книги / udivitelnaya_paleontologiya_istoriya_zemli_i_zhizni_na_ney

руются своеобразные толщи валунных суглинков и песков, отличающиеся высокой плотностью, связанной с воздействием ледниковой нагрузки, – основная, или донная, морена.

Размеры ледника определяются равновесием между количеством ежегодно выпадающего на него снега и той его долей, что успевает растаятьииспаритьсязатеплыесезоны.Припотепленииклиматакрая ледников отступают на новые (равновесные) рубежи. Концевые части ледниковых языков «мертвеют», их лед перестает двигаться и постепенно стаивает. Включенные ранее в «мертвый» лед валуны, песок и суглинок высвобождаются, образуя вал, повторяющий очертания ледника, – конечную морену; другая часть обломочного материала (в основном песок) выносится потоками талой воды и отлагается вокруг в виде флювиогляциальных равнин (зандров). Со временем геологи выяснили, что подобные потоки практически так же действуют и в глубине ледников, заполняя флювиогляциальным материалом трещины и внутриледниковые каверны. После стаивания ледниковых языков с такими заполненными пустотами на земной поверхности остаются – поверх вытаявшей донной морены – хаотические нагроможденияхолмовразличнойформыисостава:яйцевидные(привидесверху) друмлины,вытянутыенаманержелезнодорожныхнасыпейвдольоси ледника (и перпендикулярно конечным моренам) озы и неправильной формы камы. Замечательно четко все эти формы ледникового ландшафта представлены в Северной Америке: граница древнего оледенения маркирована здесь конечно-моренным валом с высотами до 50 м, протянувшимся поперек всего континента от восточного его побережьядозападного.Ксеверу отэтой«Великойкитайскойстены» ледниковые отложения представлены в основном мореной, а к югу от нее – плащом флювиогляциальных песков и галечников.

Поначалу геологи полагали, что покровное оледенение возникло на Земле лишь однажды (как и Потоп): ледник надвинулся, а затем отступил в свое нынешнее положение, оставив на память о себе все этиморенныегряды,камовыехолмыизандровыеполя.Впоследствии, однако, обнаружили свидетельства многократности оледенений: заключенныемеждуразновозрастнымислоямимореныслоиторфаидаже гумусированныепочвенныегоризонты.Дляобразованияпочвыподобного рода необходимы достаточно теплый климат и обильная растительность – значит, холодные ледниковые эпохи (когда отлагались морены)перемежалисьстеплымимежледниковьями.В1909годуА.Пенк и А. Брюкнер установили, что изученные ими древние галечные террасы с бортов альпийских речных долин аккумулировались в ледниковые эпохи (когда интенсивное морозное выветривание и отсутствие растительности ускоряли эрозию), а в теплые межледниковья начинался их размыв. Они выделили для Центральной Европы четыре

231

ледниковые эпохи, названные по соответствующим альпийским речкам – гюнц, миндель, рисс и вюрм. Впоследствии сходная последовательностьплейстоценовыхсобытийбылаустановленаидля остальных территорий Северного полушария: в Восточной Европе различают окское (лихвинское), днепровское, московское и валдайское оледенения, в Северной Америке – небраскское, канзасское, иллинойсское и висконсинское.

Итак, подтвердив и развив теорию Агассиса, геологи оказались перед лицом проблемы: в чем же причина оледенений? Что вызывало рост ледниковых покровов прошлого и почему, распространившись почти на треть суши, они вдруг начинали отступать? «Астрономические» гипотезы усматривали причину этих изменений в периодическомсокращенииколичестватепла,поступающегонаЗемлю от Солнца. Другая группа гипотез акцентировала внимание на том, что оледенение – лишь одно из звеньев глобальной климатической системы и что система «ледниковый щит – океан – атмосфера» работает как единая гигантская машина; суть дела, заключали они, не в количестве тепла, поступающего на Землю, а в том, насколько равномерно это тепло распределено по поверхности планеты.

