Игры климата. Шанс на спасение
В качестве примера можно привести Гольфстрим и его продолжение – Северо-Атлантическое течение. Именно благодаря им в Европе так тепло! Но стоит Гольфстриму повернуть на юг или «залечь на дно» под давлением холодной пресной воды, и наступит похолодание. Это не страшилки из голливудских фильмов, такой катаклизм происходил несколько раз в человеческой истории. В тихом океане подобным образом действуют Куросио и Северо-Тихоокеанское течение.
Глава 10. ПРИЧИНЫ ПЕРВЫХ ОЛЕДЕНЕНИЙ
Наступил третий эон – Протерозой (2,5 миллиардов – 541 миллион лет назад), состоявший из трёх эр: Палеопротерозоя, Мезопротерозоя и Неопротерозоя. Фотосинтезирующие организмы продолжали производить кислород. Наконец, его концентрация достигла критической отметки. Наступила Кислородная катастрофа [62; 85]. Нам никогда не понять масштабов той трагедии. Для нас кислород – источник существования, но для живого мира Архея и начала Протерозоя он был ядом. В те времена на Земле ещё не было многоклеточных организмов, даже самых примитивных. Тем не менее, это было первое массовое вымирание. С той лишь разницей, что гибли не животные и растения, а одноклеточные. Живой мир сменился полностью. Теперь право на существование имели только те, кто мог приспособиться к высоким концентрациям кислорода.
А фотосинтезирующие организмы продолжали работать. Наступил момент, когда океан больше не смог поглощать кислород, и последний вырвался в атмосферу. Сначала он расходовался на окисление («ржавение») горных пород, затем начал накапливаться в воздухе. Под воздействием солнечной радиации из кислорода образовался озон, с тех пор защищающий всё живое на Земле от ультрафиолета.
Столкновение с Тейей много миллиардов лет назад породило тектоническое движение: дрейф материков и образование гор. Процессы, происходившие в мантии, то сближали континенты, заставляя их собираться в один большой, то наоборот, распределяли их равномерно по всей планете. Раз в несколько сотен миллионов лет материки собирались в один гигантский суперконтинент. Он мог образоваться как на экваторе, так и ближе к полюсу.
Затем происходил его раскол, материки уплывали друг от друга, чтобы потом вновь соединиться. Это называется Суперконтинентальным циклом. Расположение материков влияет на циркуляцию в океане, а она, в свою очередь, на климат. При отсутствии препятствий вода нагревается у экватора, затем перемещается к полюсам, там охлаждается и возвращается в тёплые широты. Но образование суперконтинента нарушает эту схему. Рассмотрим два варианта. В первом из них представим, что гигантский материк занимает полярные области. В этом случае у экватора будет происходить нагревание воды. Суша не позволит ей добраться до высоких широт и нагреть воздух. Если суперконтинент образуется на экваторе, то холодная вода из полярных областей не попадает в тропические и не нагревается. Запускается цепная реакция, суша на экваторе не даёт воде нагреться, что вызывает изменение климата и ещё большее охлаждение океана. В обоих случаях образование суперконтинента способствует возникновению оледенения. 2,7 миллиардов лет назад, ещё в Архее, все материки в районе экватора объединились в один – Кенорленд. Помните Парадокс слабого молодого Солнца? В раннем Протерозое наше светило по-прежнему излучало меньше тепла, чем сейчас. В Архее от оледенения Землю спасли парниковые газы. Но за миллионы лет фотосинтезирующие организмы выделили в атмосферу колоссальное количество кислорода, в результате чего концентрация азота, углекислого газа и метана уменьшилась. Наличие суперконтинента Кенорленд, слабая солнечная активность и изменение состава атмосферы спровоцировали глобальное оледенение.
Как я уже писал ранее, геологическое время делят на эоны, эры, периоды и эпохи. По тому же принципу выделяют ледниковые эры, которые состоят из ледниковых периодов, а те, в свою очередь, из ледниковых эпох (Таблица 2).
