Атмосфера планеты. Жизнедеятельность ее организмов. Между этими двумя понятиями тесная связь, и отнюдь не односторонняя. Современный живой мир приспособлен к кислородному дыханию, но и сам кислород - продукт жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов - растений. Всегда ли система «атмосфера - жизнь» пребывала в ее нынешнем виде? Нет! На первых порах это продукт выделения не просто ненужный, но даже и вредный. Да и потом бывало всякое, иное, чем сейчас, содержание и кислорода, и углекислоты. В прошлом были великие атмосферно-дыхательные революции, означавшие резкую смену ландшафтов, изменение состава живущих организмов.
Американский палеоклиматолог Р. Фэйрбридж выделил пять таких революций. Первая совпадает с моментом зарождения жизни, когда появился первый бескислородный обмен веществ, который сохраняется, например, в глубинах Черного моря, отчего оно почти на всю глубину заражено сероводородом, да и во многих иных местах мирового океана. Вторая - с возникновением фотосинтеза, а значит, с появлением первого кислорода. Сначала этот кислород присутствовал только в тонком поверхностном слое в так называемых матах, бактериально-водорослевых образованиях на поверхности доисторических луж, где появились и получили развитие аэробные организмы, использующие кислород для дыхания. Но постепенно кислород стал одним из газов атмосферы. Над Землей появился слой озона - трехатомного кислорода, обладающего свойством задерживать самую чувствительную для живого часть ультрафиолетового излучения Солнца. Жизнь получила стимул для развития и для первого выхода на сушу.
Третья революция произошла, когда содержание кислорода в атмосфере достигло одного процента от современного. Остальное - азот и много, очень много углекислого газа. Самое важное изменение произошло в океане. В это время (возможно, это случилось 550 миллионов лет назад, в начале кембрия) вода океанов изменилась на вкус: насыщенная углекислым газом, она из чуть кисловатой стала чуть щелочной, как сейчас. Это малозаметное изменение не сыграло бы никакой роли, если бы оно не затруднило, и весьма серьезно, для уже многочисленного мягкотелого животного мира океанов удаление некоторых продуктов жизнедеятельности, например извести (СаСОз). Приходится лишь удивляться, до чего оперативно органическая жизнь и это затруднение (как раньше кислород) сумела использовать. Самые разные виды, роды, классы животных на рубеже докембрия и кембрия научились сначала одеваться в панцири и раковины, а потом и строить себе внутренние скелеты. Именно с этого момента начала составляться палеонтологическая летопись планеты: скелеты хорошо сохранялись.
Четвертая революция, грянувшая треть миллиарда лет тому назад. В каменноугольном и пермском периодах она быстро извлекла из атмосферы ту углекислоту, которую еще не успели захватить отлагающие известь организмы моря. Роскошные влажные леса каменноугольного и пермского периодов выделили огромное количество кислорода. Сколько?
Не получилось ли тогда так, что природа «перестаралась» - произвела кислорода больше, чем когда-либо, чем его есть на Земле даже теперь (23 %)? Есть мнение, что того кислорода было пожароопасно много, до 40 процентов, и леса не горели только потому, что стояли «по пояс» в воде, где и шло стремительное образование залежей торфа, зародышей будущих каменноугольных бассейнов. И не этим ли объясняется кратковременное появление на планете гигантских насекомых вроде каменноугольных стрекоз, достигающих в размахе крыльев чуть ли не метра? Ведь, по мнению биологов, размеры насекомых ограничены именно способом их дыхания и кровообращения: при больших размерах тела кислорода насекомому не хватает и при нынешнем составе воздуха.
Потом баланс природного равновесия вновь пришел в норму - вплоть до мелового периода. Сто миллионов лет назад на Земле произошла пятая атмосферная революция. Памятники ей - сахарно-белые меловые скалы на берегах Англии, Русской равнине и во многих других районах мира.
