Поиск
x
Журнал №190, июль 2019
Журнал №70, июнь–август 2019
Это новый сайт National Geographic Россия. Пока мы работаем в режиме бета-тестирования.
Если у вас возникли сложности при работе с сайтом, напишите нам: new-ng@yasno.media
Жизнь планеты

Земля в огне

Текст: Роберт Канзиг Фотографии: Айра Блок
21 ноября 2011
/upload/iblock/9fe/9fe5551d3b775626a4766347acba559c.jpg
В конце палеоцена на Земле было жарко и постоянного ледяного покрова не было нигде. Уровень моря почти на семьдесят метров превышал нынешний, однако в Северную Америку из Азии можно было добраться через поросший лесом арктический перешеек, чем спустя некоторое время предки человека и воспользовались.
Фото: Шон Макнотон
/upload/iblock/f8c/f8c59f85f33c7222aa020cb7b06f82e6.jpg
Инуит Джонни Иссалук держит в руках современную фотографию болота в Южной Каролине. Примерно так же выглядела его родная Баффинова Земля, остров, расположенный вблизи полярного круга, 56 миллионов лет назад, когда летом температура воды на Северном полюсе доходила до 23°C.
Фото: Айра Блок
/upload/iblock/027/02799b7475565120e8890af7cb33645d.jpg
Палеоокеанограф Джеймс Закос держит в руках слепок образца донных отложений – доказательство внезапных перемен, произошедших в Атлантическом океане 56 миллионов лет назад. Тогда белые раковины планктона исчезли из придонного ила, из-за чего его цвет сменился с белого на красный. Проникая в атмосферу, нагревающий Землю углекислый газ попадал также и в моря, окисляя их воду и растворяя раковины. См. также врезку «Когда краснеет океан».
Фото: Айра Блок
/upload/iblock/5aa/5aa7cea5c50a2655725f9ff1bcf203b7.jpg
Сегодня красные полосы окисленной почвы в засушливом Бигхорне служат напоминанием о внезапном потеплении, случившемся 56 миллионов лет назад. Тогда исчезли местные болота – дом рептилий, схожих с изображенным здесь аллигатором из болот Окефеноки.
Фото: Айра Блок
/upload/iblock/8d3/8d3920565a7c9ba94b0555248e657beb.jpg
Некоторые млекопитающие приспособились к новым условиям, на время уменьшившись. Большеберцовые кости лошадей стали размером с куриную ножку. Правда, один из самых ранних обнаруженных полных скелетов лошади, уже снова крупнее, в полтора раза – эта особь жила в эоцене на несколько миллионов лет позже. Когда нужно, эволюция работает весьма быстро.
Фото: Айра Блок
/upload/iblock/3da/3da98b5100c7fbaabc47b7413601cbd2.jpg
Многочисленные дыры в окаменелых листьях (например, на этом листе) свидетельствуют: с ростом содержания СО2 в воздухе и, соответственно, температуры в эпоху ПЭТМа насекомые в бассейне Бигхорн стали более многочисленными и прожорливыми.
Фото: Айра Блок
/upload/iblock/59c/59c21caa29243f240b0621cedaabb695.jpg
Источник выброса углерода, произошедшего 56 миллионов лет назад, пока не ясен – однако он точно имел естественную природу. Нынешний выброс, грозящий оказаться куда более быстрым, вызван деятельностью человека. Океаны и леса поглощают СО2 из атмосферы, но не могут поспеть за выбросами из таких труб, как эта (в центре), принадлежащая угольной теплоэлектростанции в Англии – стране, где когда-то началась промышленная революция.
Фото: Джейсон Хокс
/upload/iblock/075/07507911e60f930734a599579eb8c8fa.jpg
Установленное на электростанции в Западной Виргинии опытное устройство могло бы предотвратить наступление жаркой эпохи – оно улавливает молекулы CO2. Но дорогостоящий проект не осуществится, пока не будут введены ограничения на выбросы.