Гуронская (Раннепротерозойская) ледниковая эра началась в Палеопротерозойскую эру геологического времени, примерно 2,4 миллиарда лет назад и продлилась около 300 миллионов лет. Масштабы изменений климата точно не известны, но ясно, что по своей силе они были значительными, так как следы оледенения обнаружены на четырёх современных континентах. Установлено, что имели место как минимум три ледниковых периода (три пика оледенения) [69].
Жизнь в Протерозое эволюционировала семимильными шагами. Появились ядерные организмы (эукариоты), многоклеточные, разнообразие живого увеличилось, биосфера стала более устойчивой, возникло половое размножение. Казалось, всё налаживается. Но это было только затишье перед бурей. Около 1,1 миллиарда лет назад в районе экватора континенты вновь соединились в один – Родинию. Кислород продолжал накапливаться, концентрация углекислого и других парниковых газов падала. И грянуло! В последнюю эру Протерозоя существовал период, называемый Криогений (в переводе – рождённый холодом и льдом). С чего бы это? Если бы в это время кто-нибудь взглянул на Землю из космоса, он увидел бы не голубой шар, а белый. Сейчас поверхность нашей планеты на 70% покрыта водой. Возникает вопрос, почему же она называется Земля, а не Вода? В те времена возник бы другой вопрос: почему она называется не Лёд? Позднепротерозойская ледниковая эра началась около 850 миллионов лет назад и продлилась 220 миллионов лет. Она состояла из нескольких оледенений, сменявшихся межледниковьями. Это было время, когда поверхность Земли замёрзла полностью. Ледники, которые сейчас можно встретить только в Антарктиде и Гренландии, тогда лежали даже на экваторе! Лёд покрывал океаны. На всей планете наступила «вечная» зима [97]. Позднепротерозойское оледенение по-другому называют Земля-снежок (Snowball Earth) и, по-моему, оно прекрасно подходит. Просто удивительно, что жизнь в этих условиях продолжала существовать.
Глава 11. ЖИЗНЬ НАБИРАЕТ ОБОРОТЫ
Большую роль в изменении климата играет вулканическая активность [117]. Она имеет двойственное влияние. С одной стороны, огненные горы выбрасывают в атмосферу парниковые газы. Помните, в Архее они таким образом спасли планету от оледенения? С другой стороны, вулканический пепел
«висит» в воздухе много лет, заслоняя Солнце. Это может быть незаметно, но вызывает недополучение поверхностью солнечной энергии и, как следствие, охлаждение атмосферы.
Иногда тот же эффект даёт падение на Землю небесных тел. Врезаясь в поверхность, они поднимают в воздух гигантские массы пыли. При столкновении выделяется много тепла, что вызывает порой пожары ужасающих размеров, копоть от которых потом «висит» в воздухе долгие годы.
Я остановился на том моменте, когда наша планета находилась во власти самого сильного в истории оледенения. Как же Земля перестала быть снежком? Жизнь замерла, и накопление кислорода замедлилось. В то же время вулканы продолжали извергаться, выбрасывая в атмосферу парниковые газы. Около 750 миллионов лет назад суперконтинент Родиния раскололся, и материки начали расходиться к полюсам. Циркуляция воды в океане усилилась. Земля стала размораживаться. И наступил новый этап в истории жизни – время господства многоклеточных организмов.
Последний, четвёртый эон называется Фанерозой, или время явной жизни. Начался он около 541 миллиона лет назад и продолжается до наших дней. Это время расцвета жизни в нашем понимании: образование лесов и лугов, появление и распространение животных. Фанерозой делят на три эры – Палеозойскую, Мезозойскую и Кайнозойскую. В этой главе я опишу первую из них.
Палеозойская эра (541–252 миллиона лет назад) состояла из шести периодов: Кембрийского, Ордовикского, Силурского, Девонского, Каменноугольного и Пермского. Как я уже писал, во время оледенения «Земля-снежок» жизнь затихла, затаилась. Но планета оттаяла, и её нужно было заселять. Этим незамедлительно воспользовалась её величество эволюция! За относительно короткий промежуток времени возникло гигантское число новых групп организмов [49]. Произошла скелетная революция: одни животные обзавелись внешним скелетом – раковиной или панцирем, другие внутренним – позвоночником. Именно последние в будущем дали начало человеку. Почти вся современная фауна ведёт свою родословную с этого славного времени, называемого Кембрийским взрывом. Возможно, резкого увеличения численности организмов не было, но жизнь изменилась качественно, открыв тем самым новую страницу в истории Земли.
