Книга Автобиография Земли. 4,6 миллиарда лет захватывающей истории нашей планеты - Элизабет Эрвин-Бланкенхайм

В главе 3 уже обсуждалось, что три массовых вымирания отмечают границы между крупными геологическими эрами фанерозоя (между палеозойской и мезозойской и между мезозойской и кайнозойской).

Большинство людей знают о столкновении астероида с Землей 66 млн лет назад, с которым связано одно из пяти массовых вымираний – мел-палеогеновое вымирание, положившее конец присутствию нептичьих динозавров на Земле и ознаменовавшее окончание мезозойской эры. Тем не менее, хотя это массовое вымирание наиболее близко к нашему времени и возвещало о наступлении кайнозойской эры, по масштабу оно занимает всего лишь третье место в истории планеты. Самое значительное массовое вымирание в истории Земли произошло в конце пермского периода, 252 млн лет назад, и называется пермским вымиранием, или Великим вымиранием. В это время радикально изменился климат, что было обусловлено сильным парниковым эффектом. В результате целой череды событий, в том числе нарушения круговорота углерода и метана, условия на Земле стали неблагоприятными для жизни. По оценкам некоторых палеонтологов, на планете вымерло более 90 % морских видов. Однако в недавно проведенном исследовании эта цифра оспаривается: утверждается, что количество утраченных родов и семейств было гораздо ниже, примерно 81 % в океанах[372]. Автор исследования, Стивен Стэнли из Гавайского университета, Маноа, доказывает, что раньше палеонтологи давали завышенную оценку числа утраченных семейств и родов, поскольку представители флоры и фауны исчезали еще в результате вымираний, происходивших за десятки миллионов лет до основного события. Тем не менее это было самое масштабное массовое вымирание на планете, и стратиграфы признают его значение для геологического времени: это событие ознаменовало завершение палеозоя, и началась новая эра, мезозойская.

Великое вымирание в конце пермского периода и другие, такие как триасово-юрское вымирание, происходили в условиях, сходных с современным климатом. Еще один период с высокими концентрациями парниковых газов называется палеоцен-эоценовым термическим максимумом (Paleocene-eocene thermal maximum, PETM) в конце палеоцена кайнозойской эры. Это было время интенсивного потепления, связанного с ростом концентрации диоксида углерода в атмосфере и океане. Характер циркуляции вод океана резко изменился, что привело к снижению кислорода в воде, которое сопровождалось вымиранием от 30 до 50 % морских фораминифер[373]. Датирование PETM показывает, что он продлился всего 170 тыс. лет – это относительно короткий период в геологической летописи[374]. Данные исследований PETM подтверждают, что рост концентраций диоксида углерода и метана стал причиной повышения температуры на планете, в том числе на поверхности океана, таяния ледников и повышения уровня моря. Вероятнее всего, он также стимулировал эволюцию современных форм млекопитающих[375]. До конца палеоцена большинство ископаемых млекопитающих неузнаваемы, если сравнивать их с млекопитающими, появившимися впоследствии.

Причины этих событий были естественными, в отличие от нынешней ситуации, связанной с тем, что человечество сжигает ископаемое топливо. Как бы то ни было, первопричины повышения концентраций углерода и метана не имеют значения, если речь идет о нарушении круговорота обоих веществ. Теперь ученые знают, что более высокие уровни диоксида углерода и метана оказывают серьезное влияние. Исследователи указывают на свидетельства того, что в настоящее время мир переживает шестое массовое вымирание, кризис биоразнообразия, который вызван давлением на виды в результате сокращения среды обитания, охоты и деградации окружающей среды из-за быстрого глобального потепления.

Биоразнообразие на протяжении геологической летописи

Биологи оценивают разнообразие живых организмов по количеству видов и их сложности. Биоразнообразие связано с величиной территории (ареала), на которой распространен вид; чем больше территория, тем больше число видов. Но палеонтологам гораздо труднее определить ареал по палеонтологической летописи. Как уже упоминалось, ископаемые остатки представляют собой лишь малую часть всех организмов, живших в конкретное время, поэтому данные палеонтологической летописи неполны, а неполные данные оставляют пробелы в наших знаниях о том, какие существа обитали на Земле в любое данное время. Количество мест, где горные породы, содержащие ископаемые, обнажены или доступны, тоже ограничено. Для того чтобы компенсировать эти недостатки, геологи оценивают объем пород или обнажения, которые содержат ископаемые остатки. Более новый метод заключается в том, что палеонтологи проводят обратное вычисление влияния территории: на интерактивную карту наносят распределение ископаемых в зоне и используют программу анализа изображений для создания графиков, устанавливающих связь палеовидов с территорией[376]. Компьютерные модели и симуляции применяются также для того, чтобы определить количество видов в палеонтологической летописи на протяжении времени, и исследователи должны учитывать особенности процесса моделирования и работы моделей при анализе и корректировке палеонтологической летописи[377]. Такая система дает, в лучшем случае, приблизительную оценку, потому что, например, существа, которые не обитали на одной территории, могли фоссилизироваться вместе. Мертвые организмы легко могут переноситься речными потоками или наводнениями и оказаться вместе на прирусловых отмелях или в других местах отложения осадков.

В 1970-х гг. ученые в Морской биологической лаборатории Вудсхоулского океанографического института в Массачусетсе начали первые работы по сбору и определению количества видов на протяжении геологического времени. Знаменитые палеонтологи, включая Стивена Джея Гулда, Томаса Шопфа, Дэниела Зимберлоффа и Дэвида Раупа, встречались в этой лаборатории, проводили исследования и начали работать с компьютерными моделями, рассматривая палеовиды. Одним из аспирантов Гулда был Джон Сепкоски (1948–1999), которому Гулд поручил тяжелую задачу по составлению всемирной базы данных всех морских ископаемых организмов. Сепкоски трудился почти десять лет над созданием своего «Каталога семейств ископаемых морских организмов» (Compendium of Fossil Marine Families), который был опубликован в 1982 г., а в 1984 г. он представил свою кинетическую модель семейств ископаемых организмов[378]. В результате этой работы появилась ныне знаменитая «кривая Сепкоски», график, показывающий преобладание семейств морских животных на протяжении прошедших 600 млн лет. График демонстрирует увеличение видов фауны на протяжении геологической летописи с обрывами, которые связаны с вымираниями. Эти события соответствуют началу и окончанию трех больших эр фанерозоя.

В 1992 г. Джон Сепкоски выделил в общей сложности 4075 семейств морских животных[379]. Другие палеонтологи построили такие же графики для сухопутных позвоночных животных[380], растений[381] и беспозвоночных. Кривая Сепкоски указывает на пять массовых вымираний в фанерозое, при этом самое крупное произошло в конце пермского периода. Она также демонстрирует, что на протяжении геологической летописи биоразнообразие увеличивалось, несмотря на препятствия в связи с массовыми вымираниями. Другие исследователи провели статистическое исследование закономерностей в данных Сепкоски (см. цветную вклейку 7.2) и обнаружили, что существует цикл разнообразия длительностью 62 млн лет[382]. Палеонтологи продолжают изучать причины существования цикла.

Единая теория эволюции и ее история переплетены с хроникой геологии и ископаемых. Это один из трех всеобъемлющих принципов, характеризующих Землю, который прочно занимает место среди теорий-колоссов.

Объединяющие теории и будущее

Три всеобъемлющие теории, в самом полном смысле слова «теория», –