Солярная гипотеза, предполагающая периодические падения светимости Солнца, не имеет ныне сторонников: по мнению астрофизиков, звезды спектрального класса G-2, к которому относится наше Солнце, к подобным глупым шуткам совершенно не склонны. Зато весьма популярна теория астронома М. Миланковича (1924), связывающаяоледенениясизменениямилетнейинсоляции(поступления солнечной радиации) в высоких широтах обоих полушарий, что, в свою очередь, обусловлено циклическими изменениями трех параметров орбитального движения Земли вокруг Солнца (вариациями наклона земной оси и пр.). Сделав поправки на эффекты менявшегося альбедо (отражательной способности земной поверхности), он рассчитал сдвиги в географическом положении границ ледниковых покровов за последний миллион лет, которые неплохо совпали с периодизацией европейских оледенений. Как на инсоляционных кривых Миланковича, так и на палеоклиматическом графике Пенка и Брюкнера ледниковые эпохи запечатлелись в виде коротких резких пульсаций, отделенных друг от друга длинными интервалами, и при этом «Великое межледниковье» (между минделем и риссом) занимает на графике то же место, что и предсказанный Миланковичем длительный теплый интервал (рис. 59). Впоследствии картина ока- заласьгораздоболеесложной,чемэтопредставлялосьв30–40-егоды, однако ныне существование 100 000-летних климатических циклов, порождаемых орбитальными возмущениями, имеет вполне солидное обоснование.

232

Относительный возраст шестнадцати холодных фаз

Теория Миланковича (в ее современных вариантах) удовлетворительно описывает динамику похолоданий и потеплений внутри ледникового периода, однако, к сожалению, не отвечает на вопрос о наступлении самого этого периода: вполне очевидно, что вся эта астрономическая циклика была точно такой же и в предшествующие плейстоцену эпохи, но никаких оледенений при этом не порождала. Поэтому с середины 50-х годов стал расти интерес к «земным» гипотезам оледенений, переносящим акцент на динамические взаимодействия в системе «оледенение – океан – атмосфера»; мы уже упоминали об обратных парниковых эффектах, порождаемых изменениями атмосферного соотношения CO2/O2, и о работе морских течений при различном расположении материков.

Одной из самых интересных представляется гипотеза климатологов М. Юинга и У. Донна (1956). Задавшись вопросом «почему оледенение не возникает сейчас, когда температурные условия Арк- тикивродебывполнетомублагоприятствуют?»–онисочлиэтослед- ствием дефицита осадков81. Главный тезис их гипотезы: решающее условие возникновения оледенения в Арктике – усиление притока несущих влагу воздушных масс и усиление снегопадов; от этого ледник начинает нарастать, альбедо увеличивается, температура падает... ну, дальше – ясно. Вопрос: что же за фактор повышал влажность в арктических широтах? Ответ: освобождение Ледовитого океана от его ледового панциря в результате усиления притока теплой воды из Северной Атлантики. При отсутствии покрова морских льдов этот океан должен становиться мощнейшим испарите- лем,воздухнадним–«заряжаться»водянымпаром,аинтенсивность снегопадов над окружающей сушей – резко возрастать; рост альбедо доводит падение температуры до ледниковой эпохи. А вот дальше самое интересное! В некоторый момент похолодание достигает той точки, когда Ледовитый океан вновь замерзает, и тогда начинается дегляциация: потеряв главный источник атмосферного питания,ледниковыепокровыначинают«съеживаться».Ледниктает,при этом уровень океана повышается, ветви теплого Северо-Атлантиче- ского течения вновь прорываются в Арктику, растапливают ее морские льды – и цикл начинается по новой.

Существование этой парадоксальной автоколебательной системы, в которой оледенение порождается потеплением, а дегляциация –

81 То, что ледник возникает не столько «от холода», сколько «от сырости», известно достаточно давно. Покровное оледенение достигало максимума в теплых и влажных приатлантических областях, тогда как в сухой и холодной Восточной Сибири и на Аляске существовали лишь локальные горные ледники (см. рис. 58).