В начале Палеозоя повсюду стоял тёплый и влажный климат, даже на полюсах. «Рай на Земле» закончился около 460 миллионов лет назад. Началась Палеозойская ледниковая эра, продлившаяся 230 миллионов лет. Она состояла из трёх ледниковых периодов, каждый из которых сопровождался глобальными экологическими катастрофами.
Во время первого ледникового периода, который продлился 40 миллионов лет, произошло два массовых вымирания животных (Ордовикско-силурское и Среднесилурское). Всего исчезли, по меньшей мере, три четверти видов беспозвоночных. Но это не единственное последствие 40 миллионолетней зимы. Во время любого оледенения большие объёмы воды накапливаются в ледниках, вследствие чего уровень моря понижается. Так произошло и на сей раз. В начале этого ледникового периода ещё не было наземных растений. Зелёной планеты, покрытой лесами и лугами, ещё не существовало. Суша в те времена была «голой». Обмеление, а затем исчезновение мелководий вынудило водные растения перейти к наземному образу жизни. Спустя некоторое время материки заселили позвоночные животные.
В межледниковые периоды природные условия позволяли животным расселяться во все доступные уголки планеты, эволюционировать. Постоянно появлялись новые группы организмов, каждая сложнее предыдущей. Так продолжалось до следующего вымирания, после чего процесс возобновлялся с новой силой.
Около 370 миллионов лет назад наступил второй ледниковый период, продлившийся 15 миллионов лет. Он вновь принёс с собой массовое вымирание животных – Девонское [25]. По своим масштабам оно сопоставимо с предыдущими.
Около 300 миллионов лет назад материки вновь объединились, образовав Пангею. К этому моменту Земля уже находилась во власти третьего ледникового периода (начался 350 миллионов лет назад и продлился 120 миллионов лет). Образование суперконтинента на экваторе только усугубило ситуацию. Вновь нарушилась циркуляции воды в океане, изменились течения, климат стал холоднее и суше, усилилась вулканическая активность… но было ещё кое-что…
При низких температурах и высоком давлении на морском дне образуются гидраты метана. Метан – это мощный парниковый газ. В форме гидрата он представляет твёрдое вещество, и никак не влияет на климат. Но при изменении условий, например, вследствие повышения температуры океана и уменьшения давления из-за геологических процессов происходит высвобождение метана. В результате огромное количество этого парникового газа попадает в атмосферу. Предположительно именно такая катастрофа произошла под конец Палеозоя. В итоге воздух резко разогрелся, уничтожив привычные места обитания. Погибли растения, затем растительноядные животные, а под конец и хищники. Подобное событие вполне может произойти и в наше время. В те далёкие времена биосфера, в которой и без того начинались серьёзные перестройки, не выдержала напора природных катаклизмов. Произошло Пермское вымирание – самое крупное за всё время [25]. Исчезло более 90% видов морских и более 70% видов наземных животных [54]. Земля опустела, и жизнь вновь оказалась на краю гибели. Так катастрофически закончился Палеозой.
Глава 12. ПЛАНЕТА ДИНОЗАВРОВ
Наступила вторая эра Фанерозоя – Мезозой (251–66 миллионов лет назад). Большинству это время известно, как эра динозавров. Мезозой делят на три периода: Триасовый, Юрский и Меловой. Уж один из них – Юрский – точно на слуху. Это время самого тёплого климата в истории Фанерозоя [33]. Но даже в ту благодатную пору не обошлось без катастроф. В начале Мезозоя Пангея ещё продолжала существовать, создавая неблагоприятный, сухой климат. Вновь усилилась вулканическая активность. Возможно, свою роль сыграло падение крупного небесного тела. В итоге в начале Мезозоя произошло ещё одно вымирание – Триасово-юрское [25], в результате которого исчезло около 80 % видов животных [6].