Меловая революция
Мел. Не случайно совпадают названия очень важного геологического периода и мягкой горной породы, известной любому первокласснику. Проводя с мягким хрустом этим белым бруском по черной классной доске, школьник не просто пишет слова, цифры, а размазывает по плоскости остатки раковин мельчайших морских животных - фораминифер и развалины хрупких панцирей одноклеточных подвижных жгутиконосных водорослей - кокколитофор. Мел - новая эпоха отложения извести в мелководных шельфовых морях прошлого. Многие из этих отложений поднялись потом над водой, и из белого мучнистого ила образовались гигантские толщи меловых известняков.
В главе «Суперхрон» первой половины этой книги рассказано о том, как интерпретируют повышенное отложение известняков в мелу современные тектонисты. В ходе некоего «суперхрона», грандиозного цикла циркуляции в толще мантии Земли, к поверхности раз в полмиллиарда лет поступает сгусток углеродсодержащих лав, из вулканов извергается необычно много углекислого газа. Но по схеме Симпсона в мелу все было не совсем так. Именно тогда, по его мнению, мельчайшие представители двух царств живого мира планеты совершили некоторое насилие над естественным химическим равновесием между океаном и атмосферой. Они отлагали, как он считал, под конец мела известь в условиях уже не избытка, как это бывало прежде, а недостатка углекислого газа. Они обеднили углекислотой сначала океан (ведь углекислота идет на образование извести), а затем, поскольку океан жадно поглощает атмосферную углекислоту, и воздух. В результате этого позднемелового «насилия» кислородно-углекислый обмен в природе держится именно с тех пор все более «на волоске»: углекислого газа в воздухе содержится очень мало, ровно столько, сколько успевают выделить животный мир, вулканы, человек с его техникой, прежде чем растения Земли жадно впитают его и разложат на углерод и кислород. Именно с этого времени начинается медленное повсеместное охлаждение климата Земли, с временными катастрофическими разогревами типа выброса метана в начале эоцена.
Геологи заканчивают мелом последнюю древнюю эру Земли - мезозой. Следующий за ним третичный период - уже в «нашей» эре, в кайнозое; в его лесах мы чувствовали бы себя как дома: столько знакомых растений мы бы видели вокруг. Третичных животных, хотя и очень непривычного облика, даже непосвященный признал бы за самых обычных «зверюг»: это были млекопитающие, об эволюции которых говорилось в предшествующей главе.
С меловым периодом навсегда ушли в прошлое ящеры-гиганты - и сухопутные, и водоплавающие, и летающие. В море вымерли ведущие группы беспозвоночных - аммониты, белемниты, многие губки. В меловом периоде во многих местах планеты теряют свое господствующее положение голосеменные растения. Очень быстро появились и захватили огромные пространства широколиственные леса, травы - покрытосеменные растения, главным оружием которых в борьбе за существование был новоизобретенный цветок.
Немецкий палеонтолог А. Мюллер выделил две основные эпохи великого вымирания - пермотриас и конец мела. Вымирали не виды, а целые роды и безвозвратно уходили в земные пласты в качестве окаменелостей.
Геологический термометр
Известный физик и астроном Гарольд Юри в 40-х годах проводил эксперименты с изотопами кислорода. Эти изотопы, например самые распространенные 16О и 18О, во всем похожи друг на друга, но второй тяжелее, и этого достаточно, чтобы в природе в некоторых случаях происходило их разделение, накопление одного относительно другого. Один из таких случаев - это уже знакомая нам реакция, используемая живыми организмами моря для построения своих скелетов и панцирей-раковин,- кристаллизация карбоната кальция СаСОз. Редкий, более тяжелый, а значит, несколько более энергичный изотоп 018 легче переходит в кристаллы, его больше накапливается в раковинках, чем в окружающей воде. Но самое интересное другое. Изотоп этот концентрируется в раковинах животных несколько активнее при нуле градусов, чем, скажем, при двадцати пяти градусах Цельсия. «В моих руках внезапно оказался геологический термометр»,- писал Г. Юри в 1946 году. Прошло десять лет, прежде чем градусник прошлого заработал. Он подтвердил существование низких температур в районе пермокарбонового оледенения в Австралии и очень теплых условий в мелу. Те самые меловые отложения, которые были образованы фораминиферами и другими раковинными организмами и вызвали пятую атмосферную революцию на Земле, сами рассказали о своем житье-бытье.
