. А это приведет к увеличению биологического разнообразия всей ниши. Тот же принцип, как видно из приведенных выше примеров, действует и в других экологических системах. Стенли же применил «принцип прореживания» для объяснения загадки Кембрийского взрыва.

Легко видеть, что этот взрыв вполне укладывается в данную схему. В пред-Кембрийскую эпоху земные океаны почти монопольно заселяли одноклеточные бактерии и водоросли нескольких немногих видов. Целые миллиардолетия их никто не «прореживал», и потому они не имели возможности быстро эволюционировать. Если бы в такой среде внезапно появился какой-нибудь одноклеточный растительноядный «хищник», он обязательно должен был бы – по «принципу прореживания» – вызвать быстрое появление новых видов. Это, в свою очередь, должно было привести к появлению новых, более специализированных «жнецов», расчищающих место для следующих новых видов, так что разнообразие биологических форм начало бы нарастать, как снежный ком, – а это и есть ситуация Кембрийского взрыва.

Таким образом, по Стенли, «триггером» Кембрийского взрыва было случайное появление некого «хищника» в среде простейших одноклеточных организмов пред-Кембрийской эпохи. А тот факт, что этот взрыв имел характер резкого скачка, не представляет собой никакой особой загадки. Точно такой же характер имеет развитие многих биологических систем в условиях наличия достаточно свободного жизненного пространства и достаточно обильного количества пищи. Если, например, высадить небольшую колонию бактерий на питательную среду в лабораторной чашке Петри, она будет размножаться по тому же закону «снежной лавины», и это скачкообразное размножение прекратится лишь с заполнением всего доступного пространства и исчерпанием питательных веществ. Кембрийские океаны и были такой природной «чашкой Петри» для новых биологических видов. Когда же новые виды заполнили собою эти океаны, условия для скачка исчезли и более никогда уже не повторялись, чем и объясняется, по Стенли, уникальность Кембрийского взрыва.

Совершенно иное биологическое объяснение Кембрийского взрыва предложили в 1994-1997 годах американские биологи Валентин, Эрвин и Яблонский. По их мнению, этот взрыв произошел в силу того, что у некоторых примитивных пред-Кембрийских организмов в результате случайных генетических изменений появилась способность резко расширить спектр возможных телесных структур. Действительно, одной из важнейших особенностей Кембрийского скачка было как раз такое вот внезапное появление множества биологических форм с совершенно новыми телесными признаками. Некоторые из этих новых организмов обрели четко выраженные головы и хвосты, у других отчетливо выделились сегменты и брюшко, у третьих возникли конечности, еще какие-то оделись в панцири, некоторые обзавелись усиками-антеннами или жабрами, и так далее. В общей сложности исследователи насчитывают целых 37 новых телесных планов, возникших (и притом почти одновременно) в ту эпоху бурной эволюционной активности. И все основные принципы телесной архитектуры современных организмов зародились именно тогда.

Понятно, что такое новшество не обошлось без генов. И действительно, биологи, изучая гены различных современных животных, установили недавно, что за телесный план организма отвечает группа особых генов, получившая латинское обозначение «hox». Гены этой группы регулируют процесс закладки самых основных и самых общих принципов телесной структуры. И, что интересно, выяснилось, что 8 основных из этих «hох»-генов впервые появились примерно 565 миллионов лет тому назад, то есть в эпоху, непосредственно предшествовавшую Кембрийскому эволюционному взрыву. Как мы уже знаем, сами планы телесной архитектуры современных организмов возникли в Кембрийскую эпоху. А теперь мы видим, что регулировочные гены, ответственные за такие общие планы, появились незадолго до этого. Вполне естественно предположить, что именно появление первой группы генов «hox» ( состоявшей из восьми первичных генов) сыграло роль триггера того уникального взрыва форм, который мы называем Кембрийским взрывом.