Фото: Айра Блок
56 миллионов лет назад в атмосферу Земли при загадочных обстоятельствах попало огромное количество углекислого газа. На планете случилась катастрофа – и мы, люди, стали одним из ее последствий.
Глобальное потепление уже было. Охваченная жарой земля существовала примерно 56 миллионов лет назад. Через девять миллионов лет после того, как астероид, упав на полуостров Юкатан, вызвал катастрофу, уничтожившую динозавров, наша планета испытала еще одно потрясение. Наступила страшная жара, вероятно, вызвавшая появление наших ближайших предков приматов. Атлантический океан тогда еще не соединялся с Северным Ледовитым, и приматы, наряду с другими животными, стали мигрировать из Азии в Северную Америку через Европу и Гренландию. При этом на пути им не встретилось ни одной льдинки – даже до наступления событий, о которых пойдет речь, на Земле было гораздо теплее, чем сейчас. А когда эпоха палеоцена сменилась эоценом, сделалось еще жарче – намного жарче, и очень быстро.
Причиной потепления стало крупномасштабное высвобождение углерода. Предполагается, что примерно такое же количество углекислого газа образовалось бы сегодня, если бы человечество разом сожгло все имеющиеся на Земле запасы нефти, угля и природного газа.
Причиной того доисторического изменения температуры стало крупномасштабное и внезапное высвобождение углерода. Сколько именно его было выброшено в атмосферу во время палеоцен-эоценового температурного максимума (ПЭТМ), как ученые называют этот горячечный период, неясно. Исследователи предполагают, что примерно такое же количество углекислого газа образовалось бы сегодня, если бы человечество разом сожгло все имеющиеся на Земле запасы нефти, угля и природного газа. Как открыли потепление. Древнее глобальное потепление ученые открыли совсем недавно. Рубеж палеоцена и эоцена долго считался просто периодом, когда один набор окаменелостей сменялся другим. Но ситуация изменилась в 1991 году, когда два океанографа, Джеймс Кеннетт и Лоуэлл Стотт, подвергли анализу изотопы углерода в донных отложениях Атлантического океана вблизи Антарктиды. На границе между палеоценом и эоценом они обнаружили резкий сдвиг соотношения стабильных изотопов углерода в раковинах амеб фораминифер, что доказывало: всего за несколько столетий в океан попало огромное количество углерода. Он, вероятно, также попал в атмосферу, где – в форме углекислого газа – стал удерживать солнечное тепло и нагревать планету. В начале 1990-х такие же следы глобального потрясения стали находить в отложениях горы Поулкет-Бенч в штате Вайоминг. Двое молодых ученых, Пол Кох из Института Карнеги и Джеймс Закос, работавший в то время в Мичиганском университете, исследовали образцы ископаемой почвы из разных осадочных слоев, а также зубы примитивного млекопитающего фенакода. И что же? Здесь был зафиксирован тот же изотопный скачок, что и в окаменелых фораминиферах. Становилось ясно: произошло некое событие глобального масштаба, затронувшее не только невразумительные морские микроорганизмы, но и серьезных наземных животных. Что же должно было случиться, чтобы появилось столько углерода? Мы знаем источник поступления избыточного углерода в атмосферу в наши дни: это мы сами. Однако 56 миллионов лет назад на Земле не было людей, не говоря уже о машинах и теплоэлектростанциях. Существует немало версий относительно причин этого загадочного углеродного всплеска. В конце палеоцена Европа и Гренландия разошлись в разные стороны и образовалась северная часть Атлантического океана. Это действо сопровождалось мощными вулканическими извержениями, которые могли «приготовить» углекислый газ из органических отложений на дне. Но такой процесс был бы слишком медленный, чтобы им правомерно было объяснить резкий рост количества изотопов. Лесные пожары могли бы сжечь все палеоценовые запасы торфа, – но сажу от таких гипотетических пожаров пока не находили в осадочных породах. Гигантская комета, врезавшись в сложенные из карбоната горы, могла бы быстро высвободить огромное количество углерода – однако прямых доказательств подобной катастрофы еще никто не обнаружил. Самая старая и по-прежнему самая популярная гипотеза такова: углерод возник из крупных запасов гидрата метана. Гидрат метана – это любопытное, похожее на лед кристаллическое соединение, состоящее из молекул метана. Такие соединения стабильны лишь при низких температурах и высоком давлении. Большие запасы «метанового льда» сегодня скрываются под арктической тундрой и на дне морей, на склонах между материковыми шельфами и глубоководными равнинами. В эпоху ПЭТМа первоначальное потепление, вызванное той же вулканической активностью или небольшим колебанием земной орбиты, из-за которого отдельным районам планеты досталось больше солнечного света, могло растопить гидраты, позволить молекулам метана ускользнуть из своих водяных клеток и проникнуть в атмосферу.
