Холодная эра наступила внезапно
|
Палеоклиматологи из США, Китая и Нидерландов получили убедительные подтверждения того, что около 34 миллионов лет назад на планете в очень сжатые сроки произошло глобальное изменение климата. Исследователи показали, что три события — резкое похолодание в Северной Америке, установление засушливого климата в Азии и образование ледяного щита Антарктиды — произошли практически одновременно по геологическим меркам (с точностью до нескольких сот тысячелетий). Если раньше считалось, что первопричиной великого похолодания стало образование пролива Дрейка, то теперь ученые склоняются к версии о снижении CO2 в атмосфере, которое могло произойти вследствие подъема Гималайского хребта.
Сколько бы ни шумели экологи и мировая общественность по поводу надвигающегося глобального потепления, всем геологам и палеонтологам отлично известно, что мы живем в очень холодную эпоху, и наблюдаемые на протяжении последних веков и десятилетий колебания температур едва заметны на фоне глобальной тенденции к похолоданию, прослеживающейся на протяжении всей второй половины кайнозойской эры.
Первые 30 миллионов лет после вымирания динозавров (65–34 млн лет назад, что соответствует палеоценовой и эоценовой эпохам) климат на планете был теплый и ровный, и постепенно становился все теплее. По мнению большинства экспертов, в это время климатические различия между экваториальными и приполярными областями были значительно меньше, чем теперь. Крупных скоплений нетающего льда почти нигде не было (возможно, за исключением высокогорных районов Антарктиды и центральной части Северного ледовитого океана). Антарктида, несмотря на свое приполярное положение, была зеленой, цветущей страной с разнообразным животным и растительным миром.
Около 34 миллионов лет назад, на рубеже эоцена и олигоцена, теплая эра сменилась холодной, длящейся по сей день. Ледяной панцирь покрыл Южный материк, уничтожив на нем всё живое. Климат на планете стал холоднее и суше, с более резкими сезонными колебаниями температур и с гораздо более выраженной широтной зональностью. Всё это сопровождалось крупными переменами в животном и растительном мире и на суше, и в океане. Многие виды вымерли, но на смену им вскоре пришли новые, и в целом разнообразие жизни на Земле в течение второй (холодной) половины кайнозоя продолжало расти столь же быстро, как и до похолодания. По-видимому, рост разнообразия зависит не столько от среднегодовых температур как таковых, сколько от гетерогенности природных условий. К тому же в экваториальной зоне и сегодня, по-видимому, климат остался таким же теплым, как в эоцене — похолодание затронуло лишь средние и высокие широты.
Первопричиной похолодания традиционно считалось движение материковых плит, которое привело в конце эоцена — начале олигоцена к отделению Антарктиды от Южной Америки и образованию кольцевого морского течения вокруг Антарктики. В результате Антарктика оказалась изолированной от теплых водных и воздушных масс, которые раньше поступали туда из низких широт, и начала быстро покрываться льдом. Считалось, что оледенение Антарктиды в дальнейшем вызвало похолодание на всей планете. Однако расчеты и модели показали, что изоляция и оледенение Антарктиды должны были привести скорее не к похолоданию, а к потеплению климата северных материков. Кроме того, оставалось неясным, насколько синхронными были изменения климата в разных частях света. Не была исключена и такая возможность, что они в действительности растянулись на миллионы лет и были вызваны множеством разных причин.
В последнем номере журнала Nature опубликованы сразу две статьи, показывающие, что глобальные изменения климата на рубеже эоцена и олигоцена произошли весьма быстро и практически одновременно в разных частях света. Это, в свою очередь, заставляет предполагать, что у произошедших перемен была какая-то общая причина.
В одной из статей геологи из Китая и Нидерландов привели данные по эоценовым и олигоценовым континентальным отложениям северо-восточной части Тибета. В этом районе в олигоцене существовало множество озер, которые то исчезали, то вновь появлялись с периодом примерно в 100 000 лет (что соответствует той самой периодичности изменений земной орбиты, которая в нынешнюю геологическую эпоху управляет циклами оледенений и межледниковий). С началом олигоцена озера исчезли окончательно и больше не появлялись, что свидетельствует о резкой аридизации (увеличении засушливости) климата. Ранее было известно, что примерно на рубеже эоцена и олигоцена в Азии имела место аридизация, сопровождавшаяся значительными изменениями флоры и фауны. Теперь исследователям удалось показать, что это событие было не постепенным, а внезапным, и произошло не примерно, а точно на этом рубеже (34 млн плюс-минус 100 тысяч лет назад). Датировка события основана в первую очередь на палеомагнитном методе.