Но при всей биологической фундаментальности этого события оно, тем не менее, было всего лишь необходимым, но недостаточным условием Кембрийского взрыва. Как говорят Валентин и его соавторы, организмы – не механические матрешки, которые достаточно толкнуть, чтобы получить автоматический ответ. Скорее всего, потребовалось сложное сочетание различных условий, чтобы возможность стала действительностью и произошел скачок эволюции, подобный Кембрийскому взрыву. Появление новых регулировочных генов было только одним из таких условий – подготовительным, а в Кембрийскую эпоху могло произойти что-то дополнительное, что запустило эти гены в работу, так что они создали то множество разнообразных форм и типов, что так характерно для того времени. Валентин и его коллеги не уточняют, что могло быть таким «дополнительным триггером», но намекают, что это мог быть резкий рост атмосферного кислорода (уже знакомая нам «кислородная гипотеза») либо нечто вроде той экологической «гонки вооружений», когда взаимодействие хищников и жертв могло породить целый спектр различных новых видов (а это уже намек на опять-таки знакомую нам «гипотезу хищника-жнеца»). Новейшие гипотезы о причинах Кембрийского взрыва тяготеют к «междисциплинарности», то есть имеют тенденцию объединять в себе несколько разных гипотез и тем самым объяснять это уникальное и загадочное явление не одной какой-либо единственной причиной, а взаимодействием нескольких различных факторов как физико-химического, так и биологического характера.

Остановимся на этом. Гипотез, как видите, много, а вот причины и механизм Кембрийского взрыва пока еще по-прежнему не имеют общепринятого объяснения, и это явление все еще остается одной из не разгаданных наукой загадок, которыми полнится запутанная история жизни на Земле. Но мы уже к этому привыкли.


ВРЕМЕНА КАТАСТРОФ

Экскурсия по катастрофам
Пусть вас не пугает название. Я не приглашаю вас в какой-нибудь Музей Катастрофы, а всего лишь предлагаю отправиться в прошлое нашей планеты: она тоже знавала исчезновение почти всего живого – и притом не единожды. И даже после Кембрийского взрыва. Причем не раз и не два, а, как считают сегодня палеонтологи, как минимум 4-5, а то и большее количество раз за последние 250 миллионов лет биологическая жизнь на Земле была близка к полному или почти полному прекращению, чтобы затем, подобно пресловутому фениксу, воспрять и снова расправить крылья. Если бы в нашем распоряжении была Уэллсова машина времени, мы могли бы хоть сейчас провести экскурсию по всем этим катастрофам. Это была бы не только впечатляющая, но и весьма небесполезная экскурсия, потому что окажись мы в нужное время в нужном месте, нам, возможно, удалось бы решить мучающий палеонтологов и геологов вопрос: что было причиной этих регулярно повторяющихся биологических катастроф, или, как они выражаются, «массовых истреблений»?

Одна из последних по времени попыток решения этого вопроса принадлежит американцам Стозерсу и Рампино и французу Кортилло, которые не так давно высказали предположение, что все те массовые истребления, которые насчитывает наука в истории последних 250 миллионов лет, были вызваны одной и той же причиной – грандиозными вулканическими извержениями. Эти ученые даже выстроили хронологическую таблицу, в которой даты известных геологии сильнейших извержений были сопоставлены с датами известных палеонтологам биологических катастроф. И они утверждают, что эта их таблица демонстрирует совпадение извержений и катастроф по меньшей мере в четырех случаях, однако с точностью всего в несколько миллионов лет. Увы, это не та точность, чтобы считать «вулканическую гипотезу» окончательно доказанной. Тем более, что у гипотезы есть конкуренты.

