Николай Ясаманов - Занимательная климатология
Г. Юри провел большое число экспериментальных работ и установил, что каждый организм строит свою карбонатную раковину и при этом в ней всегда практически неизменным сохраняется то самое соотношение изотопов кислорода, которое свойственно морской воде при определенной температуре. Самое примечательное состоит в том, что концентрация изотопов кислорода, приобретенная карбонатной раковиной живого организма, без потерь сохраняется и после смерти животного. И не только это. Соотношение изотопов кислорода не изменяется и после захоронения раковины в толщах глин, песков и известняков.
Главная трудность заключалась в точном определении количества изотопов кислорода, которые находились в раковинах в очень небольших количествах. Это можно было сделать с помощью прибора, известного под названием масс-спектрометра.
В начале исследования были определены температуры по соотношению изотопов кислорода (этот метод носит название изотопного) по раковинам организмов, которые ныне живут в морских бассейнах в разных климатических зонах и на различной глубине. Это давало возможность следить за изменением соотношения изотопов кислорода в морской воде и в раковинах организмов в зависимости от температурного фактора и каждый раз вносить определенные коррективы. На основании этого были составлены предварительные таблицы или шкалы изменения соотношения изотопов кислорода в зависимости от температурного режима. Были осуществлены и определенные экспериментальные работы. Искусственно изменялась температура морской воды в аквариумах и проводились наблюдения за изменением изотопов кислорода в раковинах беспозвоночных.
После того как метод изотопной палеотермометрии всесторонне был проверен на современных беспозвоночных, были предприняты попытки определить температуры по соотношению изотопов в раковинах ископаемых моллюсков.
Эффект полученных температур превзошел все ожидания. Многих цифры ошеломили своей точностью, но все-таки выглядели очень неправдоподобно. Нет, никакого подлога не совершалось. Просто сами исследователи давали пищу для недоверия. Нередко в научной статье или в солидной монографии можно было встретить такие цифры. Допустим, в каком-нибудь периоде или геологическом веке, отстоящем от современной эпохи на десятки миллионов лет, оказывалось, что средние температуры составляли 15,3° С, не 15 или 16° С, а именно 15,3. Вот такая точность для столь отдаленного времени вызывала сомнения и даже недоумение. Ведь такой точности мы не можем достичь сегодня, имея для наблюдений самые современные приборы. А здесь для столь далекого времени дается такая точная цифра.
Такие результаты давали основание любому здравомыслящему человеку высказывать определенные сомнения в правильности метода. А не лежит в основе такой точности недобросовестность исследователя? А может, имеет место и подтасовка фактов? Или желаемое выдается за действительное? Такие и подобные недоуменные вопросы возникали очень часто.
На самом деле температуры с десятыми долями градусов получались довольно просто. Десятки определений температур для одного и того же пункта и возраста, полученные по раковинам различных организмов, суммировались и рассчитывались средние арифметические значения. Стремясь к объективности, авторы публикаций работали себе во вред. Надо было быть объективным до конца и писать о температурах прошлого, давая крайние значения. Примерно таким образом. Средние температуры среды обитания такого-то организма изменялись в пределах 12-16° С. Этого было бы вполне достаточно, чтобы судить о температурах прошлого, сравнивать эти значения между собой и сопоставлять с современными.
Изотопный метод определения древних температур довольно сложен и трудоемок. Его можно проводить только в тех лабораториях, где имеются масс-спектрометры. Это обстоятельство в какой-то мере ограничивало применение метода. Надо было искать другой, доступный и легкий в производстве, метод определения температур водной среды геологического прошлого.
Известный советский палеогеограф и геолог, ленинградский ученый Александр Васильевич Хабаков первый предложил и обосновал так называемый магнезиальный метод определения температур древних морских бассейнов. Тщательное изучение работ биохимиков дало многое для открытия нового метода. Среди морских беспозвоночных, так же как и среди других групп животных, имеются формы, которым безразлично, при каких температурах им жить. Они могут жить и в холодной и в теплой воде, но главное, чтобы в ней содержалось необходимое количество питательных элементов и кислорода. Жизнедеятельность стенотермных форм протекает только при определенной температуре. Например, ни одно морское беспозвоночное, составляющее сложный биоценоз, допустим, на Багамской банке или на Большом барьерном рифе, не способно жить в водах Северного или Баренцева моря. Точно так, как и моллюски, привыкшие к жизни в прохладных водах, не могут жить в тропиках. Но этого мало. Необходимо было обнаружить другие признаки. Еще в 20-е и 30-е годы XX столетия было замечено, что в раковинах одного и того же вида беспозвоночных, начиная от экваториальных вод и кончая полярными формами, изменяется количество карбоната кальция, а значит, и сильно меняется толщина самой раковины. В теплых водах обычно живут организмы с толстой раковиной, а в полярных морях раковина у беспозвоночных тонкая. Этот признак все-таки довольно шаткий. Но он пригоден для подтверждения или отрицания полученных температур как косвенный метод, но как самостоятельный метод существовать не может.
