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».