Около 180 миллионов лет назад Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану, климат стал более влажным. На это время приходится расцвет динозавров. Появляются первые приматы (общие предки людей, обезьян и лемуров). Жизнь праздновала победу. После стольких катастроф и вымираний ей, наконец-то, можно было вздохнуть спокойно.
Несмотря на кажущуюся ничтожность перед силами неживой природы биосфера занимает важное место в ряду климатообразующих факторов. Деятельность живых организмов сравнима по силе с солнечной или вулканической активностью. Животные и растения, а также многочисленные микроорганизмы, способны консервировать и высвобождать те или иные газы, изменять отражающую способность поверхности Земли [15]. Биосфера наравне с другими факторами вызывает потепления и похолодания климата.
Глава 13. ОТ ДИНОЗАВРОВ ДО ЧЕЛОВЕКА
Ничто не длится вечно. Возможно, Вы догадываетесь, на что я намекаю. Конец благоденствию Мезозоя наступил около 66 миллионов лет назад. То ли из-за падения метеорита, то ли из-за ухудшения климата, то ли из-за изменений в биосфере. Но, скорее всего, по этим и многим другим причинам сразу [27]. Время динозавров закончилось, наступило Мел-палеогеновое вымирание, погубившее в общей сложности три четверти видов животных [54].
После этого пришла пора последней эры Фанерозоя – Кайнозоя, или времени новой жизни. Он продолжается до сих пор. Кайнозой делят на три периода: Палеоген, Неоген и Четвертичный. Опишу первые два из них.
К началу Палеогена (66–23 миллиона лет назад) Лавразия уже раскололась на Северную Америку и Евразию, а Гондвана на Южную Америку, Африку, Индостан и Австрало-Антарктиду. Климат становился всё более тёплым и влажным. Тропические леса покрывали тогда почти всю Европу [20]. Динозавры исчезли, и Земля теперь принадлежала млекопитающим и птицам. 55 миллионов лет назад произошло резкое и непродолжительное повышение температуры воздуха и поверхностных вод, так называемый Палеоцен-эоценовый термический максимум. Точные причины его неизвестны. Возможно, свою роль опять сыграло высвобождение метана. А может быть дело в столкновении Земли с кометой [115]. Спустя 10 миллионов лет наступило самое благоприятное время Кайнозоя – Эоценовый климатический оптимум (45–43 миллиона лет назад). В дальнейшем слова «оптимум» и «пессимум» я буду использовать часто, поэтому поясню. Оптимумом называют отрезки времени с максимально высокой температурой. Пессимум, естественно, время самой низкой температуры. Вот простое сравнение: июль – это оптимум года, а январь
– пессимум. Не очень сложно, правда? Во время Эоценового климатического оптимума Земля превратилась в сплошной тропический лес [18; 20]. Даже в полярных широтах жили теплолюбивые животные. Климат был повсеместно жаркий и влажный. После окончания Эоценового климатического оптимума температура уже никогда не поднималась до столь высокого уровня. Современное глобальное потепление, несмотря на всю шумиху, поднятую вокруг него, и рядом не стоит с потеплением Палеогена.
Около 34 миллионов лет назад на планете похолодало, и началась Кайнозойская ледниковая эра [80; 87; 126]. Одной из возможных причин указанного события является наличие у Земли в те времена колец, наподобие тех, которые в настоящее время есть у Сатурна [111]. Это предположение кажется чем-то из мира фантастики, но хорошо объясняет то, почему теплый климат стал холодным. Кольца мешали солнечному свету достигать поверхности планеты, вот она и остыла. Кайнозойская ледниковая эра продолжается до сих пор. Помимо похолодания, 34 миллиона лет назад произошло всемирное иссушение [60]. Случилось очередное (хоть и небольшое) массовое вымирание – Эоцен-олигоценовое. К концу Палеогена климат несколько улучшился, и около 25 миллионов лет назад Антарктический ледниковый щит уменьшился, но ненадолго.