234

похолоданием, нашло недавно косвенное подтверждение при изучении донных отложений Атлантики: оказалось, что в плейстоцене Гольфстрим периодически исчезал; при этом выяснилось, что усиление Гольфстрима действительно совпадает с периодами похолоданий, и наоборот. Вообще один из главных вопросов, на которые приходится отвечать «земным» гипотезам (подразумевающим примерное постоянство инсоляционного баланса планеты), сводится к тому,какимобразомпрекращаетсяразрастаниеледника;поидееэтот процесс должен идти с положительной обратной связью. Ведь рост ледника приводит (через увеличение альбедо) к падению температуры, что еще увеличивает ледник – и так до тех пор, пока льдом не покроется вся планета... Один из наиболее убедительных ответов состоит в том, что по достижении ледником некоего порогового размера над ним (именно из-за высокого альбедо) возникает постоянно действующий антициклон (область высокого атмосферного давления), который усиливается по мере роста ледника и в конце концов лишает его «питания» – осадков. Таким образом, климат перигляциальных (окружающих ледник) территорий должен быть холодным

исухим, что полностью подтверждается палеонтологическими данными. В этих ландшафтах складывается весьма специфическая фаунистическая группировка с сочетанием криофильных (холодолюбивых) и ксерофильных (сухолюбивых) элементов, которую А. Я. Тугаринов (1929) назвал тундростепной; типично тундровые (влаголюбивые) элементы встречаются здесь лишь близ водотоков.

Сейчас группировки, сходные с перигляциальными, сохранились в виде так называемых реликтовых степей – островков среди таежного и лесотундрового ландшафта, приуроченных к южным склонам гор Северо-Восточной Сибири и Аляски, а также в холодных засушливых высокогорьях Центральной Азии (здесь их называют «пастбищемяков»).Реликтовыестепи,какитундра,представляютсобой безлесые сериальные стадии к хвойным таежным климаксам – соответственно, ксеро- и гидросерию; соотношение площадей, занимаемых в ареале сукцессионной системы сообществами ксеро- и гидросериального ряда, определяется климатической ситуацией. В перигляциальном ландшафте, где вся вода вымерзает на массе ледника (как в морозилке холодильника) и ситуация складывается фактически аридная, доминируют криоксерофильные тундростепи, а настоящие тундры существуют лишь в виде приводных сообществ. Когда же ледниковая эпоха заканчивается и наступает межледниковье, ситуацияменяетсянаобратную.Ледниктает,высвобождаямассыводы,

идоминировать на осовобождающейся ото льда территории начинают сообщества гидроряда (тундра – это в некотором смысле чудовищно разросшееся таежное моховое болото), тундростепи же съе-

235

живаются до крохотных островков «реликтовых степей» на сухих прогреваемых южных склонах.

Тундростепь отличалась тем, что травяной ярус ее формировали в основном не мхи (как в тундре), а злаки; здесь складывался крайне криофильный вариант уже знакомого нам (по главе 13) травяного биома с его высокой биомассой пастбищных копытных и хищников – мамонтовой фауной. В ее составе были причудливо смешаны виды, приуроченные ныне к тундре (северный олень, овцебык, леминги), к степям (сайгак, лошадь, верблюд, бизон, суслики), а также виды, характерныелишьдляэтогосообществаиисчезнувшиевместесним:

мамонт, шерстистый носорог, саблезубый тигр (смилодон), гигант-

ская гиена (рис. 60). Исчезновение мамонтовой фауны, произошедшее в начале голоцена, одни исследователи связывают с климатическими изменениями, другие же считают этих животных жертвами человека («охотников на мамонтов»). Сторонники гипотезы «антропогенного вымирания» резонно указывают, что все предыдущие межледниковья, когда еще не было человека, криофильная мамонтовая фауна пережила вполне спокойно. Сторонники гипотезы «климатических воздействий» (опять-таки резонно) возражают, что голоценовое вымирание было наиболее масштабным не в относительно

а

б

Рис. 60. Вымершие представители мамонтовой фауны:

а – шерстистый носорог; б – смилодон

(по Трофимову, 1965)

236

густо заселенной Евразии, а в практически безлюдной в те времена Северной Америке (человек проник сюда лишь около 10–12 тыс. лет назад из Азии через Берингов пролив); на прародине же человече- ства–вафриканскихсаваннах–никакихвымиранийвообщенебыло. Кроме того, вымирание захватило не только крупных травоядных и хищников, но и целую кучу маммальной мелочи, которая никак не могла быть для кроманьонцев ни добычей, ни врагами, подлежащими целенаправленному уничтожению.