Во время ПЭТМа с некоторыми млекопитающими произошла странная метаморфоза: они изрядно измельчали. Наши предки, приматы, были размером с мышь или кролика.
Но подобная гипотеза вызывает тревогу. Метан, находящийся в атмосфере, нагревает Землю в двадцать раз сильнее, чем углекислый газ (из расчета на одну молекулу); через 20–30 лет он окисляется до СО2 и еще долгое время продолжает нагревать атмосферу. Многие ученые предполагают, что именно такой сценарий начал осуществляться сейчас: потепление, вызванное сжиганием ископаемого топлива, приведет к стремительному высвобождению метана из морских глубин и вечной мерзлоты. Hаши предки размером с мышь. Вероятнее всего, учитывая огромное количество высвобожденного в период ПЭТМа углерода, причин этого выброса было несколько. И, каковы бы они ни были, мы уже можем говорить об очевидных последствиях – тогда, 56 миллионов лет назад, случились коренные и полномасштабные изменения в живой природе. Филипп Джинджерич из Мичиганского университета, специализирующийся на позвоночных, наряду с другими палеонтологами, обнаруживал серьезные эволюционные перемены в конце палеоцена задолго до того, как была открыта их причина. Джинджерич уже сорок лет охотится за ископаемыми этого периода в бассейне Бигхорн, представляющем собой засушливое плато длиной 160 километров к востоку от национального парка Йеллоустон в Вайоминге. По большей части Джинджерич раскапывает склоны длинной узкой горы с плоской вершиной – Поулкет-Бенч, прижатой к северному краю бассейна. Четыре десятка лет назад Джинджерич впервые приехал в Бигхорн затем, чтобы узнать, откуда взялись лошади и высшие приматы. Теперь он уверен, что люди, как и все остальные сегодняшние приматы, произошли от предка, появившегося при палеоцен-эоценовом температурном максимуме. Тогда же возник вид, ставший предком непарнокопытных – лошадей, тапиров и носорогов, и другой вид, давший начало парнокопытным жвачным, среди которых олени, коровы и овцы. То есть три отряда современных млекопитающих приобрели свои характерные черты именно в эпоху ПЭТМа. В Бигхорне Джинджерич обнаружил следы этого грандиозного эволюционного взрыва, и он показывает мне, где именно – на склоне горы среди каменных складок и вымоин извивается широкая, метров в тридцать, полоса красной породы, столь же яркая, как красная полоска на разноцветном леденце. Внутри этой «полоски» Джинджерич и нашел окаменелости самых древних настоящих приматов, непарнокопытных и парнокопытных млекопитающих. С тех пор такие же окаменелости были найдены в Азии и Европе. Они появляются повсюду словно из ниоткуда. В период палеоцен-эоценового температурного максимума жара, вероятно, вынуждала тропические виды мигрировать в сторону полюсов. При этом растения и животные могли перемещаться с континента на континент по сухопутным перешейкам и смешиваться. В Бигхорне появились копытные. Немного позже – возможно, когда климат стал более влажным и на открытых пространствах, удобных для быстрых копытных, вырос густой лес, здесь показались первые высшие приматы. Внезапно оказавшиеся в Бигхорне виды могли мигрировать из Азии, где были найдены окаменелости немного старше здешних, а те, в свою очередь, произошли от предков, живших в палеоцене. Однако на данный момент не существует окаменелостей эпохи палеоцена, взглянув на которые палеонтолог сказал бы, что перед ним примат или лошадь, – и это не потому, что плохо смотрят. В саму эпоху ПЭТМа с некоторыми млекопитающими также произошла странная метаморфоза: они изрядно измельчали. Наши предки, приматы, были размером с мышь или кролика. Лошади, жившие в Бигхорне, стали размером с сиамскую кошку – а когда углерод начал покидать атмосферу, они