акад.Н.Л.Добрецов —
Спасибо, Владимир Константинович. Я еще раз рад приветствовать вас всех. Мне кажется, что это место выбрано очень удачно. Вчера мы получили вступление об эволюции человека и окружающей среды в течение последних 300 тысяч лет. Это как бы заключительная фаза эволюции, но нам наиболее интересная, поскольку мы представители homo sapience sapience, и это вступление настроило нас уже, по-моему, всех на лад вполне эволюционный. Я повторю то, что сказал Владимир Константинович. Я думаю, что и доклады, и особенно последующая дискуссия, которая, надеюсь, пройдет в свободной, демократичной, открытой форме, помогут нам прежде всего понять друг друга, понять информацию и пределы использования этой информации, ну и нащупать общие проблемы, которые можно будет с разных позиций, с разных концов, нащупать их решение.
Я не думаю, как Алексей Эмильевич сказал, что мы в ходе таких обсуждений действительно решим проблемы. Проблемы много сложнее, и многие из них вечные проблемы. Но мы научимся друг друга понимать, получим дополнительную информацию, многая из которой из-за узости специальности остается вне поля зрения. Ну, и через совместное решение может быть в дальнейшем, шаг за шагом, ряд задач и решить.
Естественно, я не ограничусь только вступительными словами. Я подготовил некоторый обзор, который частично мой накопившийся опыт отражает, а частично те обсуждения, которые уже состоялись на предыдущих семинарах.
Начну вот с этой картинки, которая воспроизводит рисунок вот из этой книжки, «Берега Ангариды», хорошо изданная книжка с многочисленными иллюстрациями. Я думаю, что ее можно назвать «Занимательной палеонтологией». Авторы ее — наш палеонтолог Елкин и известный писатель, поэт, фантаст Прашкевич. Издана и оформлена она в издательстве «ИНФОЛИО-пресс», и главным редактором и оформителем была как раз Лидия Михайловна, прошу любить и жаловать. Наверное, с ней даже можно поговорить, как распространять эту книжку. Повторяю, она полезна как палеонтологам-геологам, так и самим биологам, поскольку здесь все в очень сжатом и достаточно упрощенном, в то же время без потери научной строгости, виде. Вот как бы вся эволюция от рождения коры, земной тверди, до человека разумного. Что хотелось бы по этой картинке сказать?
Ну, во-первых, шкала здесь неравномерная, и только последние 15 %, начиная с 750 млн., это эволюция многоклеточных. А до этого, соответственно, 85 %, это эволюция — или не эволюция, сегодня даже до конца неясно — бактериального мира. Или это параллельное существование всего бактериального разнообразия с вытеснением только отдельных ниш, но без реальной эволюции, или эволюция. Об этом я еще немножко скажу дальше. Второе, здесь, конечно, некоторые неточности. Рождение самой Земли, это 4,6 млрд. лет, одновременно со всеми телами Солнечной системы, что подтверждается и возрастом подавляющего большинства метеоритов, и целым рядом других фактов. А вот земная твердь появилась 4 млрд. лет назад. Этап первых 600 млн. лет называют догеологическим, потому что никакой геологической летописи не сохранилось. И это, конечно, говорит о том, что Земля была в это время очень горячей, и есть предположение, что был расплавленный океан, магматический океан до глубины 550 км, то есть, охватывающий всю верхнюю мантию. Есть серьезные основания подозревать. Но этот океан и этот разогрев шел постепенно, поэтому в эволюции Земли был этап разогрева, в 4 млрд. лет или немножко раньше (4,1-4,2), а затем шло непрерывное остывание. Таким образом, первая причина эволюции, это довольно быстрое остывание Земли. Быстрое, например, по сравнению с Венерой. Венера до сих пор не остыла. А вот Марс еще быстрее остыл.
Вторая причина этой эволюции, это, конечно, необратимые изменения состава гидроатмосферы — атмосферы и гидросферы. Очень много споров о том, какая была начальная атмосфера, но, судя по целому ряду данных, она конечно была более восстановленная. И три причины заставляли окисляться эту атмосферу, существенно менять ее состав. Первая, как я уже сказал, общее остывание Земли. Вторая, это диссипация водорода в космос. Это непрерывный процесс, который на стадии горячей Земли был на порядок более интенсивным, а сейчас, если идет диссипация с такой же интенсивностью, как сегодня, то мы окислили бы только на 10 % того, что сегодня окислено. И окислена, конечно, не атмосфера, — главным образом окислены верхние оболочки. То есть, вместо магнетита у нас в верхних оболочках лимонит, гематит, гетит. Все железо в верхних оболочках в трехвалентной форме, тогда как в глубинах Земли резко преобладает двухвалентное железо. И тот кислород, который связан в этих окислах, это на несколько порядков больше, чем есть в воде и в атмосфере. Лимит степени окисления в дальнейшем долго еще будет определяться запасом окисления, который есть в твердых минералах и, прежде всего, в окислах и гидроокислах железа.