В Неогеновом периоде (23–2,5 миллионов лет назад) наступил очередной виток похолодания и иссушения. 13 миллионов лет назад Антарктический ледниковый щит опять разросся, а в конце периода в белый цвет окрасилась и Гренландия. Мир катился к очередному пику похолодания климата. Именно в это время суждено было появиться первому человеку.
Глава 14. ВСЁ И СРАЗУ
В предыдущих главах я назвал несколько причин изменений климата. Но этот перечень можно продолжать бесконечно. Существует множество малоизученных, недавно обнаруженных, а, возможно, и неизвестных пока науке факторов. Так, например, на климат могут влиять изменения, происходящие в магнитном поле [102]. Не исключено, что изменение орбиты и положения Луны вызывают примерно раз в 2000 лет поднятие холодных вод со дна океана к поверхности, что приводит к охлаждению и увлажнению [70]. Возможно, существуют и другие причины изменения климата [10; 64].
Все факторы действуют одновременно [17; 36]. При этом эффект они вызывают разный, иногда даже противоположный. Чёткая периодичность имеется лишь у некоторых из них. Всё это создаёт проблемы для прогнозирования. Сами посудите: каким будет климат в момент, когда Земля в самой близкой точке орбиты обращена к Солнцу северным полушарием, если незадолго до этого произошло резкое таяние ледников, а Солнце на пике своей активности? Без сложнейших расчётов тут точно не обойтись. Если человечество хочет научиться прогнозировать изменения климата, необходимо создавать научные центры и поощрять стремление людей к изучению этого направления. Ведь, как Вы увидите дальше, знание о грядущих климатических катастрофах необходимо для выживания человечества!
Подведу итог. Существуют семь основных причин изменения климата: изменения формы орбиты и наклона оси вращения Земли, солнечная активность, термохалинная циркуляция (распределение воды в океане в зависимости от плотности), вулканическая активность, столкновение с небесными телами, высвобождение метана и деятельность живых организмов. В следующих главах Вы увидите, что все они тем или иным образом повлияли на человеческую историю.
Глава 15. ПЕРВЫЕ ШАГИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Неогеновый период сменился Четвертичным (Квартером, Антропогеном), продолжающимся до сих пор. Он состоит из двух эпох – Плейстоцена и Голоцена. Климат Плейстоцена – это длинные оледенения, сменяющиеся короткими межледниковьями. Выделяют как минимум четыре пика похолодания [64]. При слове «ледниковый период» у большинства людей в голове возникает именно это, Плейстоценовое оледенение: мамонты и шерстистые носороги, бродящие по бескрайним заснеженным просторам; волосатые люди в шкурах, сражающиеся с пещерными львами. В пики похолодания ледники занимали почти всю Европу и половину Северной Америки, а большей части северного полушария температура не поднималась выше 0 оС, уровень моря понижался иногда на 130–140 метров [64].
Человек современной анатомии, Homo sapiens, появился в Африке около 160 тысяч лет назад. Это были племена охотников и собирателей. Они уже знали огонь, но ещё не приручили животных, не выращивали растений, не строили города, не знали о существовании бронзы и железа. Первым делом они заселили Африку. Затем переправились на Ближний Восток и начали продвигаться по Азии вдоль южного берега. На этом пути наши предки встречали других людей – Homo neanderthalensis (Человек неандертальский, неандерталец) и Homo erectus (Человек прямо ходящий).
Homo sapiens вышел из Африки и отправился на покорение остальной суши. Но не тут-то было. 74 тысячи лет назад произошла катастрофа. На острове Суматра взорвался вулкан Тоба [53]. «Ну и что?» – скажете Вы, – «Каждый год где-нибудь извергается вулкан, зачем из-за этого панику разводить?» В 1815 году произошло извержение вулкана Тамбора. Погибли 70 000 человек, а 1816 год был таким холодным, что был прозван «годом без лета». Извержение Тобы было раз в 20 сильнее. Малайзию накрыло 9-метровым слоем вулканического пепла, Индию – 6-метровым. Зима продлилась шесть лет. Естественно, что в непосредственной близости от вулкана всё живое погибло. Но и на остальной планете от шестилетней зимы жить стало невыносимо. Человечество уменьшилось до нескольких тысяч мужчин и женщин. Всё неафриканское население Земли произошло от этой небольшой горстки счастливчиков, переживших извержение Тобы. Возможно, одной из причин вымирания неандертальцев также стало изменение климата после извержения вулкана [93]. Позже Вы убедитесь, что вулканы ещё ни раз сыграют значительную роль в истории человечества. После упомянутых событий освоение планеты людьми продолжилось, несмотря на суровые условия ледникового периода. К концу Плейстоцена – началу Голоцена все континенты (кроме Антарктиды) были уже заселены.
