Читая каменную летопись Земли...

Внезапность этой метаморфозы до сих пор продолжает будоражить умы. В конце 70-х годов Л. Альварес, Ф. Азаро и Э. Майкл из Калифорнийского университета обнаружили в пограничных между мелом и палеогеном (66 млн лет) слоях горизонт, обогащенный иридием — элементом, совершенно не характерным для верхних оболочек Земли. Эта находка была сделана в горах Губбио в Италии. В течение нескольких лет тот же иридиевый слой был идентифицирован в различных районах мира: Западной Европе, Северной Америке и в других местах. Упомянутые авторы высказали предположение о внеземном источнике этого элемента. Согласно этой гипотезе, Земля в конце мелового периода встретилась на своем пути с огромным болидом или каким-то другим небесным телом, которое, попав в поле тяготения планеты, упало на нее, сгорев в атмосфере.

Иридий рассеялся над Землей и попал в конечном итоге в осадки, в том числе и в донные.

Однако космическая катастрофа, если она была на самом деле, должна была вызвать не только рассеяние иридия. Облако пыли и газов, поднятое от падения небесного тела и горения его в атмосфере, могло быть настолько большим, что наступило бы длительное (несколько месяцев) помутнение воздуха, когда солнечные лучи не могли бы пробиться на землю. По мнению Л. Альвареса, если удар болида пришелся на сушу, это должно было вызвать значительное похолодание. Если же остатки небесного тела упали в океан, то, напротив, усилился бы парниковый эффект, т. е. на короткое время значительно потеплело бы. Выпавшие горячие азотнокислые дожди способны были растворять карбонатные остатки и скелеты животных.

У. Уолбач, изучавшая в Чикагском университете образцы отложений, обогащенных иридием, в поле электронного сканирующего микроскопа, обнаружила в них частички сажи. Ее находка может свидетельствовать о гигантском пожаре на поверхности Земли после падения небесного тела. По мнению У. Уолбач, в результате гигантского пожара, полыхавшего на суше 66 млн лет назад, сгорело до 90 % всей наземной растительности. Руководитель удачливой аспирантки Э. Андерс полагает, что падение небесного тела диаметром более 10 км, эквивалентное взрыву всех запасов ядерного оружия, помноженному во много тысяч раз, должно было вырыть кратер диаметром до 300 км. «Огромный огненный шар уплотнил атмосферу, — считает он. — Его радиус составил тысячу километров. Ветры со скоростью сотен километров в час охватили всю планету в течение считанных часов, высушивая деревья, как волосы, гигантским феном. Температура в 2000° вызывала испарение горных пород, которое распространилось очень быстро. Вероятно, происходили их конденсация и выпадение в раскаленном виде, что было причиной вторичных пожаров» [Гор, 1989].

Такой сценарий, подобный апокалипсису, вряд ли реален. Ведь при катастрофе подобных масштабов должны были погибнуть не только динозавры, но и все другие животные, да и большинство растений, прежде всего высших. Вода бы в океанах закипела, и все живое в его верхнем слое должно было свариться. Это не только бы не ускорило эволюцию органического мира, но отбросило бы ее на многие десятки миллионов лет назад. Между тем иридиевый горизонт и перекрывающие его слои отнюдь не обогащены скелетными остатками или органическим веществом, хотя после описанного выше катаклизма земля и моря неминуемо превратились бы в гигантское кладбище. Да и скелеты погибших динозавров не были обнаружены ни в самом иридиевом слое, ни в соседних с ним пластах. Таким образом, если и было столкновение с крупным космическим телом, то не оно (во всяком случае, не только оно) стало причиной драматических перемен в животном и растительном царстве на рубеже мела и палеогена. Последние, кстати сказать, произошли постепенно, как бы исподволь. Так, млекопитающие уже доминировали 70 млн лет назад, т. е. за 4 млн лет до катастрофы, и за это время смогли значительно потеснить архаичных своих предшественников. Окончательное же их вымирание могло произойти вследствие существенных изменений климата и ландшафтных обстановок на суше, а также трансформаций существовавшей до того системы океанических течений. Что же подготовило эти изменения? Чтобы дать ответ, попробуем сначала представить себе климаты прошлого.

Климаты прошлого

Водный баланс между континентами и океаном (иначе говоря, круговорот водных масс между ними) определяется главным образом двумя факторами: соотношением площадей суши и водных пространств (океанов и эпиконтинентальных морей); распределением континентальной суши по широтам. Естественно, чем больше площадь суши, тем меньше зеркало вод, с которого происходит испарение влаги. Отсюда и меньший объем атмосферных осадков, выпадающих над континентами. Сложнее обстоит дело с тем, какую роль играет распределение площади материковой суши по географическим широтам, и в частности с тем, как оно влияет на баланс атмосферных осадков. Геологические данные показывают, что наиболее засушливый климат на материках устанавливался в эпохи, когда они сходились вместе, образуя гигантские конгломераты. Подобная ситуация имела место в конце докембрия и в интервале от позднего карбона до середины триаса (вспомним Пангею). Как показали расчеты [Tardy et al., 1989], уровень водного стока в перми и триасе был самым низким за весь фанерозойский этап эволюции (570 млн лет) и приближался к современному объему стока, равному, по данным указанных авторов, 0,397x10^{20 г}/_год.