Вот, по сравнению с Венерой: венерианская атмосфера горячая, но тоже предельно окисленная. Там только СО2, немножко воды, но совсем нет метана, этана и так далее. И нет никакой жизни. Поэтому третий фактор, сама жизнь, которая вела тоже к окислению атмосферы, он отнюдь не решающий. Это у биологов распространенное убеждение, что окисление, это результат самой жизнедеятельности. Вот на Венере нет никаких доказательств, что была какая-то серьезная жизнь, поскольку сегодня у твердой поверхности Венеры температура порядка 500 градусов и давление 100 атмосфер, если там какие-то бактериальные формы и существуют, тот это несоизмеримо с теми масштабами биомассы, которые есть на Земле. Так вот, степень окисления та же самая. Предельно окисленная, хотя и горячая атмосфера. Это надо тоже иметь в виду.
Поэтому три фактора, остывание, диссипация водорода и в целом взаимодействие с космосом, и, наконец, конечно, само развитие жизни, особенно тогда, когда эта биомасса стала значительной.
Что здесь наиболее существенно? Вот 4 млрд. лет, 4, 4,1 — появилась твердая Земля. И почти сразу появились осадки. Древнейшими осадками считается серия исуа в Гренландии, и сегодня ее надо было бы переименовать в акиелу, поскольку на острове Акиела лучше всего сохранилась наименее измененная часть этой серии, с температурой метаморфизма, изменений осадочных пород не больше 300 градусов Цельсия. И вот там очень много изотопных исследований. Известный геохимик Хоффман сделал вывод, что все эти осадочные породы — результат жизнедеятельности метанотрофных бактерий. То есть, резко преобладал метан в атмосфере Земли, хотя, вероятно, был там и водород, и аммиак, и какое-то количество СО и СО2 , но преобладал метан. Это вопрос спорный. Я уверен, что Заварзин будет опровергать этот тезис. Но поскольку эти материалы опубликованы в солидных журналах, таких как «NATURE», это новейшие данные (я покажу немножко дальше изотопию углерода), я думаю, что должна быть принята по крайней мере такая точка зрения во внимание.
Дальше какой тут рубеж очень важный? Когда появились прокариоты. Вот здесь написано 3,5 млрд. лет, но я на следующей картинке покажу, что есть данные самих биологов, что прокариоты, и эукариоты, и архибактерии появились одновременно. Поэтому была ли эволюция, смена бактериальных форм, или они все разом появились, а только их немножко там разнообразие и ниши менялись, это вопрос открытый, и его надо как-то прояснять.
Еще менее понятно, когда проявились прокариоты, конкретно — цианобактерии. Есть доказательства, что уже в серии исуа, то есть, сразу почти, как появилась твердая Земля, были цианобактерии. Это вопрос тоже не до конца ясный, но, по крайней мере, такие публикации тоже имеются. Таким образом, все, что касается архейской истории, архейской эволюции, это сегодня один из важнейших вопросов, чтобы понять, как появилась жизнь, и появилась ли она вообще, или это был перенос только форм жизни из одного небесного тела на другое, и жизнь существует столько, сколько существует Вселенная, — этот вопрос сегодня не только открыт, но даже как-то обострен. Если еще несколько лет назад только сумасшедший мог бы сказать, что жизни не возникла на Земле, а она существовала всегда, столько, сколько существует Вселенная, то сегодня этот вопрос вполне заслуживает обсуждения.
Второй очень важный рубеж, это, конечно, первая степень окисления, появление свободного кислорода. Точка Пастера. Ее помещают около 2,1 млрд. лет. С этим же связан вопрос, когда появился океан. Океан, сопоставимый с современным океаном. Ясно, что на первых этапах это были сравнительно мелкие и горячие лужи. Почему горячие? Потому что температура отложения кремнистых осадков в серии исуа, оцененная по изотопии кислорода, говорит о том, что температура на поверхности была порядка 100 градусов. Поэтому, конечно, это были горячие такие содовые или какие там высокоминерализованные озера, лужи. А вот когда появился океан, пока не очень ясно. Но по большинству данных, судя по тому, что дальше выравниваются все изотопные системы, и вообще никакой существенной эволюции в изотопии не видно, начиная с 2,2, может быть чуть раньше, не только существовал океан, а его объем существенно не менялся. Правда, Розанов будет меня опять опровергать. Он считает, что современный океан с современными глубинами сформировался совсем недавно. Но это косвенное доказательство, пока мало находок таких глубоководных осадков, которые можно было бы сопоставить с современными глубоководными осадками, и целый ряд других соображений. Но вот по крайней мере изотопные данные. и общая соленость, которую можно оценивать по раковинам, по целому ряду других признаков, — общая соленость океана существенно не менялась за последние 2,5 млрд. лет. А это может быть только при условии, если объем океана тоже существенно не менялся. Тем не менее, это тоже вопрос. И этот не менее важный интервал, от 2,5 до 750 млн. лет, где произошло тоже много важных событий в микробиологическом, бактериальном мире.