Кстати, об этом. Все события, о которых будет рассказано дальше, произошли в последнюю эпоху Четвертичного периода, в Голоцене. Но не стоит забывать, что до него (да и до нас) были ещё 4,6 миллиардов лет. И что все современные катастрофы не идут ни в какое сравнение с событиями далёкого прошлого.
Глава 16. РЕАКЦИЯ ЛЮДЕЙ НА ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА
Теперь опишу общие закономерности влияния климата на человеческое общество.
Во-первых, ещё раз напомню, что я рассматриваю влияние именно изменений климата, климата как динамической системы, а не просто как неизменного фактора.
Во-вторых, влияние окажется сильнее и заметнее, если изменения климата будут резкими. К постепенным переменам люди успевают вовремя приспособиться. А неожиданные перемены вынуждают их ломать весь прежний мир и строить новый. В-третьих, ответ общества на климатические катастрофы растягивается на несколько столетий. Например, одно резкое похолодание запускает в обществе процессы, действующие немедленно. Свершившиеся события влекут за собой цепь других событий. Изменения в обществе будут продолжаться до тех пор, пока не установится новая устойчивая система мирового хозяйства, международных отношений, новая система принципов существования.
В-четвёртых, климат не влияет сам, а только создаёт условия для изменений в обществе. Конечно, было бы абсурдно предполагать, что кто-то скажет: «О, температура воздуха понизилась, пойду-ка я куда-нибудь переселюсь». Нет, никто не станет мигрировать в другую страну из-за морозных 20 лет. Но если это похолодание вызовет неурожай, который приведёт к многолетнему голоду, то это уже будет весомая причина для переселения. А если за голодом последует эпидемия?
Климат вызывает изменения в обществе, усиливая уже существующие процессы, является своего рода катализатором [101]. Как правильно отметил Б.Т. Кузнецов: «Климатические изменения всякий раз способствуют развитию, распространению уже начавшихся сдвигов в обществе» [41].
В-пятых, потепления и увлажнения климата с одной стороны, похолодания и засухи с другой вызывают разнородные ответы общества. Прежний мир меняется во всех случаях. Одни государства образуются, а другие исчезают в любые времена. Войны тоже происходят всегда. Да и технический прогресс нельзя приписать ни к благоприятным, ни к неблагоприятным периодам. «В чём тогда разница?» – спросите Вы. Во внутренних при чинах!
Люди, выросшие и воспитанные в неблагоприятных климатических периодах, при резком изменении климата в лучшую сторону получают огромное количество новых возможностей: еды становится больше, лето длиннее, открываются новые торговые пути. Если потепление или увлажнение климата происходит быстро, люди просто не успевают придумывать новые потребности. При этом происходящие в обществе и в технологиях процессы меняют жизнь людей, но не создают абсолютно новый мир: осваиваются новые земли, увеличивается население, растут объёмы производимой продукции. Изобретения, созданные в благоприятные климатические периоды, не особо охотно внедряются в жизнь. Зачем что-то менять, если и так всё хорошо? Казалось бы, благодать. Но, как показывает практика, многие не могут сразу приспособиться к лучшим условиям. Поэтому некоторые народы и государства исчезают без следа, проиграв в соревновании своим более предприимчивым соседям, словившим волну благоприятного климата в нужный момент. Проходит время, и люди привыкают к новому уровню возможностей, которые даёт им природа. Жизнь приходит в привычное русло.