снова выросли. Неясно, что послужило причиной уменьшения: жара или сам по себе углекислый газ. Однако главный урок, считает Филипп Джинджерич, вот каков – в условиях изменяющейся окружающей среды животные могут очень быстро эволюционировать. Катастрофы, засухи и наводнения. Джинджерич – отнюдь не единственный восторженный поклонник окаменелостей Бигхорна. «Я десять лет искал подобное месторождение», – говорит о Бигхорне Скотт Уинг, палеоботаник из Национального музея естественной истории при Смитсоновском институте, уже 36 лет собирающий здесь окаменелые листья. Мы с Уингом сидим на склоне холма западнее гор Бигхорн и стучим молотками по камням из траншеи, выкопанной помощниками Скотта. Во время пауз в разговоре слышна только музыка наших молотков. Если стучать по камню достаточно настойчиво, он трескается по линии, разделяющей два слоя. И иногда между ними – о, чудо! – удается обнаружить лист, столь хорошо сохранившийся, что с помощью лупы, которую выдал мне Уинг, можно разглядеть дорожки, проеденные насекомыми 56 миллионов лет назад. Когда Уинг впервые нашел листья времен температурного максимума, он сразу понял, с чем имеет дело. «Многие из этих растений мне раньше никогда не случалось видеть», – сказал он. Окаменелости, которые Скотт Уинг находил прежде, свидетельствовали о том, что до и после потепления бассейн был покрыт густым лесом, состоящим из берез, сикамор, метасеквой, пальм и вечнозеленых деревьев, напоминавших магнолии. И в палеоцене, и в эоцене Бигхорн был похож на север нынешней Флориды. Однако на пике ПЭТМа эта местность выглядела совершенно иначе. Она стала более засушливой и более открытой, подобно сухим тропическим лесам Центральной Америки. С юга сюда очень быстро мигрировали новые виды растений – порой с самого побережья Мексиканского залива, широтное расстояние до которого – полторы тысячи километров. Среди сотен окаменелых листьев, извлеченных Уингом и его коллегой Эллен Куррано, сотрудницей Университета Майами, почти в шести из десяти имеются дырки или ходы, прогрызенные насекомыми. Возможно, потепление ускорило обмен веществ у насекомых, что заставило их больше есть и активнее размножаться. А может быть, дело было в том, что излишек углекислого газа оказал прямое воздействие на растения: когда в современные теплицы закачивают СО2, растения начинают вырастать больше обычного, однако содержат меньше белка, отчего их листья становятся менее питательными. Возможно, в превратившемся в парник мире насекомым приходилось активнее питаться просто для того, чтобы наесться. Погрызенные листья были еще и намного меньше, чем листья их предков времен палеоцена, поскольку, как объясняет Уинг, количество осадков сократилось процентов на сорок (когда воды становится меньше, растения экономят ее, уменьшая площадь листьев). Сокращение количества осадков давало почве возможность полностью высыхать каждый год, из-за чего содержащееся в ней железо окислялось и становилось ржаво-красным. На склонах вдалеке мы видим отчетливые горизонтальные полосы красного цвета, перемежающиеся с серыми и желтыми участками. Это регулярно высыхающие почвы превратились в широкие красные полосы, украшающие сегодня холмы Бигхорна. А участки других цветов, относящиеся к самому разгару эпохи ПЭТМа, появились не потому, что климат в целом сделался влажнее, а оттого, что дожди стали проливными, подобно муссонам. Реки в бассейне Бигхорн начали регулярно выходить из берегов, смывая почву, – прежде чем ее слой мог бы стать достаточно глубоким. Биргер Шмитц и Викториано Пухалте из Университета Страны Басков в Бильбао, Испания, обнаружили в Восточных Пиренеях еще более впечатляющее свидетельство катастрофических