Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предсказаниям будущего Земли

Но из каких газов состояла древняя атмосфера? Чтобы определить плотность древней атмосферы, а следовательно, и ее состав, в середине XIX века Чарлз Лайель, один из основоположников геологической науки, предложил… измерить ископаемые отпечатки капель дождя. Такие отпечатки хорошо сохраняются в вязких и быстро твердеющих вулканических туфах. Астробиолог Санджой Сом и его коллеги из Вашингтонского университета в Сиэтле взяли за образец отпечатки дождевых капель на исландских туфах, образовавшиеся в 2010 году после извержения вулкана Эйяфьядлайёкюдль, и сравнили их с туфами из Южной Африки, возраст которых 2,7 миллиарда лет. Выяснилось, что древние капли в момент удара о землю были в среднем мельче современных. А поскольку размер капель зависит от плотности атмосферы, значит, атмосфера была в 1,5–2 раза менее плотной, чем ныне. Вряд ли она состояла из углекислого газа или азота, но могла быть насыщена сохраняющим тепло метаном. Именно под метановой атмосферой процветали метанокисляющие бактерии, оставившие многочисленные следы в изотопной и молекулярной летописи планеты. В существовании метановой атмосферы нет ничего удивительного: например, как выявила миссия «Кассини», на спутнике Сатурна Титане всего при 100°К плавают метановые облака, проливающиеся метановыми дождями, которые наполняют метановые реки и озера.

Большинство геохимиков и геологов соглашаются, что по меньшей мере с протерозойского эона (то есть 2,5 миллиарда лет назад и позднее) основным атмосферным газом, определяющим температуру на поверхности нашей планеты, был углекислый. Правда, что именно и как влияло на содержание двуокиси углерода в атмосфере (а также в гидросфере и литосфере), остается загадкой. Часто приходится читать, что хорошим поглотителем углекислого газа являются рифовые экосистемы. Действительно, в них сосредоточены огромные запасы карбоната кальция, и ежегодно добавляется по 900 миллионов тонн. Соблазнительно допустить, как многие и делают, что на образование этого минерала уходит атмосферная двуокись углерода. Однако обызвествление кораллов, губок, водорослей, простейших, что обеспечивает рост и расширение рифов, записывается формулой:

Са²⁺ + 2НСO₃ → СаСO₃ + Н₂O + CO₂↑.

К тому же процесс этот отнюдь не равновесный, а протекает с явным сдвигом в правую строну, в результате чего рифы подгазовывают атмосферу на 245 миллионов тонн углекислоты в год. По этому показателю среди текущих «нечеловеческих» процессов они уступают только наземным вулканам (в среднем около 300 миллионов тонн в год, что, кстати, составляет всего один процент от того, что производит в год человечество).

Идея связать содержание углекислого газа в атмосфере Земли с температурой и явлениями на поверхности родилась в 1899 году: геолог Томас Чемберлин, работавший в Чикагском университете, один из создателей теории оледенений, предположил, что этот газ расходуется на выветривание горных пород, реагируя с содержащимися в них силикатными минералами. Значит, в горообразовательные эпохи, когда в контакт с атмосферой вступают значительные объемы «свежих» силикатных минералов, нужно ожидать резкое падение уровня двуокиси углерода в атмосфере и столь же быстрое похолодание. К этой идее возвращались неоднократно: ведь действительно многим периодам похолодания и оледенения в истории Земли предшествовали вздымания обширных хребтов и плато. Но добыть более-менее обоснованные доказательства ее смогли лишь в 1990-е. К тому времени по изотопной летописи стронция (⁸⁷Sr к ⁸⁶Sr) научились привязывать к определенному интервалу такие события, как рост гор и интенсивность этого явления. (Чем быстрее вздымаются горы, тем большие площади свежих, еще не измененных и обогащенных ⁸⁷Sr горных пород оказываются доступными для атмосферных газов и текучих вод, разрушаются под их действием, а продукты разрушения выносятся в океан.) Одновременное возвышение мощных горных систем, таких, как Альпийско-Гималайский пояс и Анды в кайнозойскую эру, особенно начиная с миоценовой эпохи (20 миллионов лет назад), совпало по времени с наступлением последней ледниковой эпохи. Причем по мере усиления горообразования возрастала и степень химического выветривания силикатных минералов. Казалось бы, загадка великих оледенений наконец решена…