Осознание времени

Издательство «Альпина нон-фикшн» представляет книгу профессора геологии Маршии Бьорнеруд «Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога» (перевод Ирины Евстигнеевой).

Книга показывает, как знание ритмов глубокого прошлого Земли и понимание времени, свойственное профессиональному геологу, могут дать нам перспективу, необходимую для устойчивого будущего. Она содержит не только очерк геологической и климатической истории планеты, но и представляет новый способ мышления о нашем месте во времени, позволяя принимать решения с учетом временных масштабом нескольких поколений. Маршия Бьорнеруд показывает, как геологи составляют карту прошлого планеты, объясняя, как мы можем определить скорость геологических процессов, таких как горообразование и эрозия, и сравнивая их с более нестабильными ритмами океанов и атмосферы. Эти перекрывающиеся темпы изменений в системе Земли — одни более быстрые, другие более медленные — требуют разновременного мировоззрения, которое автор называет «осознанием времени». Она объясняет, почему осознание времени жизненно важно в антропоцене, в эпоху ускоряющихся планетарных изменений, и предлагает разумные решения для построения общества, которое живет не только сегодняшним днем.

Предлагаем прочитать фрагмент книги.

Самая длинная зима

Возможно, наша планета так бы и продолжала вести размеренный и спокойный протерозойский образ жизни, если бы около 800 млн лет назад новая тектоническая система не согнала бóльшую часть континентальной коры в один большой материк в экваториальной зоне. Геологи называют этот древний суперконтинент Родинией, от русского слова «родина». Как и все континенты, Родиния была лишь врéменной структурой и примерно 750 млн лет назад в результате рифтогенеза начала распадаться на части, что привело к образованию в тропических широтах новых протяженных береговых линий. Реки, питаемые мощными тропическими ливнями, несли осадочный материал и вымываемые из горных пород химические элементы в море, насыщая прибрежные воды питательными веществами и тем самым создавая условия для бурного роста микроорганизмов. Впервые в истории планеты изъятие органического углерода и его захоронение в осадках на континентальных шельфах достигло таких объемов, что привело к резкому снижению концентрации СО₂ в атмосфере — и запустило процесс глобального похолодания.

В полярных регионах начали разрастаться нетающие ледяные шапки, которые увеличивали альбедо, или отражательную способность поверхности Земли, что, в свою очередь, способствовало ее дальнейшему охлаждению — классический пример положительной обратной связи. Несмотря на расширение ледникового покрова, углекислый газ продолжал в больших количествах выводиться из атмосферы через захоронение органического углерода и интенсивное химическое выветривание горных пород в низкоширотных регионах Родинии (посредством того же механизма Гималаи сократили концентрацию атмосферного СО₂ и способствовали охлаждению Земли в кайнозое). Когда площадь ледникового покрова достигла критической точки, эффект альбедо вверг планету в состояние вечной зимы, превратив ее в «снежный ком».

Что именно произошло с Землей в криогении — одном из немногих периодов протерозоя, который упоминается довольно часто, — вызывает в геологическом сообществе жаркие споры. Нет лишь разногласий по поводу того, что в климатической системе планеты произошел серьезный сбой. Это ясно подтверждается геологической летописью: практически на всех континентах породы того периода представляют собой ледниковые (гляциальные) отложения — либо несортированную смесь глинистого вещества с валунами различных пород, оставленную ледником на суше, либо тонкослоистые морские отложения, перемежающиеся с окатанными обломками пород, принесенными айсберговым рафтингом (разносом). Поскольку значительная часть воды была превращена в лед, уровень моря должен был снизиться на десятки метров, обнажив обширные участки континентов для эрозии, которая продолжалась по крайней мере до тех пор, пока не наступила глубокая ледниковая эпоха и все поверхностные процессы не приостановились. Великое несогласие, наблюдаемое в Большом каньоне, между метаморфическими протерозойскими породами, такими как сланцы Вишну, и первой стратифицированной единицей — кембрийским песчаником Тапитс — отражает длительный перерыв в осадконакоплении в тот период, когда Земля была «снежным комом». Таким образом, если наступление резкого похолодания в конце протерозоя является общепризнанным фактом, то его конкретные детали — глубина промерзания, выживание биосферы и то, каким образом Земля вышла из гипотермического состояния, — служат предметом горячих научных споров.

Весна жизни

В конце концов Земля снова начала нагреваться. Возможно, ей помогло дыхание вулканов, которые продолжали извергаться, в то время как другие геологические процессы остановились, и понемногу, за тысячи лет, вулканы вывели Землю из ледяной комы. Или же внезапная взрывная «отрыжка» давно секвестированного биогенного метана с морского дна превратила ледяную планету в парник всего за несколько месяцев или лет. Уровень разрешения геологической летописи и точность существующих методов датирования пока не позволяют нам узнать такие детали.

В любом случае окончание периода «снежного кома» было ознаменовано тем, что можно было бы назвать Великой аэрацией, когда произошел второй большой скачок в повышении уровня свободного кислорода и формировании четвертой — современной — атмосферы Земли. Кислородчувствительные микроэлементы в осадочных породах наконец-то стали вести себя по-современному, что свидетельствует о возрастании концентрации свободного кислорода (O₂) с доли процента до почти близкой к нынешней. К сожалению, нам неизвестны подробности, как именно произошел этот переворот в стабильном квазиоксигенированном протерозойском мире. Возможно, массированный приток в океаны фосфора из раздробленного и перетертого материала горных пород, измельченных движущимися ледниками, привел к взрывному росту морской жизни.