наводнений. Они заметили изотопный всплеск в основании пласта, который сегодня находится высоко в горах, а некогда, вероятно, накапливался на прибрежной равнине. Огромное количество валунов было вымыто из зарождавшихся гор и раскидано по равнине, которая, как полагают ученые, простиралась на тысячи квадратных километров. Некоторые камни имеют полметра в поперечнике – такие мог принести только очень мощный водный поток. Валуны, веками разбрасываемые выходящими из берегов реками, – словно отпечатки суровых природных катастроф времен ПЭТМа. А в океанах тем временем процветали Apectodinium, вымерший вид динофлагеллят – разновидности одноклеточного планктона. Зимой их клетки запирались в твердую защитную оболочку – цисту – и опускались на дно. Весной клапан цисты раскрывался, подобно люку, клетки выбирались наружу и устремлялись к поверхности, оставляя свои пустые цисты на дне, – чтобы 56 миллионов лет спустя ученые обнаружили их присутствие в осадочных породах. В отложениях более древних, чем палеоцен-эоценовый температурный максимум, эти цисты находили только в субтропиках, а вот в отложениях времен ПЭТМа они присутствуют по всему миру, доказывая, что океан нагревался везде. Курорт на Северном Ледовитом океане. Ученые пришли к выводу, что в эпоху ПЭТМа среднегодовая температура в бассейне Бигхорн повысилась примерно на пять градусов Цельсия. Это больше, чем повышение температуры со времен последнего ледникового периода. И немного больше, чем прогнозы на XXI век, – однако не больше, чем предсказывают на следующие несколько столетий климатические модели, составленные с учетом того, что человечество продолжит сжигать ископаемое топливо. Кроме того, эти модели предрекают радикальные изменения в характере распределения количества осадков, возможно, уже в этом веке, в особенности в субтропических районах – например, на юго-западе США. Но как проверять точность таких моделей? Именно поэтому история эпохи палеоцен-эоценового температурного максимума так интересна: она предсказывает наше будущее через век-другой – если мы не снизим выбросы СО2. В палеоцене летняя температура воды в Северном Ледовитом океане уже составляла примерно 18 градусов Цельсия; в период ПЭТМа она подскочила до 23 градусов. Плавать там было все равно что сегодня купаться на побережье Крыма – а в Атлантике, в свою очередь, условия походили на нынешнее Карибское море. Сегодня температура воды на глубине у самого дна близка к точке замерзания, а во времена ПЭТМа она поднималась выше десяти градусов. По мере того как океан накапливал углекислый газ, нагревающий планету, кислотность океанской воды повышалась. Это подтверждается изучением некоторых глубоководных осадочных пород. Слой эпохи ПЭТМа в них виден особенно явственно – он кажется просто красной глиной. А окрашивается глина потому, что в ней кое-чего не хватает, а именно белого карбоната кальция, который осветляет отложения «над» палеоцен-эоценовым температурным максимумом и «под» ним. В эпоху ПЭТМа вода океана обладала повышенной кислотностью и растворяла карбонат кальция без остатка. Тут, возможно, читатель ожидает истории с простой моралью: в окисленном океане вымирают мириады форм жизни, растворяются скелеты кораллов, раковины моллюсков и фораминифер. Осуществление именно такого сценария прогнозируют многие ученые в XXI веке. Однако в случае с ПЭТМом не все так просто. Хотя кораллы в океане Тетис, предшественнике Средиземного моря, чьи волны плескались над странами нынешнего Ближнего Востока, похоже, и пострадали очень сильно, единственный точно зафиксированный случай массового вымирания затронул тех самых фораминифер, обитавших в придонном иле: как минимум половина их