Действительно, если бы на своем воображаемом пути в прошлое мы сделали остановку на отметке «минус 65 миллионов лет», то стали бы свидетелями столкновения Земли с огромным метеоритом – может быть, даже целым астероидом. Следы этого грандиозного катаклизма, обнаруженные на полуострове Юкатан в Центральной Америке, так точно совпадают по времени с исчезновением динозавров и выходом на освободившуюся историческую сцену первых крохотных млекопитающих, что сегодня уже почти никто не сомневается в том, что именно такое столкновение и было причиной данной катастрофы. Правда, пять лет назад было установлено, что незадолго до удара метеорита-астероида (на пару-другую миллионов лет раньше) земной климат был уже изрядно расшатан мощными вулканическими извержениями на Деканском плоскогорье нынешней Индии, и кое-кто из ученых уже тогда поторопился связать исчезновение динозавров с этими извержениями. Но в палеохронологии все решает так называемый «тайминг», то есть соответствие во времени. Судя по останкам, процесс вымирания динозавров происходил довольно быстро и занял какие-нибудь тысячи, может быть, десятки тысяч лет. В геологических масштабах это было почти «точечное» событие, и его положение на временной оси почти идеально совпадает с положением на ней другого «точечного» события – Юкатанского удара, который мгновенно выбросил в атмосферу огромное количество пыли, отражавшей солнечный свет, что должно было весьма быстро вызвать резкое похолодание (так называемую «ядерную зиму») и столь же быстрое (опять-таки в геологических масштабах времени) вымирание зависевших от внешнего тепла динозавров.

Эта история учит, что при всей соблазнительной простоте «вулканической гипотезы» биологических катастроф она не всегда бывает правильной и порой объяснение этих катастроф следует искать на других путях. Такой урок тем более важен, что стоит нам на нашей машине времени продвинуться еще дальше в прошлое, до отметки «минус 250 миллионов лет», как мы обязательно столкнемся с еще одной такой катастрофой – даже более жутких масштабов. Оказывается, не только млекопитающие (и мы в их числе) стали хозяевами планеты благодаря истреблению динозавров, но и сами динозавры воцарились на планете благодаря массовому истреблению предшествовавших им живых видов. На этой отметке, которая находится точно на границе между «Пермским» и «Триасовым» геологическими периодами, биологическая жизнь на Земле вновь претерпела чудовищно-катастрофическое прореживание: в течение считанных миллионолетий исчезли почти 80 процентов всех обитателей морей и океанов и почти 70 процентов всех обитателей суши! И если в случае динозавров катастрофе было поначалу предложено два объяснения, то тут их было предложено сразу несколько.


И это не удивительно. Пермско-Триасовое побоище было самым грандиозным за всю историю жизни на Земле. Вот и попыток его объяснения накопилось столько, что их перечнем, по мнению некоторых, можно заполнить телефонный справочник. Тут были и вспышки сверхновых звезд неподалеку от Солнечной системы, и внезапные всплески космической радиации, и повсеместное опреснение земных океанов, и подвижки океанского дна, и неожиданные климатические катаклизмы, и гигантские процессы горообразования. Постепенно, однако, выяснялось, что все эти гипотезы несостоятельны, и к нашему времени «на кону» остались, как уже сказано выше, лишь некоторые – самые правдоподобные.

Первой из них следует назвать теорию американских геологов Шопфа (того самого) и Зимберлофа, которая сразу привлекла внимание своей простотой. Теория эта исходила из того факта, что Пермско-Триасовая катастрофа затронула прежде и больше всего живых обитателей моря, а эти существа, как показывает изучение Пермских отложений, населяли прежде и больше всего мелководные моря, а не глубины тогдашних океанов. Исходя из этого, упомянутые авторы предположили, что исчезновение обитателей моря на грани Пермского и Триасового периодов было вызвано быстрым и резким сокращением среды их обитания, то есть этих вот мелководных морей. Само же это сокращение они объяснили произошедшим в ту пору очередным слиянием разрозненных континентов в единый суперматерик (геологи, которые страшно любят все называть красивыми именами, называют этот суперматерик «Пангея»). При таком слиянии мелководные моря, разделявшие сближавшиеся континенты, в конце концов исчезли, к экологическая ниша планетарной жизни резко сократилась. Вот жизнь и вымерла почти что целиком.

