С момента зарождения жизни на Земле более трёх миллиардов лет назад мир периодически претерпевал катастрофические изменения. Заканчивается одна эпоха, начинается другая, и живые существа во всех уголках земного шара страдают и умирают в огромных масштабах. Между тем стабильность позволяет жизни восстанавливаться и даже процветать в новых условиях.
- Что может вызвать такие огромные изменения? И если эти изменения могут происходить естественным образом, почему они не происходят постоянно? Что древняя история может рассказать нам о том, что происходит с миром прямо сейчас?
Давайте совершим путешествие через более чем 2 млрд лет истории Земли и рассмотрим величайшие изменения в климате. Каждое событие уникально, но выделяются общие элементы, из которых мы можем извлечь уроки. Попутно мы увидим, как изменения окружающей среды влияют на живой мир, и как даже крошечные и безобидные живые существа могут оказать на мир огромное влияние.
Гуронский ледниковый период.
Наша история начинается в жарком мире 2,5 миллиарда лет назад. Даже полюса редко замерзали даже в тёмные зимние ночи. В атмосфере были высокие концентрации метана ( CH 4) и углекислого газа ( CO 2), которые являются парниковыми газами. Эта плотная атмосфера препятствовала утечке тепла Земли в космос. Жизнь была микроскопической, одноклеточной и примитивной. Одна линия бактерий, живущих на мелководье, развила способность использовать солнечный свет для поглощения углекислого газа и превращения его в химическую энергию, производя свободный кислород в качестве побочного продукта ( процесс, называемый фотосинтезом).
Это было великое событие оксигенации.
Результатом стало не что иное, как полный хаос. Кислород прореагировал с атмосферным метаном, образовав углекислый газ и воду. Этот дополнительный углекислый газ использовался фотосинтезирующими организмами для производства большего количества кислорода. Это совпало с образованием новой континентальной коры, которая подверглась химическому выветриванию, вытягивая из воздуха ещё больше углекислого газа. Наконец, солнце, возможно, вошло в тусклую фазу, направляя на планету меньше согревающих лучей. В совокупности эти события сработали так же, как если бы посреди ночи сдёрнули с себя одеяла.
Большинство форм жизни, которые не умерли от холода, погибли от отравления кислородом. Те, кто выжил, приспособились переносить или даже использовать свободный атмосферный кислород. В течение 200 миллионов лет этот ледниковый период, получивший название Гуронского, держал мир в ледяной хватке. Покрытые льдом скалы не поглощают углекислый газ, что в конечном итоге приводит к накоплению парниковых газов и началу таяния ледяных щитов. После того, как Гуронский ледниковый период закончился, на Земле в течение миллиарда лет было очень жарко, а льда было мало или вообще не было даже в самых холодных местах. В тёплых морях постоянно растёт разнообразие жизни.
Не раз в истории наша планета была покрыта льдом. Пока неизвестно, была ли Земля полностью заморожена.
Криогенный ледниковый период.
После миллиарда лет постоянной жары, около 850 миллионов лет назад, начали происходить постепенные изменения. Солнце, возможно, вступило в новый прохладный период, и тектоника плит сместила континенты, разместив их вблизи экватора. Экваториальная влага и жара увеличили скорость химического выветривания, вытягивая углекислый газ из воздуха.
130 миллионов лет спустя криогенный ледниковый период был в самом разгаре. Когда стало достаточно холодно, на полюсах начали образовываться ледяные щиты. Яркий лёд отражает солнечный свет обратно в космос, не позволяя Земле поглощать это тепло. Чем больше ледяные щиты, тем меньше тепла поглощалось и тем холоднее становилось. Палеоклиматологи расходятся во мнениях относительно того, продолжалась ли эта петля обратной связи до тех пор, пока ледниковые щиты не достигли экватора, но одно можно сказать наверняка: на земле никогда не было так холодно ни до, ни после.
Наличие ледяных щитов предотвращало химическое выветривание и способствовало накоплению углекислого газа, но охлаждающий эффект белых ледяных щитов вместе с тусклым солнцем удерживал мир во льду на 200 миллионов лет. За это время мир прогрелся лишь на относительно короткую передышку в 10 миллионов лет, прежде чем снова погрузиться под лёд.