Здесь появление эукариотов, показан 1,65. Это тоже важный очень рубеж, и косвенно он совпадает, то есть, он близок к тому, когда появились уже массовое захороненное органическое вещество и первое крупное (а может быть крупнейшее вообще в истории Земли) скопление нефти. Я надеюсь, что Алексей Эмильевич об этом скажет, о первых древнейших нефтях, но они где-то около 1,400, то есть, близко к этому рубежу. В книжке Жимулева «Основы генетики» я прочитал, что по молекулярным часам можно оценить когда появились эукариоты. Это примерно 1,400. Поэтому 1,650 или 1,400, по-видимому, сегодня еще сказать однозначно трудно, но вот появились эукариоты, которые, конечно, дали уже половое размножение, возможность дифференциации клеток, органов, тканей и так далее, и развитие пошло совершенно по-другому.
И, соответственно, вопрос: когда появились первые многоклеточные организмы, метазоо медузоподобные? Написано здесь 750. Битонкин, который специально занимался этими вопросами, сильно удревняет появление первых метазоо, примерно к тому же рубежу, 1,400. То есть как только появились эукариоты, почти сразу появились и многоклеточные, поскольку появилась возможность дифференциации клеток. Но точно это так или не так, это тоже вопрос открытый и, мне кажется, очень важный. Вот почему они не сохранялись, и их отпечатки чрезвычайно редки? Потому что не было скелета. А мягкие ткани отпечатываются в осадках исключительно редко, и даже те метазоо, которые стали хорошо отпечатываться с 650, у них уже, по-видимому, был хитиновый покров. Это не был еще настоящий скелет, панцирь, но все-таки были уплотненные ткани внешние. Они и давали отпечатки. А там, где совсем мягкие медузы, они никак и не отпечатывались. Поэтому вопрос сохранности в этом интервале, может быть, и никогда не будет решен. Просто надо иметь в виду, что до появления скелетов возможность сохранения реликтов организма была ничтожно мала.
И вот дальше появление скелета. Это следующий этап, очень важный. написано, 600 млн. лет, но я думаю, что здесь тоже шла постепенная эволюция, и скелеты появлялись самые разные, как бы перепробованы разные варианты, начиная от отдельных кальцитовых игл в мягких тканях, уплотненный хитиновый покров. И вес эти варианты перепробовались, пока не вышли уже на всеобщие скелеты, по крайней мере, у животных. Это косвенно связано с началом существенного потепления, о котором я тоже еще скажу. И, возможно, этот момент был достигнут в конце венда — начале кембрия, и возможность высокой концентрации кальция в морской воде, что способствовало закреплению, прежде всего, карбонатного скелета. Скелеты вероятно, повторяю, в разной форме существовали и до этого, но они были эфемерные, то появлялись, то исчезали. Постоянные скелеты стали. начиная с того момента, когда концентрация кальция, и вообще стало выгодно занять все ниши, используя скелет.
И последний рубеж, который существенно влиял на всю эволюцию, это появление озонового слоя. Это в ордовике произошло, около 450-480 млн. лет тому назад, я показал это красной линией. До этого ультрафиолет был губителен — не для бактерий, бактерии, по-видимому, во все времена не обращали внимания на ультрафиолет, но многоклеточные существовали в очень узком диапазоне. Недаром даже сегодня современные сине-зеленые водоросли растут и развиваются преимущественно на глубине 20 м. По-видиомому, на такой глубине они долгое время и развивались, и вес почти организмы имели преимущественную нишу под защитой воды между 20 и 50 метрами. Может быть иногда чуть глубже. Глубже просто света мало, фотосинтез был неэффективен, невозможен. А меньше — было губительное действие ультрафиолета. Соответственно они не занимали ни глубоководные ниши, ни сушу, ни прибрежные области. И настоящей эволюции не было, потому что не были заняты все ниши. Эволюция началась с ордовика — эволюция в дарвиновском смысле. Если до этого и была эволюция, то какая-то другая. Поэтому появление озона, который защитил все многоклеточные организмы, и они заняли поэтому в результате все ниши, от глубоких частей океана до высоких гор, это произошло в течение ордовика. Поэтому ордовик, это этап, можно сказать, становления современной биосферы. А до этого она была, даже, может быть, больше массой, но совершенно другая.
Насчет большей массы есть оценки. Вот Алексей Эмильевич скажет, что, судя по тому, что сохранилось нефтеносного в отложениях с 1,400-1,200 млн. лет, это небольшая часть только сохранилась, но если это перемножить на массы осадочных бассейнов современных, то биомасса была больше, чем современная. Хотя есть правило Вернадского, что биомасса в обозримой истории Земли существенно не менялась. Но это тезис спорный. Я думаю, что менялась, и менялась на порядки. Но это, повторяю, вопрос открытый. Во всяком случае, эпохи нефтенакопления различались на порядки, и самая большая возможная эпоха была как раз самая древняя, когда еще были в основном планктон и планктон бактериальный.