Представляется, что наиболее близок к истине В. В. Жерихин (1993): «Каждый тип травяного биома производен от вполне определенной сукцессионной системы с лесным климаксом (в случае тундростепи от тайги. – К. Е.). При вторичном сильном сокращении площади травяных сообществ они могут полностью утратить комплекс (поддерживающих их. – К. Е.) крупных травоядных, а тем самым и эндогенную стабильность. В этом случае они могут вновь приобрести статус сериальных. Ярким примером могут служить современные реликтовые тундростепи, сохранившиеся в таежных сукцессионных системах после полного исчезновения тундростепного биома». В момент таяния ледника и резкого увлажнения климата расширяются моховые тундры и сокращаются злаковые тундростепи, служащие пастбищем для мамонтовой фауны. Дополнительные неприятности для популяций этих животных создает то, что тундростепной ландшафт оказывается «нарезанным» на «острова»: и из теоретической экологии, и из современной практики заповедного дела известно, что для крупных животных несколько мелких резерватов хуже одного крупного (равного им по площади). Вот в этих-то, кризисных, условиях человекмогнанестимамонтовойфауне последний удар: выборочно уничтожая крупных копытных, он значительно ускорил превращение тундростепей в лесные сообщества. А дальше процесс пошел неостановимо, с положительной обратной связью, пока не исчез весь этот фаунистический комплекс (хотя часть его сохраняется ныне в фауне тундр и степей). Отметим, что дольше всего мамонт выжил на острове Врангеля (открытый недавно карликовый подвид, около 1,5 м в холке, вымер 5 тыс. лет назад – против 10–12 тыс. лет на континенте), где и поныне широко распространены реликтовые степи.

Самое же интересное то, что итоговое воздействие катастрофических (по любым меркам) плейстоценовых оледенений на биоту Северного полушария оказалось совершенно ничтожным. Да, вымерло некоторое количество млекопитающих из мамонтовой фауны, но, во-первых, темпы этого вымирания не превышают средних по кайнозою, а во-вторых, как мы теперь знаем, мамонтовая фауна вымерласкорееврезультатепрекращенияоледенения.Известенлишь

237

один вымерший вид четвертичных насекомых (если не считать гигантского кожного овода, паразитировавшего на мамонте, и нескольких видов североамериканских жуков-навозников – те исчезли вместе со своими хозяевами и прокормителями); что же касается растений, то они, похоже, не пострадали вовсе. Создается отчетливое впечатление, что в плейстоцене менялось лишь географическое распространение экосистем (широколиственные леса временно отступали к югу, а на севере изменялось соотношение площадей, занятых сообществами гидро- и ксеросериального ряда) и отдельных видов (в перигляциальных сообществах Европы появлялись жуки, ограниченные ныне степями Якутии и Тибетом)82. Все это лишний раз свидетельствует о том, что экосистемы в норме обладают колоссальной устойчивостью, и разрушить их внешними воздействиями – даже катастрофическими – практически невозможно. Особенно замечательно плейстоценовая ситуация смотрится на фоне «тихих» внутрисистемных кризисов вроде среднемеловой ангиоспермизации – заведомо не связанной ни с какими импактами и драматическими перестройками климата, но вызвавшей обвальные вымирания в наземных и пресноводных сообществах.

С другой стороны, влияние плейстоценовых оледенений на климат планеты отнюдь не ограничивалось высокими ее широтами. Разрастание ледниковых щитов близ полюса тут же аукалось на экваторе невиданным иссушением тропического пояса: установлено, что дождевые тропические леса Южной Америки периодически съеживались до нескольких десятков крохотных пятачков-«резерватов» в среднем течении Амазонки, а всю эту территорию занимали сухие саванны. Более того, есть серьезные основания полагать, что пустыни наиболее распространенного ныне на Земле средиземноморского типа83 возникли лишь в плейстоцене. Если пустыни берегового и

82Необходимо помнить, что появление на территории лесной зоны этих степных (т. е. вроде бы южных) видов маркирует не потепления, как иногда ошибочно полагают зоогеографы, а именно ледниковые эпохи.

83СуществующиенаЗемлепустыниделятподинамикевыпаденияосадков на три типа. Береговые пустыни развиваются там, где к жарким побережьям подходят холодные морские течения (Намиб, Атакама): здесь осадков, считай, вовсе нет; жизни, соответственно, тоже. Пустыни центральноазиатского типа (Гоби, Бетпак-Дала): в них осадки «равномерно размазаны» по всему году – и потому жизнь тут есть весь год, но едва теп-

лится. Пустыни средиземноморского типа (Сахара, Каракумы, Большая Песчаная пустыня в Австралии): здесь осадков столько же, что и в предыдущем типе, но только все они выливаются разом, за две-три недели; тут происходит краткий и бурный расцвет жизни (разнообразные эфемеры), которая затем переходит в латентное состояние – до следующего года.