видов вымерла. Выбор природы поражает: фораминиферы были приспособлены к самым разным условиям, и, казалось бы, именно они должны были справиться с любыми трудностями. Сценарий глобальной жаровни. Основываясь на данных о степени окисления океана, ученые рассчитали: изначально в атмосферу было выброшено приблизительно три триллиона тонн углерода, после чего еще триллион с половиной попадал в нее постепенно. Общее количество – 4,5 триллиона тонн – очень близко к оценкам количества углерода, заключенного в запасах ископаемого топлива; размер изначального выброса соответствует примерно трем столетиям выбросов от сжигания топлива при нынешних объемах. Хотя данные и не полны, большинство ученых полагает, что во время ПЭТМа выброс происходил медленнее, заняв тысячи лет. Впрочем, с какой бы скоростью ни высвобождался углерод, гораздо больше времени ушло на его поглощение. По мере того как карбонаты на дне растворялись, противодействуя окислению, океан получал возможность поглощать большее количество СО2, так что через несколько столетий или тысячелетий после внезапного выброса углекислого газа его содержание в атмосфере пошло на убыль. Тем временем СО2 растворялся и в дождевых каплях, они выщелачивали кальций из скал на суше и смывали его в море, где углекислый газ, соединяясь с ионами карбоната, превращался в новые запасы карбоната кальция. Этот процесс происходит постоянно, однако в эпоху ПЭТМа он шел быстрее, поскольку климат был более жарким, а дождевая вода – более кислой. Постепенно дождь вымыл избыточный СО2 из атмосферы и превратил его в известняк на дне моря. Климат медленно вернулся к изначальному состоянию. Система загнала углерод обратно в камень – только на это ушли сотни тысяч лет. Сама эпоха ПЭТМа длилась 150 тысяч лет; небывалая жара вызвала засуху, наводнения, нашествия насекомых, привела к вымиранию ряда видов животных. Жизнь на Земле уцелела – но очень сильно изменилась. Мэтт Хьюбер, специалист по климатическим моделям из Университета Пардью, который провел большую часть своей научной карьеры, пытаясь постичь механизмы ПЭТМа, попробовал спрогнозировать, что будет, если человечество решит сжечь все имеющиеся на планете запасы ископаемого топлива. Хьюбер использует климатическую модель, разработанную Национальным центром атмосферных исследований в Колорадо, то есть одну из наименее чувствительных к углекислому газу – и все равно результаты, к которым он приходит, ужасают. При том развитии событий, которое он называет «наиболее вероятным при плохом сценарии» (наихудший сценарий Мэтт именует «сценарием глобальной жаровни»), условия в регионах, где сегодня проживает половина человечества, станут практически невыносимыми. На большей части территории Китая, Индии, Южной Европы и США средняя температура летом будет намного выше 37 градусов и днем, и ночью. «Если мы продолжим идти по той же дорожке, то никакой неопределенности у нас впереди не будет, – говорит Хьюбер. – Мы движемся к эоцену. И нам известно, что это такое». Сегодня приматы, которые 56 миллионов лет назад были размером с мышь или кролика, правят бал. Они, то есть мы, приручили других наследников ПЭТМа – лошадей, коров, свиней, овец – и расселились по всей планете. Наша сегодняшняя жизнь при всем своем разнообразии почти без исключений зависит от одного фактора – ископаемого топлива. Начиная с XVIII века в результате сжигания ископаемого топлива люди высвободили более 300 миллиардов тонн углерода – вероятно, менее одной десятой тех запасов, что еще лежат под землей, или того количества, которое попало в эпоху палеоцен-эоценового температурного максимума. И мы, одно из последствий ПЭТМа, сегодня сами повторяем тот эксперимент.