Это, повторяю, один из важнейших вопросов, которые надо попытаться решить. Вообще, все, что я говорю, все можно подвергать сомнению, поскольку это как раз на грани того, что известно и что есть пока только предположения. Вот только обзор первый, а дальше некоторые детали к нему.
Следующая картинка плохо видна, но кое-что видно. Это эволюционное дерево жизни, выявленное в результате сравнения последовательностей РНК. Может быть, как раз об этом скажет еще и Валентин Викторович Власов. Это известная статья Пэйса 1997 года, где говорится о том, что единый был прародитель всего бактериального царства, и практически одновременно появились и прокариоты, бактерии, и архебактерии, и эукариоты. Вершиной эукариотов является человек, гомо сапиенс. А архебактерии, от самых первых форм до современных, это в основном гетеротрофы, термофилы, кислотоустойчивые, — то есть, это бактерии, которые экстремофилы, живут в самых невероятных условиях, в том числе и в ядерных реакторах, где все живое должно быть убито. А вот архебактериям наплевать на это. Поэтому архебактерии, если вообще не одновременно, а все-таки раньше всех должны были появиться архебактерии, поскольку в космосе в целом этих экстремальных состояний гораздо больше, чем то, что потом на Земле установилось. Это уникальное равновесие, которое на Земле существует благодаря воде и термостатам, которые это все регулируют. Но это исключение. Все остальные тела соответствуют возможностям существования архебактерий, но не остальных бактерий. Но это, повторяю, если панспермия, перенос, то, конечно, перенос, скорее всего, архебактерий. Но если одновременно все-таки возникли, то, скорее всего, была определенная борьба между архебактериями и прокариотами, а эукариоты, как я уже сказал, — то есть, вот эти боролись, занимали свои ниши, а эти появились позже и вытеснили, конечно, архебактерии. Архебактерии ушли в определенные только, очень специфические ниши, а вся остальная биомасса в конечном счете развилась на основе эукариот.
Моделью этого уникального архейского океана или вот этих бассейнов, по мнению Лисицына и многих других, являются современные горячие источники на дне океана. К сожалению, фотография, из-за того, что света не хватает, не очень хорошо видна. Но здесь видны бактериальные маты — резко преобладают во всей биомассе вокруг этих «курильщиков», и удивительный вестиментифер, который, вообще говоря, просто промежуточная оболочка для существования бактерий. Во внешних оболочках сероводородные бактерии, а внутри кислородиндуцирующие бактерии типа красных кровяных телец. Вот с какого времени появились эти вестиментиферы? Вообще когда открыли биологи их, то, по-моему, до сих пор не нашли им места, кто они такие. Они ничему не соответствуют. Но они существуют с очень древних времен. По крайней мере, в девоне, то есть, 400 лет назад, отпечатки таких же вестиментифер, ничем не отличающихся от современных, на Урале, в частности, найдены. Есть косвенные доказательства у того же Федонкина, что многие метазоа на самом деле были очень близки к вестиментиферам. То есть, они существуют бог знает, когда, по крайней мере, многие сотни, а может быть и более миллиарда лет. Просто они мягкотелые, и от них опять в отпечатках почти ничего не сохраняется.
Но самое существенное, что это всё хемосинтезирующие и бактерии, и организмы. Здесь как бы совсем не нужно фотосинтеза. Но он и невозможен. Это на глубинах несколько тысяч километров, куда свет совсем не проникает. А продуктивность много выше современных биосистем. Здесь на 1 кв. м дна на порядок больше, чем современная продуктивность. Значит, фотосинтез вообще не нужен для развития жизни. Он появился на определенном этапе. Вернее, он, может быть, существовал и в начале, наряду с хемосинтезирующими. Но хемосинтез постепенно как бы отошел после того, как был съеден, грубо говоря, весь метан и другие химические вещества, которые являются необходимыми и достаточными для хемосинтеза, осталась возможность только реакции фотосинтеза. Но это тоже один из вопросов, которые требуют прояснения и решения. Меня, например, больше всего поражает очень быстрое возобновление. Эти струи горячие существуют короткое время. Возникают они очень далеко друг от друга, в тысячах километров. И, как только возникают, там сразу возникают все эти формы, появляются вестиментиферы. Хотя предположить, что какие-то личинки переносятся океаном до тысячи километров и там как бы появляются… Перерывы между этими струями — многие сотни тысяч лет, а потом всё появляется сразу. Даже то, что туда попадает, креветки, например, — у них очень быстро отмирают кислородпоглощающие органы, жабры, и они тут же начинают поглощать сероводород. При этом те же живущие формы тут же мгновенно меняют на хемосинтез. То есть, хемосинтез в генетическом коде заложен очень даже прочно у всех организмов. И если есть возможность хемосинтеза, то он предпочтительней фотосинтеза, потому что энергетический там выигрыш гораздо больше. Во всяком случае, по мнению Лисицына и многих других, эти струи есть некий аналог… Здесь, кстати, конечно, именно метан и сероводород выделяются. Они тут быстро окисляются, потому что сама вода, это сильнейший окислитель, но в первоначальной наиболее горячей части струй это сероводородно-метановые струи, которые окисляются (постепенно или быстро, это зависит от динамики).