238

центральноазиатского типа, грубо говоря, являются пустынями всегда, то средиземноморские пустыни становятся таковыми временно,

взависимости от глобальной климатической обстановки, т. е. от взаимодействий в системе «оледенение – атмосфера – океан». Например, иссушение Сахары (наступление песков на саванну) идет буквально на наших глазах: первые европейские путешественники застали озеро Чад настоящим внутренним морем, а в реках нагорья Тибести, что в самом центре Сахары, еще в 20-е годы прошлого века жили крокодилы.

Многие из этих климатических изменений повторялись «в миниатюре» на памяти человечества. На рис. 61 представлена кривая зимних температур в Европе за последнее тысячелетие. Во время так называемого Малого ледникового периода (1450–1850 гг.) лед-

ники повсеместно наступали и их размеры превосходили современные (снежный покров появлялся, например, в горах Эфиопии, где его ныне не бывает). Во время же предшествовавшего тому Атлантического оптимума (900–1300 гг.) ледники сократились и климат был заметно мягче нынешнего (вспомните: именно в эти времена викинги назвали Гренландию «Зеленой страной»); следствием потепления в высоких широтах стало увеличение количества осадков, выпадающих в аридном поясе.

Итак, на севере стало тепло и, как писано в одном хорошем романе о викингах, «наступили времена изобилия и достатка, когда собиралсятакойпрекрасныйурожайржи,ауловсельдибылнастолько велик, что большинство людей легко могли прокормить себя (что

вСредневековье случалось нечасто. – К. Е.)». Итог этого «изобилия

Рис. 61. Климат последнего тысячелетия (по Имбри, 1988)

239

и достатка» – норманская экспансия в Европе: «датская дань»84 в Англии, варяжские дружины при всех состоятельных государях, колонизация Исландии и Гренландии, плавания в Америку. То же самое – на юге, где стало влажно, пустыня обратилась в степь; такое же «изобилие и достаток» посетило кочевые скотоводческие народы Центральной Азии; итог – «Монгольское нашествие» от Китая до Адриатики. На это же время приходится и расцвет городских цивилизаций в африканских саваннах – Канем, Гао, Гана, Мали, Ифе...

О климатических воздействиях на судьбы человеческих цивилизаций можно говорить много, однако тут я уже явно начинаю отбивать хлеб у историков; как раз в такие моменты Шахерезада «прекращала дозволенные ей речи» – и была совершенно права.

Дополнение к главе 14

Историческая биогеография. Викариантная модель и концепция «оттесненных реликтов».

Фитоспрединг

Биогеография – наука о закономерностях географического распространения живых существ. Вполне очевидно, что всякое живое существо экологически связано с определенным типом ландшафта, а если смотреть шире – с одной из природных (ландшафтно-клима- тических) зон: белый медведь – с арктическими льдами, лось – с тайгой, верблюд – с пустыней. С другой стороны, ареал (область распространения) некоей группы организмов в той или иной степени отражает и историю его формирования: район происхождения, время расселения, действие преград (кавиморфные грызуны, широконосые обезьяны и неполнозубые ограничены Южной Америкой, чтоотражаетдолгуюизоляциюэтогоконтинента,нарушеннуюлишь недавно возникновением Панамского перешейка). В соответствии с этими двумя аспектами биогеографию подразделяют на ландшафтную (которая является фактически разделом экологии) и историческую. Например, верблюды распространены ныне в пустынях Азии – Центральной (двугорбый бактриан) и Передней (одногорбый драмодер). Так вот, ландшафтная биогеография призвана ответить на вопрос о том, почему верблюды живут в зоне пустынь (а не в субтропических лесах или, скажем, в тайге), а историческая – почему верблюды распространены лишь в Азии и отсутствуют в Австралии

84 Дань, которую английские короли в X–XI веках были вынуждены выплачивать викингам, регулярно вторгавшимся на Британские острова.

240