Напротив, гумидными были меловой период (130-66 млн лет назад), поздний силур-девон (415–350 млн лет назад) и кембрий (570–510 млн лет назад), когда материки были рассеяны по поверхности Земли. В меловое время объем выпадавших над континентами осадков составлял около 0,5·10^{20 г}/_год, что примерно на 20 % выше современных значений. В триасе он снизился до 0,35 10^{20 г}/_год, в основном вследствие того, что значительные массивы суши находились в то время в пределах широт, где господствуют субтропические и засушливые условия (рис. 8). Наивысший уровень атмосферных осадков (и испарения) был характерен для кембрийского периода, когда многие крупные континентальные массивы располагались вблизи экватора (рис. 9). Оценка скоростей осадко-накопления по величине отношения изотопов стронция (⁸⁷Sr/⁸⁸Sr) подтверждает эти выводы.

Рис. 8. Положение материков (а) и распределение площади, занятой материками и океанами в различных широтах (6), в начале триасового периода [Tardy ei al., 1989] 1 — континенты; 2 — горные хребты и вулканические дуги; 3 — океаны

Рис. 9. Положение материков (о) и распределение площади, занятой материками и океанами в различных широтах (б), в раннекембрийскую эпоху [Tardy el al., 1989] Условные обозначения те же, что и на рис. 8

Другие влагообильные периоды в фанерозойскую стадию развития планеты, а именно девонский, меловой и палеогеновый, также характеризовались высокими скоростями аккумуляции толщ отложений. С другой стороны, карбон, пермь и триас, отмеченные равномерной группировкой континентальных масс по широтам в составе единого материка Пангея, отличались весьма пониженными скоростями их формирования. Не в последнюю очередь это было связано с малыми объемами выпадавших над сушей атмосферных осадков, со слабо протекавшими химическими процессами выветривания и с незначительным количеством смываемых с суши в океан продуктов эрозии. К тому же и площадь шельфов явно сократилась по сравнению с периодами фрагментации континентальной литосферы. А шельфы и соседний с ними континентальный склон были и остаются основными областями аккумуляции карбонатных и кремнистых отложений.

Наивысший размах денудация суши приняла в девонский период, хотя он и уступает в этом отношении современной эпохе: по данным исследователей, современные значения достигают 108·10⁶ т/км²/млн лет.

Таким образом, в геологической истории Земли отчетливо выделяются эпохи преобладания гумидного и аридного климатов на суше. Кроме того, следы обширных оледенений, не уступавших по масштабам плейстоценовым, свидетельствуют о том, что климат менялся от теплого до холодного (по крайней мере в высоких и умеренных широтах). В фанерозое оледенениями были отмечены позднеордовик-силурийское время (Северо-Африканский кратон, отчасти Бразильский щит), поздний карбон — пермь и ранний триас (Южная Африка, Южная Америка и Антарктида), наконец, плейстоцен (северные районы Евразии и Северной Америки, Антарктида). Последнее похолодание, достигшее максимума в четвертичное время, началось в высоких широтах гораздо раньше. Так, ледовая шапка Антарктиды стала образовываться еще в олигоцене, а по некоторым данным даже в эоцене. Одним словом, земной климат долго эволюционировал от теплого в мелу до холодного, прежде чем началось глобальное оледенение, затронувшее в плейстоцене не только высокие, но и умеренные широты.

Не выясненным до конца остается одно очень важное обстоятельство: существовали ли ледовые шапки на полюсах постоянно (в позднем докембрии и фанерозое), или они формировались лишь в редкие эпохи глобального похолодания климата? Еще недавно большинство специалистов не сомневались в ответе на этот вопрос. Да, говорили они, ледниковый панцирь в высоких широтах — непостоянное явление. Он образуется лишь на некоторых этапах при определенном сочетании космических факторов (положение Солнца относительно центрального ядра Галактики и уровень активности самого Солнца) и астрономических (наклон земной оси, прецессия и др.). До недавнего времени еще бытовало убеждение, что при соблюдении этих условий климат на Земле становился настолько теплым, что субтропическая растительность произрастала даже вблизи полюсов, если там, конечно, была суша.

Необходимо отметить, что при всей важности совместного действия перечисленных факторов не меньшее значение имели и чисто земные обстоятельства. Одно из них, как говорилось выше, — это особенности расположения материков на поверхности планеты. Их объединение в крупные конгломераты, когда значительные площади суши оказываются вблизи полюсов, создает благоприятные предпосылки для развития широкомасштабного оледенения. Этому условию отвечают все фанерозойские эпизоды, с которыми связано образование обширного ледникового панциря на ряде континентов.