Короче говоря, считается, многими, по крайней мере, что это модель архейской биосферы, архейских бассейнов, где были такие горячие струи, поступавшие на дно каких-то высококонцентрированных луж, бассейнов, и там развивались сходные сообщества.
Я вам обещал показать еще некоторые изотопные данные. Я специально привел старую очень Шидловского, одного из пионеров изучения изотопии серы и углерода в осадочных карбонатах и в органическом веществе. Здесь видно, первое, что, конечно, в истории Земли, начиная с 3,5 млрд. лет, существенно не менялся по изотопному составу ни углерод карбонатов в осадках, ни углерод в органическом веществе, которое в древних осадках, конечно, в основном графитизировано. Тем не менее, изотопный состав там сохраняет те признаки органического вещества, из которого оно образовано. Существенно не меняется. Но есть 3 исключения. Я уже сказал, с очень высоким, до 58 промилей, это часть осадков исуа. И еще две серии… Названий у меня, к сожалению, нет…
.
Фортескью и францисвиль.
акад.Н.Л.Добрецов —
А, это в Африке где-то там. Вот есть три серии до рубежа примерно 2,2 млрд. лет, такие аномальные, возможно, метанотрофные источники и существовали. Но вполне возможно, что здесь сосуществовали. В одних местах одна обстановка, в других — локальные метанотрофные в течение архея. То есть, это не была сплошная, и с течением времени вот такие струи метановые, их становилось все меньше, а все больше становилось среды окисленной. Поэтому я отнюдь не утверждаю, что весь архей и, тем более, ранний протерозой, это была метановая атмосфера. Метановые струи преобладали на самом раннем этапе, когда еще была горячая атмосфера и не было океана. По мере роста гидросферы, конечно, это в основном была уже более окисленная среда, а горячие струи, как и в современном океане, существовали, но их становилось все меньше и меньше. Так что, возможно сосуществование, но с постепенным вытеснением таких струй, которые и сегодня существуют, но их доля в производстве биомассы — сотые и тысячные доли процента.
Здесь показано сопоставление с современными осадками и с современными организмами. Есть, конечно, организмы, которые до 40 промилей обогащены легким изотопом, но вот таких до 58, это, кроме серии исуа, нигде нет. Я добавил к Шидловскому синие цвета, это только последние данные вот по этому острову Акиело около Голландии.
Дальнейшая история, конечно, связана наибольшим образом с изменением климата. Здесь диаграмма из нашей статьи с Чумаковым. В этой книжке, я принес две книжки, если кому нужно, я могу в Новосибирске дать, это «Глобальные изменения природной среды», тут и статья Розанова с соавторами о механизмах биоценоза, и многие статьи, связанные с эволюцией климата и влиянием ее. Если кто желает, может взять. В Новосибирске сколько угодно экземпляров. Поэтому, если кому нужно, я с удовольствием дам в Новосибирске. Вот из этой статьи. Вторая колонка, может быть, наиболее важный показатель, это оледенения. Оледенения начались с того самого рубежа 2,2 млрд. лет. До этого ни одного достоверного следа оледенения не было. Но первые оледенения были исключительно эпизодические и слабые, то есть, льды были в самых высоких широтах, не спускались в субтропическую область. Начиная с рубежа 750 млн. лет, когда появились многие другие формы, систематически повторялись, все учащаясь, оледенения. Но самым сильным и, возможно, катастрофическим оледенением было как раз вот это, первое оледенение. По мнению того же самого Хоффмана, это был сноуболл-…, когда замерзла вся Земля и покрылась льдом, нарушилось равновесие карбонатов и окружающей среды, прекратилось карбонатонакопление. В общем, почти все вымерло, а потом возобновилось снова. Но это пока смелая гипотеза, не окончательно доказанная. Тем не менее, есть целый ряд доказательств.