Или же интенсивное смешивание верхних и глубоких слоев воды в океанах в переходный период между ледниковым и парниковым миром нарушило устойчивую геохимическую стратификацию, преобладавшую на протяжении 1,5 млрд лет.

Благодаря даже небольшому повышению концентрации кислорода организмы, использовавшие его в своих метаболических процессах, значительно повысили эффективность извлечения энергии из окружающей среды и получили возможность вырастать до гораздо бо́льших размеров, чем когда-либо прежде. В пределах миллиона лет после того, как Земля перестала быть «снежным комом», она была заселена необычной новой экосистемой мягкотелых макроскопических организмов, называемой эдиакарской биотой (или эдиакарской фауной). Эдиакарские (вендские) окаменелости найдены в осадочных отложениях в разных частях мира, в том числе в Южной Австралии, регионе Белого моря в России, графстве Лестершир в Англии и на острове Ньюфаундленд в Канаде. Это были необычные создания, похожие на стеганое одеяло, по форме напоминающие либо летающие диски фрисби, либо листья папоротников высотой до 1 м с прицепкой, с помощью которой они прикреплялись к морскому дну. Отсутствие у них кишок и минерализованных раковин свидетельствует о том, что они обитали в мирном подводном царстве, где преобладал осмотический способ питания и не было угрозы хищничества. Некоторые из этих организмов могли быть предшественниками более поздних и знакомых нам типов примитивных морских животных, таких как плеченогие (или брахиоподы). Но большинство представителей эдиакарской фауны, судя по всему, были результатом ранних эволюционных экспериментов по созданию макроскопических — многоклеточных — форм жизни и не оставили после себя потомков среди современных типов животных.

Но эдиакарские организмы недолго пребывали в эволюционном авангарде. В течение следующих 40 млн лет на морском дне развернулась интенсивная анатомическая перестройка, известная как кембрийский взрыв. Появление первых плотоядных запустило гонку вооружений между хищниками и их жертвами, которые с тех пор старались перехитрить друг друга, как Хитрый койот и Дорожный бегун[1]. Жесткие защитные оболочки из карбоната кальция стали обязательной экипировкой для крошечных существ, которые легко могли стать жертвами, тогда как крупные хищники обзаводились специализированным плавательным снаряжением и приспособлениями для убийства.

Впрочем, темпы эволюции в ходе кембрийского взрыва вызывают некоторые разногласия, сталкивая лбами палеонтологов и биологов, использующих геномный подход для определения того, когда на древе жизни появились те или иные ветви. Палеонтологическая летопись на основе окаменелостей предполагает, что промежуток времени между 540 и 520 млн лет назад был периодом беспрецедентных по своей скорости и разнообразию биологических инноваций. Однако эта гипотеза расходится с данными молекулярных часов — так называется метод датирования филогенетических событий, основанный на предположении о том, что гены, кодирующие белки, накапливают эволюционные изменения с практически постоянной скоростью. Большинство оценок на основе этого метода указывает на то, что царство животных, первыми представителями которых предположительно были губки, возникло в конце протерозоя 750–800 млн лет назад и что кембрийское событие было вовсе не «взрывом», а медленным, растянутым во времени процессом. Однако эта датировка означает, что зарождение животного мира началось в мрачную и холодную ледниковую эпоху, когда Земля была «снежным комом» и мало походила на уютную колыбель. Это разногласие в очередной раз подчеркивает любопытное культурное различие между «полевыми» палеонтологами, которые привыкли иметь дело с невероятным своеобразием ископаемых форм жизни и потому готовы принять идею о неравномерных темпах эволюции, и «лабораторными» молекулярными биологами, которые рассматривают клеточную структуру как механизм, а потому более склонны скатываться к ортодоксальному униформизму, чем их коллеги-геологи.

Таким образом, хотя сегодня докембрий перестал быть темным, неизведанным периодом в истории Земли, каковым он являлся для геологов Викторианской эпохи, наше понимание того, каким образом произошел переход к кембрийскому миру, по-прежнему остается довольно смутным.

В большинстве учебников по палеонтологии кембрийский взрыв рассматривается как «начало истории», как прелюдия к захватывающему повествованию о трилобитах, двоякодышащих рыбах, каменноугольных болотах, тираннозаврах, птеродактилях, мегатериях, мамонтах и, наконец, о гоминидах. Между тем во многих важнейших аспектах кембрийский мир не так уж сильно отличался от современной биосферы: почти все основные таксономические группы (типы) животных к тому времени уже появились на сцене, и на протяжении следующих 500 млн лет эти игроки занимались тем, что организовывались в сложные кислородозависимые экосистемы с многоуровневыми пищевыми сетями, заселяли материки и осваивали небо, развивая всё более специализированные адаптации к среде обитания, и периодически становились жертвами экологических катастроф, когда слишком быстрые изменения окружающей среды, и особенно атмосферы, превышали их адаптационные способности.