Только когда количество форм жизни, производящих кислород, значительно сократилось, уровень кислорода в атмосфере упал. Это позволило вулканическому метану накопиться вместе с углекислым газом, и солнце вновь обрело свою обычную силу. В конце концов лёд снова растаял.
За исключением короткого периода, известного как Андско-Сахарское оледенение, мир снова стал горячим и свободным ото льда в течение 270 миллионов лет. За это время жизнь положительно расцвела. Что наиболее важно для нашей истории, растения выработали лигнин, прочный материал, из которого состоит древесина, и начали расти в высоту. В тени деревьев возникли совершенно новые экосистемы.
Криогенная эра - самый холодный период в истории Земли, закончилась 630 миллионов лет назад.
Ледниковый период Кару.
Тем временем вокруг Южного полюса собрался суперконтинент Пангея. Это нарушило течения тёплых вод в океанах, что оказало охлаждающий эффект. Великие леса покрывали континент, но ни одно живое существо не развило способности разлагать древесину. Мёртвые деревья падали, а на их вершинах росли новые, образуя глубокие груды древесины, которые впоследствии превратились в угольные пласты. Этот процесс вытянул углекислый газ из атмосферы, что ещё больше охладило планету. Уровень углекислого газа достиг рекордно низкого уровня.
В конце концов, около 360 миллионов лет назад, мир снова втянулся в ледниковый период - Кару. Стрекозы размером с голубя, многоножки длиннее роста взрослого человека и скорпионы размером с большую кошку - это были создания того времени.
Однако со временем ледниковый период стал слишком холодным даже для деревьев. Когда леса перестали расти и лёд снова покрыл голые скалы, уровень углекислого газа стабилизировался. Высокий уровень кислорода делал всё легковоспламеняющимся, и лесные пожары были обычным явлением, из-за чего некоторое количество углекислого газа попадало в воздух. Наконец, термиты установили симбиотические отношения с кишечными бактериями, которые позволили им переваривать лигнин, что ознаменовало конец эпохи, когда леса могли откладывать неограниченное количество углекислого газа. 260 миллионов лет назад, после 100 миллионов лет существования льда, ледяные щиты снова отступили.
Мезозойская эра.
Всего 8 миллионов лет спустя произойдёт катастрофа в виде сибирского супервулкана. Континент то и дело покрывался лавой, сочившейся из трещин, образуя огромное геологическое образование, известное как « Сибирские ловушки». Лава сожгла залежи угля предыдущей эпохи, а сам вулкан изверг углекислый газ и метан в рекордных количествах. Большие участки океана лишились кислорода, а глубоководные бактерии, восстанавливающие сульфаты, начали цвести и извергать ядовитые газы. 90% всего живого на Земле вымерло.
Однако на этот раз климат не изменился. Приток парниковых газов не будет иметь длительного эффекта, если в мире уже жарко. Жизнь вернулась с новой силой и быстро превратилась в динозавров и хвойные деревья. В течение почти двухсот миллионов лет окружающая среда оставалась относительно тёплой, пока по Земле бродили динозавры.
Кайнозойская эра.
65 миллионов лет назад огромный астероид врезался в побережье нынешней Мексики. В результате удара пыль попала в верхние слои атмосферы, загородив солнце и погрузив мир в период холода, длившийся десятилетиями. Когда пыль рассеялась, единственными выжившими динозаврами стали пернатые тероподы.
В то время как до кайнозоя самые крупные млекопитающие не могли весить более 15 кг, через несколько миллионов лет после удара астероида такие животные, как Уинтатерий, могли достигать 2 тонн, примерно такого же размера, как носорог. В результате этой быстрой эволюции появились первые члены современных семейств, такие как грызуны, копытные и ранние родственники слонов.
- Около 49 миллионов лет назад на Земле было на 8°C жарче, чем сейчас.
Содержание углекислого газа в атмосфере обеспечивало отсутствие льда на Земле, и мир был максимально далёк от ледникового периода. Арктическое море на северном полюсе было прохладным. Пресная речная вода, теплая от солнца, образовала слой над холодной соленой морской водой. Пресноводный папоротник, известный как Азолла, приспособился к этим условиям и образовал плавающий зелёный коврик на поверхности Северного Ледовитого моря.