Но были теплые периоды между ними. И вообще Земля за последние 750 млн. лет испытывает два устойчивых состояния. Одно, это холодное — регулярно повторяются оледенения, и ледяной панцирь покрывает до 50 и более процентов поверхности Земли, и теплое, когда вообще льда не было. Никакого, нигде, даже в полярных областях. Ну, самое яркое, это мезозой. Здесь все время был теплый климат, в среднем на 20-25 градусов выше современного. В тропиках было то же самое, но полярные области были тоже теплыми, и пальмы росли на берегах Ледовитого океана. Второй был тоже период существенный, это как раз поздний рифей до вендского оледенения. И был еще кембрий и ранний ордовик, тоже теплый период. И как раз на границах теплых и холодных периодов происходили наиболее резкие видовые изменения, изменения семейств, родов, всех уровней таксономической системы и растений, и животных.
Дальше тут показано, что эти оледенения связаны также с целым рядом эндогенных факторов. То есть, здесь система климатическая объединяет целый ряд факторов. Самые известные циклы Миланковича. Это просто позиции Земли на гелиоцентрической орбите. Второе, это интенсивность Солнца, особенно яркая в коротких периодах, порядка 1000 лет, 100 лет, солнечный год (22 года). А все более длинные циклы, начиная с миллиона лет, наиболее яркий цикл порядка 30 млн. лет, это связано с эндогенными причинами и, прежде всего, с массовыми поступлениями вулканических магм и дегазацией этих магм. Поскольку даже сегодня СО2, который поступает из вулканов, на порядок больше, чем все, что сжигается в топках электростанций. Поэтому антропогенное влияние на климат и Киотский протокол, это просто блеф. Просто сознательно придуманный, как в свое время был придуман блеф про разрушители озонового слоя. Специально, чтобы просто провести технологическую смену от одних охладителей на другие. Так и здесь блеф. Он выгоден кому-то, и его придумали. Потому что изменение вулканической активности и целый ряд других изменений с вулканами недооцениваются.
Я в свое время спорил с Яншиным и его сотрудницами, что кислотные дожди в европейской части, это совсем не обязательно результат промышленной активности, потому что извержения филиппинских вулканов выбрасывают огромное количество твердых частиц серы, которые заносятся через стратосферу и в европейскую часть, и в Западную Сибирь, и превращаются в кислотные дожди. И целый ряд доказательств о том, что это действительно так тем, кто внимательно наблюдает и изучает циркуляцию атмосферы, это действительно так. Кстати, вымирание на границе мела и палеогена, — целый ряд публикаций сейчас есть, что это были тоже кислотные дожди. Просто это были катастрофические извержения вулканов типа филиппинских, которые выбросили огромное количество серы в атмосферу, и кислотные дожди способствовали уничтожению особенно наземных и мелководных форм. Если кислота сыпется с неба, это, конечно. приводит к деградации большого количества экосистем. Поэтому вулканизм — особенно вулканизм и целый ряд сопутствующих явлений, это тоже важный фактор, влияющий и на климат, и на эволюцию.
Но более интересна диаграмма следующая, где сопоставлены те же оледенения уже со всякими биологическими показателями. Это те же оледенения, которые были выше показаны. Здесь число биотических событий. Часть из них кризисы, часть просто относительное ускорение видообразования. Ну а это вот данные вымирания родов по Сипковскому, а здесь разнообразие родов по Сипковскому. Но я потом приведу более новые данные Фута, где немножко другая кривая. Но все основные пики все равно здесь сохранились. Это в верхнем ордовике, на границе перми и триаса и на границе мела и палеогена, где происходило главное вымирание, с гораздо большей скоростью и большей частотой, чем все остальные. Разнообразие довольно постоянное было в течение палеозоя, исключая нарастание биоразнообразия в течение кембрия и первой половины ордовика, а вот в теплый период и, как ни странно, в кайнозое здесь биоразнообразие почти линейно увеличивается. Удивительно, что эти кривые довольно близко повторяют кривые по изменению карбонатов, изотопии карбонатов, и в обратную сторону меняются по сравнению с изотопией серы. Если эта корреляция будет подтверждена, то это говорит о том, что это глобальные изменения всей экосистемы. Это не какие-то локальные вымирания в локальных нишах, а это сопряженные изменения изотопии углерода, изотопии серы и биоразнообразия. И, прежде всего, частоты вымирания.
Вот последняя сводка (и статью я даже принес) Фута. По образованию он геофизик, математик, но он обработал базу данных Американского палеонтологического общества, использовал при построении этой диаграммы 32 тысячи родов морских животных в течение фанерозоя, и у него получилась довольно гладкая кривая. Вот тут локальные минимумы и максимумы в позднем кембрии и ордовике, пока все ниши не были заняты, а дальше максимум и постепенное уменьшение. Возникновение новых родов — то же самое.
Вопрос —
Что там на оси ординат?
акад.Н.Л.Добрецов —
Это есть некий условный показатель, отношение числа родов возникших или вымерших к общему числу и к общей изменчивости родов за этот интервал. Формула некая, которую я просто не буду повторять. В общем, относительная доля возникших родов и вымерших родов. Вот максимум, и потом постепенное вымирание. Потом второй максимум, особенно по вымиранию, на границе перми и триаса, и точно такое же постепенное равновесие. И снова на границе мела и палеогена максимум и потом постепенное снижение. Эти кривые, если сопоставить их с предыдущими, по изотопии углерода, они в точности их повторяют.
