Следующий эон называется Архей (4,0–2,5 миллиарда лет назад). В это время по всей планете происходило множество извержений вулканов, в результате чего в атмосферу выделялось огромное количество углекислого газа, аммиака и водяного пара. Они стали основой нового «воздуха». На Архей приходится формирование второй по счёту атмосферы Земли (после водородно-гелиевой). Мы с Вами не смогли бы дышать тем древним воздухом, ведь кислорода в нём ещё не было. Несмотря на это, именно в Архее возникла жизнь. Была ли она занесена кометами с других планет или появилась самостоятельно в первом Земном океане? Над этой загадкой человечество бьётся уже давно. Но точно известно, что, родившись тогда, миллиарды лет назад, несмотря на все катастрофы, о которых ещё будет сказано, жизнь не просто сохранилась, а заполнила всё свободное пространство, породив бесчисленное множество видов и форм.

В конце Архея появились фотосинтезирующие организмы. Они начали получать энергию от реакции углекислого газа и воды при солнечном свете. Самое ужасное, что при этом процессе в окружающую среду выделялся отход – кислород. Он был смертельно опасен для всех прочих существ, живших в то время. В будущем увеличение концентрации кислорода в атмосфере приведёт к нескольким глобальным экологическим катастрофам. Пока же он поглощался океаном и породами морского дна.

В Архее произошло ещё одно событие, на которое стоит обратить внимание, и связано оно с солнечной активностью [4]. Воздух нагревается от поверхности Земли. А она, в свою очередь, от энергии, полученной от Солнца. Из-за изменений формы орбиты и наклона оси вращения Земли до нашей планеты долетает то больше, то меньше солнечного тепла. Но и само светило не постоянно! Из-за сложных процессов, связанных с магнитным полем Солнца, временами оно излучает больше энергии, а временами меньше. Соответственно, поверхность Земли нагревается по-разному, что влечёт за собой изменение температуры воздуха. В Архее Солнце излучало примерно на 30% меньше энергии, чем в наши дни [57]. При таких условиях вся вода на Земле должна была замёрзнуть, и никакой жизни не должно было возникнуть. Но нет, в те времена климат на Земле был тёплый и влажный [57]. «Почему?» – спросите Вы. Помог парниковый эффект! Да-да, тот самый, с которым сейчас все усердно борются. Тогда, 4 миллиарда лет назад, азот, углекислый газ и другие парниковые газы [57; 94] создали «тепличку», которая удержала драгоценное тепло у поверхности Земли и не дала ей превратиться в ледяную пустыню. Это событие из-за своего кажущегося противоречия называют Парадоксом слабого молодого Солнца.

Глава 9. ПОТЕПЛЕНИЯ ПРИВОДЯТ К ПОХОЛОДАНИЯМ

Огромное влияние на климат оказывает так называемая термохалинная циркуляция (температурно-солевая) [1; 16; 58]. Объясню, что это такое. Вода в океане имеет разную плотность. Более «тяжёлая» вода «тонет», а более «лёгкая» «всплывает». Если включить воображение, то море можно представить как жидкий слоёный пирог. Плотность воды зависит от двух факторов: её температуры и солёности. Тёплые слои «легче» холодных, пресные «легче» соленых. Как правило, из двух факторов «важнее» оказывается солёность. Поэтому холодная, но более пресная вода, может оказаться на поверхности, а тёплая, но более солёная – ближе ко дну.

Океан нагревается в тропических широтах, и тёплая вода как в кастрюле всплывает и по поверхности устремляется к полюсам. Постепенно она охлаждается, отдавая энергию в воздух. В полярных областях холодная вода (плотная), опускается на дно и устремляется обратно к экватору. Красивая схема, не правда ли? Но что произойдёт, если климат потеплеет? Ледники, сконцентрированные в полярных областях, начнут таять. Если процесс будет постепенным, талая вода смешается с океанической, и всё будет хорошо. Но если потепление резкое, объём талой воды будет огромен. Произойдёт катастрофа! Пресная вода легче солёной, а значит, она будет плавать на поверхности. Поступая в моря в больших количествах, талая вода с ледников заставляет тёплые океанические течения опускаться на дно или поворачивать к югу. А что в итоге? Поверхность океана покрывается холодной водой, которая не может отдать тепло в воздух. К чему это приведёт? Правильно, к охлаждению климата. Да-да, резкие потепления ведут к резким похолоданиям! А к чему ведут похолодания? К тому, что вода опять будет консервироваться в ледниках. И всё по кругу. Процессом движут температура и солёность воды, поэтому он и называется термохалинной (температурно-солевой) циркуляцией.

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.