А. В. Хабаков убедился в наличии одного примечательного явления. Концентрация растворенных в морской воде химических элементов и соединений, среди них кальция, магния, стронция и некоторых других, зависит от температурных условий. Чем выше температура воды, тем больше в ней растворено магния и стронция, но меньше углекислого газа. Поэтому в теплой воде легко осаждаются карбонаты кальция, обогащенные магнием. Но надо помнить, что организмы при постройке своей раковины всегда извлекают из воды те элементы, которые в ней имеются, и причем соотношение этих элементов всегда одинаковое.
Много сложностей пришлось преодолеть, провести большое число экспериментов, прежде чем удалось получить первые обнадеживающие результаты. Оказалось, что, определяя обычным химическим методом содержание кальция и магния в карбонатных раковинах, можно узнать не только качественные характеристики морской воды, но и количественные значения. Температуры удавалось определить не только по скелетным образованиям древних головоногих моллюсков, имеющих торпедо-образную форму тела (белемниты), но и по многим раковинам двустворчатых моллюсков, кораллам, мшанкам, брахиоподам и даже по микроскопическим одноклеточным животным - фораминиферам и нанопланктону.
Оказалось, что температуры можно установить не только по остаткам ископаемых животных, которых встретить можно не везде и не всегда, но и по существенно органогенным известнякам, т. е. горным породам, которые практически целиком состоят или из обломков раковин вымерших беспозвоночных, или слагаются микроскопическими раковинками одноклеточных форм.
В настоящее время как изотопным, так и магнезиальным методом установлены температуры поверхностных и придонных участков древних морских бассейнов вплоть до начала фанерозоя, т. е. почти за 570 млн. лет.
Цифры привлекают. Цифры завораживают. Но возникает закономерный вопрос: а все-таки действительно ли они отражают температурный режим геологического прошлого? Полученные температуры проверялись и проверяются геологическими данными, и практически не было случая, чтобы они противоречили им. Как ведется проверка? Объективная проверка проводится путем сопоставления полученных температур с реконструированным растительным покровом суши или биоценозом наземных и морских животных, по степени преобразования горных пород и по вещественному составу накопившихся горных пород.
Современная средняя глобальная температура на Земле составляет 14,3° С. Давайте сравним ее с температурами прошлого. В истории Земли были периоды, когда было холоднее, чем в настоящее время, но были и эпохи, когда средняя глобальная температура достигала 22-26 °С. Означает ли это, что в прошлом на экваторе было не 26-28 °С, а в 2 раза и более теплее, чем ныне. Ни в коей мере. На экваторе даже в очень далекие времена температура мало чем отличалась от современной. Просто ширина экваториального и тропического поясов в 2 с лишним раза была больше, а на полюсах отсутствовали ледяные шапки.
Вымершие климатыВ одной из своих работ известный советский палеоботаник С. В. Мейен впервые употребил новое словосочетание - вымерший климат. Мы все привыкли к таким выражениям, как «вымершие животные» или «вымершие растения», и хорошо себе представляем, что некогда такие организмы жили на Земле, но в определенное время исчезли. Но мы никогда не употребляем слово «вымерший» по отношению к объектам неживой природы. Ведь, действительно, нельзя сказать «вымерший известняк» или «вымерший гранит». И в древности, и сейчас они одинаковы по составу и строению. А вот вымершие животные действительно совсем не похожи на современных. Мы также никогда не употребляем слово «вымерший» по отношению к ландшафтам. Никогда не говорим: вымершая гора, а произносим: исчезнувшая. Вероятно, нам стоит, как предлагал С. В. Мейен, проанализировать и составить список вымерших и вымирающих объектов живой и неживой природы. Вот в таком абстрактном списке достойное место займут и вымершие климаты.