… от единицы до 10 процентов. И максимальные возможности не сохраниться, естественно, в периоды вот этих революционных смен. Когда у нас слишком быстро все менялось, и, естественно, летопись должна быть неполной. Кроме границы мела — палеогена. Здесь, наоборот, максимальная достоверность. Я не знаю, почему так получилось. Но мне кажется более существенным, что средняя вероятность мало менялась. Это около 50 %. То есть, полнота записи порядка 50 %, но она с течением времени существенно эволирует. И поэтому эти кривые дают разброс точек относительно. Вот это есть результат неполноты записи. А в целом сами усредняющие кривые очень плавные, никаких экстремумов нет.
Он также проверял гипотезу, Фот этот, она тоже опубликована, о том, что вообще скорость изменчивости, скорость исчезновения и распространения, постоянная. А вот это отражает только неполноту записи, все локальные пики, максимумы и минимумы. Но он пришел к выводу, что эти максимумы слишком значимы, чтобы быть результатами только случайности. Поэтому максимумы достоверны, само снижение тоже достоверно, а вот эти локальные колебания, это действительно больше результат неполноты записи, чем реального изменения скорости видообразования.
Но меня, повторяю, больше поражает здесь даже не это, а то, что эти кривые очень конформны, очень близки к изотопным кривым по углероду и сере. Это говорит о том, что в целом так менялась система. Вся экосистема глобально менялась. А уже локальные ниши, конечно, могли меняться и в антифазе, и как угодно. Это гораздо более, конечно, сложно в каждом конкретном случае. А вот глобальная менялась таким образом.
Ну, и в заключение (я и так, по-моему, перебрал всё, что можно) я хотел бы… Я не буду говорить некоторые другие данные, о том, что с этими периодами совпадает накопление углеродистых сланцев, возникновение месторождений урана — Неручев все это популяризирует. Я хотел в заключение сказать тот тезис, который я на совещании в Москве говорил, о том, что движущей силой биологической эволюции, кроме самого изменения климата и необратимого изменения в целом состава оболочек, является и частота пульсаций. Чем чаще пульсации и резче, больше амплитуда, тем больше вероятность видообразования, и таким образом интенсивные и частые пульсации являются движущей силой. В качестве примера я приводил как раз Байкал. Это глубоководное озеро с практически постоянным объемом в течение 25 млн. лет. Как бы сама система озерная никак не менялась. И многие думали, что поскольку там 75 % водных организмов эндемики, то они древние эндемики. То есть, 25 млн. лет примерно им и есть. Так вот, методы молекулярной биологии показали, что это не так. Они все появились 3 млн. лет назад, в точном соответствии, когда началось резкое похолодание климата и начались вот эти частые осцилляции. Вот, видите, это взято конкретно для олигохет, но тут внизу для диатомов. Точно так же для рыб, с некоторым сдвигом, и для других организмов получено. Вот в интервале 2,5-3 млрд. лет произошло основное видообразование. Ну, и второй этап видообразования, это около 500 тысяч лет назад, когда второе было существенное изменение климата, которое заключалось не только и не столько в похолодании, сколько в том, что пики эти стали резко колебаться, чередовать эпохи оледенений, похолоданий с эпохами существенных потеплений.
Это одна из иллюстраций того, что видообразование не есть результат просто… Климат на самом деле средний был один и тот же. Менялись осцилляции, то есть, колебания теплого и холодного, и в это время происходило видообразование. Сам климат за последние 500 тысяч лет, это сопоставление с известными кривыми изотопными — морской изотопно-кислородной кривой. Вот биогенный кремний, в основном, диатомовый, в осадках озера Байкал. Вот изотопная кривая кислорода в морских осадках. Видите, соответствие этих пиков очень хорошее. А это осцилляция солнечной активности, созданная как гелиоцентрическими изменениями на орбите, так в небольшой мере изменениями активности самого Солнца. Тоже видно соответствие основных пиков. Не все пики выраженные, есть спокойный период, потом колебания продолжались. И вот наиболее интересна 11-я стадия в интервале от 435 тысяч до 390 тысяч лет, 35 тысяч лет, которые ближе всего соответствуют голоцену. Это около половины голоцена. Мы находимся вот где-то здесь. У нас произошло потепление, происходят сейчас какие-то колебания, и впереди еще один период потепления, если верить тому, что у нас будет полное повторение того, что было в 11-й фазе, около 400 тысяч лет тому назад.
Спасибо, я извиняюсь, что я как бы злоупотребил.