Это действительно была очень простая модель, но в ее пользу говорили многие геологические и палеонтологические данные, а также проведенные авторами математические расчеты. Тем не менее, у этой гипотезы выявился существенный недостаток. Ее правдоподобие резко снизил все тот же «тайминг». Теория не могла объяснить довольно большую – в геологических масштабах – скорость катастрофы, которую трудно было согласовать с весьма малой, почти микроскопической скоростью сближения континентов. Поэтому американцы Кнолль и Гроцингер предложили для той же катастрофы совершенно иное объяснение.

В этом месте я позволю себе немного отвлечься и дать волю собственному воображению. Своим мысленным взором бывалого экскурсовода я так и вижу, как, ошеломленные зрелищем жуткого побоища, мы стоим посреди мертвой равнины, пересеченной холмами и оврагами, в такой же мертвой тишине, не оживляемой ни птичкой, ни насекомым (до их появления еще десятки миллионов лёт), стоим, забыв о нашей машине времени, что нетерпеливо роет землю копытом, стоим, застыв в позе горестного изумления, печально склонившись над жалкими остатками биологических видов, переживших великую Пермско-Триасовую катастрофу. Мы ждем, каков будет пост-мортем господ Кнолля и Гроцингера: они обещали все нам объяснить. Мы застыли и ждем. Но вот наконец появляются оба уважаемых профессора и уже издали ободряюще машут руками. На их лицах написано: «Эврика!» Степенно приблизившись к нам, они произносят: «Это было несварение желудка!» И, увидев тупое недоумение на наших скорбных лицах, снисходительно начинают объяснять.

Исходным пунктом рассуждений Кнолля и Гроцингера послужил тот факт, что в последние годы геологи стали все чаще обнаруживать в осадках поздних пермских времен своеобразные отложения – так называемые неорганические карбонаты. В отличие от карбонатов органических, которые образуются из склеившихся друг с другом и омертвевших микроскопических сине-зеленых водорослей, неорганические карбонаты, как правило, формируются без всякой помощи живых существ, но лишь при том условии, что вода содержит высокую концентрацию карбона, то бишь углерода. Углерод мог содержаться в воде, в основном, в виде растворенного углекислого газа, и, таким образом, вся эта цепь рассуждений (говорят Кнолль и Гроцингер) привела нас к выводу, что в позднюю пермскую эпоху, то есть во времена, близкие к интересующей нас Пермско-Триасовой катастрофе, воды земных океанов были насыщены углекислым газом. Как могло возникнуть такое положение?

Напомним (объясняют Гроцингер и Кнолль, видя нашу тупость), что 250 миллионов лет назад, все земные континенты представляли собой единый суперконтинент, а все нынешние земные океаны – единый суперокеан, который вонзался в эту суперсушу узкими и мелководными заливами-морями. Именно эти мелководные и хорошо прогреваемые моря как раз и были заповедниками тогдашней биологической жизни, в том числе фитопланктона (о чем говорили уже Шопф и Зимберлоф). Планктон этот непрестанно высасывал из атмосферы углекислый газ, использовал его для своих биологических потребностей, а умирая, уносил его с собой на дно океана. Это происходит и в нынешнюю эпоху – с той, однако, разницей, что сегодня существует гигантский антарктический ледовый континент, который охлаждает прибрежную воду и заставляет ее опускаться в глубины океана, а согревшуюся – напротив, подниматься из глубин. Это благодетельное действие Антарктики приводит к постепенному перемешиванию океанских вод, но когда б этого не было (а в пермский период континентальных льдов не было нигде), океан бы не перемешивался и за миллионы лет его глубины окончательно превратились бы в застойные и зловонные сточные воды, битком набитые мириадами мертвых планктонных частиц с их углекислогазовым содержимым. Не так ли?