В это же самое время, как было показано ранее, сформировался и ледяной щит Антарктиды. По последним данным, это происходило в два этапа: объем льда резко увеличивался в первые 40 тысяч лет олигоценовой эпохи, затем была пауза длительностью около 100 тысяч лет, за которой последовал второй сорокатысячелетний этап нарастания ледяного щита.
Во второй статье американские палеонтологи сообщают о результатах изотопного анализа зубной эмали и костей позднеэоценовых и раннеолигоценовых млекопитающих, проживавших на территории нынешних штатов Вайоминг, Южная Дакота и Небраска. Исследователи применили новую, более точную методику реконструкции палеотемператур по соотношению изотопов кислорода 18O и 16O в костях и в зубной эмали. Содержание изотопа 18O в минералах зависит от его содержания в окружающей среде и от температуры, при которой минерал образовался. Ни то, ни другое обычно заранее не известно. Авторы использовали то обстоятельство, что практически весь кислород плотной зубной эмали попадает туда при жизни животного. Поскольку млекопитающие обладают постоянной температурой тела, анализ зубной эмали позволяет выяснить содержание 18O в окружающей среде (прежде всего в воде, которую пили животные). Кости, напротив, имеют пористую структуру; при фоссилизации (окаменении) поры заполняются породой, в которой содержание 18O зависит уже от температуры окружающей среды.
Оказалось, что на рубеже эоцена и олигоцена содержание 18O в зубной эмали практически не изменилось (как и следовало ожидать), а в костях — резко увеличилось. Исследователи рассчитали, что обнаруженные изменения соответствуют снижению среднегодовых температур примерно на 8°C (c 21°C до 13°C), причем столь резкое похолодание произошло по геологическим меркам очень быстро — примерно за 400 тысяч лет. Увеличился также и разброс значений ?18O в ископаемых образцах, что, по всей видимости, свидетельствует об увеличении сезонных температурных колебаний.
Сравнив кривую ?18O для ископаемых костей с аналогичной кривой, полученной недавно для морских отложений, авторы пришли к заключению, что похолодание на суше шло несколько медленнее и, вероятно, «отстало» от морского на несколько сот тысячелетий, но было сильнее по амплитуде. Период наиболее быстрого похолодания завершился на суше примерно 33–33,5 млн лет назад. На североамериканском континенте похолодание привело к вымиранию многих видов холоднокровных позвоночных — амфибий и рептилий — и сравнительно мало повлияло на млекопитающих.
Таким образом, глобальная климатическая перестройка, приуроченная к началу олигоценовой эпохи, была быстрой и происходила почти синхронно на разных континентах — в Антарктиде, Америке и Азии, а также в океане. Плюс-минус полмиллиона лет в данном случае — это очень мало. Что же касается причин климатической перестройки, то они по-прежнему не ясны. Новые результаты говорят лишь о том, что, по-видимому, следует все-таки искать единую причину, а не объяснять изменения в разных частях планеты разными местными обстоятельствами.
Как уже говорилось, идея о том, что первопричиной похолодания было образование пролива Дрейка, не подтверждается имеющимися климатическими моделями. Более привлекательной многие исследователи сегодня считают другую гипотезу, согласно которой глобальное похолодание было вызвано снижением содержания CO2 в атмосфере. Предполагается, что углекислый газ стал активно изыматься из атмосферы в ходе усилившихся процессов выветривания горных пород, которые, в свою очередь, были вызваны «наползанием» Индии на Азию и подъемом Гималайского хребта.
Источники:
1) Alessandro Zanazzi, Matthew J. Kohn, Bruce J. MacFadden, Dennis O. Terry. Large temperature drop across the Eocene–Oligocene transition in central North America // Nature. 2007. V. 445. P. 639–642.
2) Guillaume Dupont-Nivet, Wout Krijgsman, Cor G. Langereis, Hemmo A. Abels, Shuang Dai, Xiaomin Fang. Tibetan plateau aridification linked to global cooling at the Eocene–Oligocene transition // Nature. 2007. V. 445. P. 635–638.
3) Gabriel J. Bowen. Palaeoclimate: When the world turned cold // Nature. 2007. V. 445. P. 607–608.
Александр Марков