…
акад.Н.Л.Добрецов —
…более того, есть доказательства, то до этого вообще таких высоких гор не было. Максимальная высота гор в истории Земли за все время не превышала 4 км. А вот эти 8,5-9 км впервые почему появились, пока не очень ясно. Ну, как бы интенсивность столкновений, скорость столкновений возросла. Это еще надо выяснить. Но вот рост гор, и особенно Гималаев, совершенно нарушил систему. Она была более-менее равномерной по всему шару, и она выравнивала температуру. Как только начались вот эти все завихрения — арктический свой цикл, центральноазиатский, особенно монгольский длительно стоящий антициклон, тут свой цикл, муссоны, — эта резкая неоднородность пространственная, она вызывает и резкую временную тоже неоднородность. Это одна причина.
Вторая, конечно, причина. В целом мы находимся в ситуации неустойчивой, как бы перехода. У нас еще не закончился переход от теплого мезозойского к холодному. Будыко первый предсказал, что у Земли есть два устойчивых состояния: совсем нет льда и всё покрыто льдом. Два состояния, которые не должны меняться. Но «совсем покрыта льдом» не получается, потому что вулканы приносят тепло и разрушают, но как бы стремление к этому имеется. Есть одно стремление, и оно долго существует, когда теплая Земля, и второе стремление к максимальному оледенению. Мы находимся в промежуточной неустойчивости. Внутри этой неустойчивости, как вы видите, опять же периоды потеплений более неустойчивы, чем периоды похолоданий. Потому что как только оледенение, огромная масса льда, это большая инерционная система, ее очень трудно раскачать. А вот когда льда нет, любые локальные изменения приводят к резким колебаниям. Посмотрите эти кривые. Похолодание, это по диатомовым такое плато. а потепление — вот такие резкие пики. Поэтому несколько причин.
И теория климата сегодня, к сожалению, совершенно неудовлетворительная, потому что ее строят на очень коротком интервале времени, инструментальные наблюдения порядка ста лет. А палеоклимат пока люди, которые стоят модели, вообще серьезно никак не учитывают. А там амплитуда много больше, чем нынешний сто лет. Поэтому самые существенные эффекты теория климата сегодня просто упускает. Поэтому до конца наверное непонятно еще, но в целом, я думаю… Чем еще характерна байкальская запись? Что в периоды похолоданий резко усиливались ветры. Это были пыльные бури, это лессонакопление. Это вообще вымирание не столько от температуры, сколько от пыли. Наземная растительность и приповерхностные, те же диатомовые, они существуют в приповерхностном слое, размножаются, пока тает лед, в марте — апреле. Если пыль закрывает весь лед, они просто не размножаются и погибают.
Такие длинные ответы я больше не давать постараюсь. Перебрали.
акад.В.К.Шумный —
Один-два вопроса можно. А все остальное в дискуссию. Чтобы нам не ломать слишком график. Если есть остро нуждающиеся, то, пожалуйста, еще один вопрос.
Вопрос —
Можно вопрос? Немножко на уровне фантастики, Николай Леонтьевич. Гелиоцентрическая орбита, это, я так понимаю, Солнце вокруг центра Галактики?
акад.Н.Л.Добрецов —
Нет, это Земли вокруг Солнца. Удаление, эксцентриситет, наклон оси к плоскости эклиптики. Вот три фактора, которые влияют, и они дают периодичность: минимальная 19, 23 тысячи лет, 41, 55 и около 100 тысяч лет. Вот эти 5 циклов, которые связаны с положением Земли на околосолнечной орбите. 10 тысяч лет, это связано с инерционностью системы «океан — атмосфера». Атмосферу изменить можно быстро, а вот изменить течения в океане можно очень медленно только, перестроить. Поэтому интервалы от 10 до 100 тысяч лет связаны с этими факторами. Более короткие, это солнечная активность, а более длинные — эндогенная активность. Это грубо.
Вопрос —
Вот к этому вопросу. Все-таки Солнце еще вокруг центра Галактики. Вот этот цикл.
акад.Н.Л.Добрецов —
Ну, вот галактический год. Там я хотел показать картинки Неручева и некоторые другие. Считают, что это тоже фактор, у него даже есть периодичность, 33 млн. лет. Это пол-оборота Галактики. Но, понимаете, не совпадает все-таки. У нас 29 млн. лет, близко, но не 33. Потом целый ряд максимумов, которые, скажем, связаны с интенсивностью вулканизма. Ну, ясно, что извержения вулканов никак не могут быть связаны с вращением Солнечной системы в Галактике, не должны быть связаны, а более тесно связаны все-таки с этой эндогенной активностью. Я, например, не отрицаю какое-то слабое влияние, как дополнительный фактор. Как спусковой крючок, он может являться, но не как причина, вызывающая эти существенные изменения в климате, в тепловых эффектах, в зональности, в землетрясениях и так далее. Они тоже сказываются, как спусковой крючок, возможно, но не как главный фактор.
акад.В.К.Шумный —
Спасибо, Николай Леонтьевич.
…