Дж. Д. Макдугалл - Краткая история планеты Земля: горы, животные, огонь и лед

Циклы Миланковича показывают, как солнечная энергия, получаемая Землей, изменялась во времени, но сколько этой энергии удерживалось? Этот вопрос оказался даже более сложной задачей, чем вычисление орбитальных вариаций, поскольку решение ее зависит, среди прочих факторов, от распределения суши и моря, от характера поверхности суши и от состава атмосферы. Например, морская вода поглощает большую часть получаемой солнечной энергии, но лед или пустыни отражают значительную часть ее. Поэтому континентальные ледяные шапки создают положительную обратную связь, отражая солнечную энергию и еще больше охлаждая планету уже одним своим наличием. Но если ледяные шапки появляются в высоких широтах, где количество падающей солнечной энергии на единицу площади в данном месте гораздо меньше, чем в тропиках, то таким образом охлаждающее действие расположенных в высоких широтах ледников может быть нейтрализовано распределением суши при обширных океанах и небольшим числом континентов на низких широтах. Однако изменения распределения континентов относительно полюсов происходят очень медленно, и хотя они должны влиять на чувствительность Земли к вариациям других параметров, они не могут объяснить быстрые колебания между условиями ледниковых и межледниковых эпох Великого Ледникового века.

С другой стороны, состав атмосферы подвергается существенным изменениям за короткие промежутки времени. Анализ пузырьков воздуха, захваченных льдами из Гренландии и Антарктиды, как уже указывалось, показал, что во время ледниковых циклов содержание как углекислого газа, так и метана в атмосфере изменялось в ногу с климатом. Оба эти парниковых газа задерживают тепло, которое излучает Земля, и не дают ему уходить в космос, а керны, полученные из льда, показывают, что содержание обоих этих газов в теплые периоды увеличивается, а в холодные уменьшается. Однако внимательный анализ времени наступления этих изменений показывает, что в большинстве циклов они, по-видимому, следуют за изменениями температуры с некоторым запозданием. Если запаздывание будет подтверждено дополнительными исследованиями, то это будет означать, что они являются, скорее, результатом ледниковых циклов, а не их причиной. Но даже если это и так, то они должны были усиливать флуктуации температуры, при этом более высокие концентрации парниковых газов должны были поддерживать Землю несколько более теплой в межледниковые эпохи, а более низкие концентрации способствовали дальнейшему охлаждению в эпохи похолоданий.

Даже из этого краткого изложения должно быть ясно, что на вопрос: что вызывает глобальное оледенение? — имеется много возможных ответов. Ввиду столь большого количества действующих факторов, причем каждый из которых взаимодействует с другими, появление мощных быстродействующих компьютеров оказалось настоящим благодеянием для исследований климата ледниковых эпох. С их помощью оказалось возможным промоделировать, как климатические условия должны отвечать на различные количества углекислого газа в атмосфере, различные расположения континентов относительно полюсов, на различные части циклов Миланковича и множество других потенциально важных факторов. Научная литература включает множество статей, обсуждающих модели общей циркуляции (General Circulation Models), или GCM, как их называют посвященные, с помощью которых можно предсказать распределение температур, направления ветров и многие другие климатические особенности для различных возможных сочетаний условий в прошлом. Много полезных догадок было высказано на основании математических моделей, разработанных для этих разных предположений. Тем не менее, как и при долговременных метеорологических прогнозах, все они очень чувствительны к незначительным вариациям входных данных, и основанные на них предсказания точны лишь в той степени, в какой создатели моделей учитывают взаимодействие всех параметров задачи. В конечном счете эталоном, по отношению к которому следует оценивать эти теоретические построения, должна быть информация, получаемая от самой Земли, природные записи в горных породах, отражающие фактические изменения климата в прошлом.