Увлекаемые логикой этих рассуждений, мы согласно качаем головой, и приободренные Кнолль и Гроцингер продолжают: таким образом, наш диагноз произошедшего, как мы уже сказали, острое несварение океанского желудка. Страдающему человеку в таких случаях порой помогает сода. 250 миллионов лет назад этого еще не знали, но на помощь океану пришел другой спасительный механизм. Поскольку углекислый газ, которым планктон накачивал океанские глубины, в свою очередь, выкачивался из атмосферы, то последняя постепенно очищалась от этого газа и тем самым освобождалась от его «парникового», то есть согревающего влияния. По мере исчезновения этого газа из атмосферы все больше земного тепла вырывалось в космос, и земной климат становился все холоднее и холоднее, пока Земля наконец не вступила в очередной ледниковый период. На ней появились континентальные льды, и в какой-то момент охлажденные ими поверхностные воды впервые стали опускаться в глубины суперокеана, а вода из этих глубин начала подниматься к поверхности. Действие этой конвекции как раз и было подобно действию соды на забитый желудок: океан издал раблезиански чудовищную отрыжку, вместе с которой исторг наружу накопившийся в нем за миллионы лет углекислый запах мертвого планктона. Океану стало легче, но для земной жизни это имело трагические последствия.

Легко представить себе, со вздохом заключают авторы, обводя взглядом мертвую равнину, каким было воздействие этой углекислой отрыжки на мелководные заповедники земной жизни. Эти мелководья были попросту отравлены и погублены на корню. Те живые существа, у которых скорость метаболизма, то есть обмена веществ с окружающей средой, была достаточно высока и которые поэтому худо-бедно успевали выводить из организма излишние количества углекислоты, еще кое-как выживали, хотя и среди них потери достигли почти 50 процентов. Но те, у которых метаболизм происходил медленно, например, кораллы и некоторые виды планктона, погибли почти целиком.

Такова вкратце гипотеза Кнолля – Гроцингера, и надо сказать – теперь уже вполне серьезно, что она объяснила некоторые ранее известные науке факты, не получавшие объяснения в «вулканической гипотезе». Так, например, нарисованная Кноллем и Гроцингером картина различной реакции организмов с разным метаболизмом на океанскую «отрыжку» хорошо согласуется с тем, что известно науке о несходных масштабах гибели различных биологических видов в ходе Пермско-Триасовой катастрофы. Анализ изотопного состава неорганических карбонатов (с которых началась вся цепь рассуждений об «отрыжке») показал, что их происхождение скорее всего действительно связано с ростом концентрации углерода в застойных глубоких водах. И наконец, совсем недавно геологи обнаружили следы доселе неизвестного оледенения, имевшего место как раз в конце Пермского периода. В то же время и у этой гипотезы есть свой камень преткновения, причем тот же, что у «вулканической гипотезы»: она не может (пока?) объяснить обнаруженного недавно загадочного факта почти полного исчезновения земной растительности уже за миллионы лет до апогея самой Пермско-Триасовой катастрофы.

Поэтому многие ученые продолжали размышлять о причинах этой великой катастрофы. А когда ученые размышляют, особенно среди ночи, они зачастую приходят к удивительным и странным выводам, которые потом не дают спать их коллегам. Именно так произошло с британским геологом Адрианом Джонсом из Лондонского университета. Он тоже пришел к странному выводу, который, грубо говоря, состоял в том, что наша Земля напоминает надутый резиновый шарик, а падающий на нее метеорит или астероид может сыграть роль иголки, способной этот шарик проколоть. Причем здесь, однако, Пермская катастрофа? Сейчас увидите.

Геологам известно, что скалы глубоко под поверхностью Земли, на глубине в десятки километров, раскалены до 2000 градусов. Они, однако, не плавятся. Их плавлению мешает вес лежащих выше слоев, создающий высокое давление. Но что, если снять это давление? Что, если что-нибудь сорвет и сбросит вышележащие слои Земли? Понятно, что нижележащие скалы немедленно превратятся в раскаленную лаву и выплеснутся наружу в виде сотен и тысяч вулканических извержений, способных растянуться на тысячи лет. Такой могучий перманентный вулканизм неизбежно насытит воздух горячей пылью и углекислым газом и истребит все или почти все живое.