Десятки миллионов лет листья азоллы росли в Арктике, увядали и умирали. Мёртвые листья упали в тёмные, холодные глубины, где образовали богатые углеродом сланцы, которые в конечном итоге стали арктическими нефтяными месторождениями. Со временем 80% содержания углекислого газа в атмосфере было отложено в виде мёртвых растений азоллы на дне Северного Ледовитого океана. Изменение было постепенным. Результат неизбежен.
Четвёртичный ледниковый период.
Из-за низкого уровня углекислого газа поверхность Земли начала терять тепло. Со временем на полюсах образовались ледяные шапки. Это привело к гибели папоротников Азоллы. Белые ледяные шапки отражали солнечный свет, вызывая дополнительное похолодание. Эта петля обратной связи продолжалась до тех пор, пока 2,58 миллиона лет назад не началось четвёртичное оледенение, современный геологический период.
В настоящее время мы находимся в фазе, известной как голоцен, межледникового периода, который начался 11 000 лет назад. Межледниковые периоды наступают очень регулярно и вызваны периодическими изменениями орбиты Земли. Эти регулярные закономерности известны как циклы Миланковича.
Общие черты.
В такой хронологии становится ясно, что каждый ледниковый период имеет уникальное начало. Каждый раз новый набор обстоятельств выталкивал мир из равновесия и вступал в эпоху низких температур и полярных ледяных шапок. Интересно то, что независимо от того, как начался ледниковый период, его конец неизменно наступает из-за накопления парниковых газов. Поскольку белый лёд отражает солнечное тепло обратно в космос, только атмосфера с высоким содержанием парниковых газов может сохранять достаточно тепла, чтобы изменить ситуацию.
Хотя всё существование человечества проходило в ледниковом периоде, четвертичном оледенении, этот ледниковый период довольно молод. Можно было бы ожидать, что межледниковье голоцена продлится ещё несколько тысяч лет, прежде чем ледяные щиты вернутся, чтобы сокрушить и поцарапать высокие широты нашего земного шара, а затем ледниковый период будет продолжаться в течение миллионов лет, пока условия не изменятся достаточно для нормальной парниковой системы Земли, чтобы возобновить работу естественным путём.
Конечно, сейчас не обычные времена. Впервые жизнь на Земле способна выбрасывать парниковые газы в атмосферу, а не забирать их. В то время как папоротник Азолла и каменноугольные леса превратили огромное количество углекислого газа в отложения с углём и нефтью, человечество может сделать обратное. Раньше такое происходило только из-за вулканов и редких лесных пожаров.
Излишне говорить, что человечество работает быстро. Азолле потребовалось более 40 миллионов лет, чтобы снизить уровень углекислого газа от теплицы до ледникового периода, а каменноугольным лесам потребовалось как минимум столько же времени.
По общему мнению, жизнь процветает, когда Земля горячая, и немного тепла гораздо предпочтительнее ледяных щитов толщиной в километр.
В истории Земли было два крупных события, когда уровни CO2 росли очень внезапно, а не постепенно. Один из них был вызван падением большого астероида, а другой следствием пермско-триасового вымирания, когда погибло 90% живых существ того времени. Это позволяет оценить серьёзность радикальных изменений в атмосфере и экосистемах нашей планеты.
Хотя глобальное потепление и, если уж на то пошло, глобальное похолодание являются частью естественной изменчивости планеты, эти изменения окружающей среды обычно происходят в течение миллионов лет. Они позволяют многим организмам постепенно адаптироваться.
Когда земной жизни уделяется недостаточно времени, происходят массовые вымирания и, хотя некоторым выносливым животным и растениям в конце всегда удаётся выжить, экологический хаос неизбежен.
Вот почему мы, люди, будучи частью Земли и процветание которых зависит от её равновесия, должны осознавать свою собственную силу.
Не проявляя ответственной заботы об атмосфере и окружающей среде, мы рискуем вызвать массовое вымирание, столь же серьёзное, как и многие апокалипсисы, через которые прошла наша планета.
И хотя жизнь, безусловно, каким-то образом выживет, мы сами и большая часть фауны и флоры, которые мы считаем само собой разумеющимися, могут этого не сделать.
Узнали ли вы сегодня что-нибудь такое, чего не ожидали? Дайте знать об этом в комментариях!