Древнейшие из известных ископаемые остатки гоминид (гоминиды — это род, к которому принадлежит и наш вид — Homo, то есть человек) имеют возраст почти 4,4 миллиона лет. Они найдены в Эфиопии в тесной связи с отложениями вулканического пепла, которые можно датировать очень точно, поэтому их возраст можно считать хорошо установленным. Очень вероятно, что это наши прямые предки.

Около 800 000 лет после этих ранних гоминид в местности, которая сейчас называется Танзанией, почти в 2000 километров от места находки эфиопских окаменелостей, начало формироваться замечательное скопление ископаемых остатков совершенно другого характера. Здесь в результате серии вулканических извержений вся местность оказалась покрыта слой за слоем тончайшим вулканическим пеплом. После дождей этот пепел в поверхностном слое походил на разведенный цемент, и всякое существо, которое передвигалось по нему, оставляло следы, создавая тем самым живую запись о жизни животных, процветавшей в этой части Африки. Но кроме следов всевозможных животных — от кролика до слона, здесь, на этом моментальном снимке, сделанном природой более трех с половиной миллионов лет назад, было обнаружено кое-что еще, а именно следы группы гоминид, пересекших это место. Вероятнее всего, существа, оставившие эти следы, были очень похожи на те, которые представлены древнейшими эфиопскими окаменел остями. Некоторые ученые, изучавшие эти окаменевшие следы, считают, что они были оставлены семейной группой — мама, папа и сынок, но, может быть, более важно то, что отпечатки указывают на то, что эти гоминиды ходили на двух ногах, совсем как современные люди. Таким образом, около четырех миллионов лет назад или раньше наши предки спустились с деревьев тропических лесов Африки и распространились в травяных равнинах, освоив вертикальную походку. Многие палеонтологи считают, что этот переход был подсказан постепенно увеличивающейся засушливостью климата, которая наступала в Африке по мере охлаждения глобального климата, уменьшив площадь лесов и увеличив распространение степей. Тем не менее настоящие трудности существования в условиях Великого Ледникового века еще только ждали наших предков, хотя, возможно, они не так ощущались в тропиках, как в высоких широтах.

Австралопитеки, как называются сейчас существа, оставившие упомянутые выше эфиопские окаменелости (и другие подобные им гоминиды), обладали маленьким мозгом. Хотя они и были двуногими, они все же не были очень ловкими существами. И тем не менее они просуществовали несколько миллионов лет, причем часть этого времени они жили параллельно с нашим видом. Человек (Homo) впервые выходит на сцену в Африке среди ископаемых остатков других гоминид около двух миллионов лет назад. Приблизительно в это же время в осадках появляются обработанные каменные орудия. Одной из главных отличительных особенностей новых гоминид был их большой мозг — по крайней мере, по сравнению с любым из представителей вида австралопитеков, который предшествовал им. Почему Homo появился именно в это время и почему его мозг стал больше, чем у ранних гоминид? Не существует определенного, общепринятого и согласованного ответа на этот вопрос, но есть много гипотез. Одна из них предполагает, что совпадение между появлением Homo и началом оледенения в северном полушарии не случайно. Согласно этому взгляду, изменение климата, особенно чередование долгих ледниковых и коротких межледниковых эпох благоприятствовало животным, обладавшим способностью приспосабливаться к изменениям, индивидам, обладавшим изобретательностью и умом. В Африке эпизоды оледенения отличались холодным и сухим климатом; жизнь в это время была труднее, чем во время теплых и относительно более влажных межледниковых периодов. Правильна или нет эта интерпретация, неизвестно. Но самые крупные изменения среды обитания, сопровождавшие циклы холодного и теплого климата, которые регулярно сменяли друг друга на протяжении нескольких последних миллионов лет, должны были сыграть свою роль в усилении миграции и изоляции отдельных групп как Homo, так и других животных. Быстрая эволюция новых видов и подвидов, явная среди млекопитающих в целом, и уж конечно для рода Homo, была неизбежным результатом.