Но что же может сорвать такое количество слоев земной почвы, чтобы разом высвободить гигантскую энергию, запасенную в нижележащих скалах? Метеориты, вестимо, удивляясь нашей непонятливости, объясняет Адриан Джонс. Астероиды. Те самые, которые уничтожили динозавров, как впервые предположил Нобелевский лауреат Луис Альварец. Как мы подробнее расскажем ниже, Альварец с сыном Уолтером нашли ряд убедительных доказательств виновности метеорита, начиная со слоя повышенной концентрации иридия на всем земном шаре (как раз в слоях, отвечающих времени гибели динозавров) и до углеродных шариков-«баккиболлов», наполненных межпланетными газами (и в массовом количестве рассеянных в тех же слоях). Только Альварец и его последователи считали, что метеорит был один, и упал он в районе нынешнего Мексиканского залива и вызвал такие сейсмические и атмосферные последствия, пережить которые даже динозаврам оказалось не под силу, а Джонс и его сторонники, канадец Аб-бот и американка Исли, утверждают, что такие метеоритные удары в истории Земли происходили неоднократно и все они совпадали по времени с периодами мощной и длительной вулканической деятельности (вызванной вышеописанным действием этих метеоритов). Кроме «динозавровых метеоритов» (65 миллионов лет назад), время падения которых, как мы уже знаем, «почти» совпадает с периодом образования гигантских полей вулканической лавы на Девонском плоскогорье в Индии, Джонс, Аббот и Исли указывают на такие же поля в Западной Сибири, образовавшиеся, по геологическим оценкам, около 250 миллионов лет назад и совпадающие по времени с переходом от Пермского к Триасовому геологическому периоду, то есть как раз с произошедшей на этом переходе Пермской биологической катастрофой.

Впрочем, тотчас нашлись специалисты, которые поспешили заявить, что эта гипотеза представляется им неубедительной. Расчеты Джонса весьма приблизительны, заявил, например, американский профессор-планетолог Мелош, – а совпадения времен вулканизма с биокатастрофами имеют точность не больше нескольких десятков миллионов лет. И вообще, если метеорит углубится в земные скалы, он тут же рикошетирует, а Земля всего лишь встряхнется, никакого расплавления скал на глубине не произойдет. На это Адриан Джонс возразил, напомнив Мелошу об Исландии, где таяние ледников снизило наружное давление настолько, что подземные вулканы и гейзеры действуют там до сих пор. В свою очередь, этот спор так возбудил профессора-физика Мюллера из Калифорнийского университета, что он решился предложить еще одну «фантастическую», как он сам сказал, теорию возбуждения вулканизма ударом метеорита, в которой главным виновником являются уже не раскаленные подземные скалы, а металлическое ядро Земли. Спорам этим и сегодня не видно конца.

Впрочем, та живность Пермской эпохи, с которой все эти споры начались, может спать совершенно спокойно. Ей ведь уже все равно, от чего она погибла.


Каталог: fulltext -> UMK
UMK -> Рабочая программа учебной дисциплины иностранный язык (английский, немецкий, французский языки) для специальности
fulltext -> Дух предков хранит нас
fulltext -> Учебное пособие для студентов филологических специальностей Павлодар ’1 (075. 8) Ббк 81. 2-5Я7 н 90
UMK -> 1 курс немецкий язык Осенний семестр
UMK -> 1 курс французский язык осенний семестр
UMK -> Рабочая программа учебной дисциплины иностранный язык (английский, немецкий, французский языки) для специальности
UMK -> Хоккей обзор
UMK -> 1 курс для студентов иоиОТ
UMK -> Темы индивидуальных заданий по дисциплине "Астрономия"
UMK -> Атлетическая гимнастика
1   ...   8   9   10   11   12   13   14   15   ...   30

  • ВРЕМЕНА КАТАСТРОФ Экскурсия по катастрофам