Британский вулканолог и научный обозреватель Робин Джордж Эндрюс разбирает в Scientific American недавние прогнозы ученых, связанные с образованием нового суперконтинента.
Будущее со скрипом песка на зубах
Насколько видит глаз, повсюду простираются дюны, переливаясь под безжалостным солнцем. Это золотисто-охристое песчаное море показалось бы бесконечным любому существу, блуждающему по его просторам. Но никто не бродит по этой пустыне, здесь нет ни глотка воды. После того как все материки слились в единый суперконтинент, влага и большая часть животных остались лишь в призрачных воспоминаниях.
И это не Татуин и не Арракис. Это Земля через четверть миллиарда лет. Не исключено, по крайней мере.
В прошлом на Земле несколько раз возникали суперконтиненты; они формировались, когда тектонические плиты — гигантские пласты твердой породы, плавающие поверх земной мантии, — собирали вместе массивы суши, как кусочки пазла. Сборка суперконтинента — процесс длительный, поскольку тектонические плиты меняют свое положение примерно с той же скоростью, с которой у людей растут ногти. Последний суперконтинент, известный как Пангея, образовался более 300 миллионов лет назад и в течение 100 миллионов лет постепенно распадался.
Если прогноз ученых верен, то следующий, получивший название Пангея Ультима, сформируется в области экватора Земли через 250 миллионов лет, с потенциально разрушительными последствиями. Согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Nature Geoscience, подъем Пангеи Ультима [и противоречащему вот этому исследованию], вероятно, приведет к резкому снижению биоразнообразия, вызванному высокими температурами поверхности, из-за которых более 90 процентов будущего суперконтинента могут стать непригодными для жизни млекопитающих.
Исследование широко освещалось в прессе. Большинство СМИ проницательно отмечали, что людям тоже придется трудновато на Пангее Ультима, поскольку они тоже млекопитающие.
Но будет ли это действительно «конец всему»? Смотря кого спрашивать.
Некоторые ученые откровенно потешаются над идеей делать прогнозы на 250 миллионов лет вперед. «Это совершенно невозможно опровергнуть», — говорит Роберт Стерн, эксперт по тектонике плит из Техасского университета в Далласе.
Но другие высоко оценивают исследование, считая его полезным мысленным экспериментом и провокационным напоминанием о том, что никакие миры, в том числе земной, не могут оставаться неизменными в геологических масштабах времени. «Для таких масштабов нет ничего постоянного, — говорит Елена Шевлякова, специалист по моделированию климата в Национальном управлении океанических и атмосферных исследований. — С точки зрения физики прогнозируемый климат Пангеи Ультима вполне правдоподобен. В этом нет ничего бредового».
Другие миры, другие суперконтиненты
Концепция конца света, представленная в исследовании, конечно, привлекает внимание. Однако некоторые ученые восприняли публикацию как рассказ не столько о судьбах млекопитающих, сколько об обитаемых мирах вообще. «Такие творческие темы нужно разрабатывать, — говорит Джон Дамут, эколог и биолог-эволюционист из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. — Это показывает, как функционируют планеты».
Несмотря на мрачные выводы исследования, оно было задумано ради развлечения. Александер Фарнсворт, ученый-климатолог из Бристольского университета, ведущий автор статьи, до этого разработал несколько вполне серьезных климатических моделей, в том числе касающихся давнего прошлого Земли. Но когда, находясь на карантине во время пандемии COVID-19, он томился от скуки, то решил «сделать что-нибудь другое, что-нибудь повеселее».
Он уже применял климатические модели к Вестеросу (одному из континентов «Игры престолов») и Арракису (планете из «Дюны»). Почему бы не применить те же самые методы прогнозирования к следующему суперконтиненту Земли — тоже, по сути, с нынешней точки зрения, вымышленному миру — и не посмотреть, что произойдет? Когда предварительное моделирование указало на вероятность наступления «довольно тяжелых времен», Фарнсворт решил объединиться с коллегами, чтобы из этого развлечения сделать полноценную научную работу.
Они обнаружили, что столкновение составных частей Пангеи Ультима усилит вулканическую активность, вызвав серию мощных взрывных извержений с выбросом парниковых газов, которые повысят глобальную температуру. Внутри суперконтинента образуется необъятная пустыня, а на побережьях условия будут напоминать невыносимо душную парную. Солнце, сжегшее изрядную часть своего водородного топлива, будет светить в небе несколько ярче, усугубляя тепловые проблемы планеты.
Но, как отмечается в самой статье, такие прогнозы полны неопределенностей. Давайте разберем их шаг за шагом, по мере того как будут возникать адские ландшафты Пангеи Ультима.
Тектоника литосферных плит предполагает, что внешний облик Земли постоянно меняется. Увы, у этого процесса есть сторона прискорбная для геологии: большинство горных пород, которые могли бы служить ценными индикаторами событий далекого прошлого, безвозвратно плавится под земной корой. Поэтому никто не может с уверенностью сказать, сколько суперконтинентов появилось и исчезло за время существования планеты, и пробелы в наших знаниях растут по мере того, как мы заглядываем все дальше в прошлое.
Проследить прежние передвижения тектонических плит довольно трудно. Но спрогнозировать будущие изменения облика планеты еще труднее. Споры о временных рамках, последовательности сборки и окончательной форме древних суперконтинентов свидетельствуют о том, что «пока неясно, сколько времени может потребоваться для формирования следующего», говорит Дитмар Мюллер, геофизик и эксперт по тектонике плит из Сиднейского университета. К тому же суперконтиненты необязательно включают в себя все массивы суши — значительные ее части могут оставаться изолированными.
Пангея Ультима — лишь один из возможных суперконтинентов. Его называли также Пангея Проксима. Его концепция была предложена в 1982 году геологом Кристофером Скотезе, который стал соавтором нового исследования. Еще несколько тектонических моделей также предполагают возникновение экваториальных суперконтинентов, таких как Ультима.
Но один из вероятных суперконтинентов, Амазия, будет располагаться на гораздо более высокой и, следовательно, более прохладной широте. «Если возникнет суперконтинент, охватывающий Северный полюс, то млекопитающие, вероятно, продолжат доминировать на планете», — говорит Джессика Уайтсайд, геохимик и палеоклиматолог из Саутгемптонского университета в Великобритании.
Допустим, Пангея Ультима окажется тем самым суперконтинентом, который возникнет на Земле через четверть миллиарда лет. К тому времени Солнце будет светить на 2,5 процента ярче, чем сейчас, это почти наверняка, утверждает астрофизика. Но наибольшее влияние на климат будет оказывать не звезда.
Формирование суперконтинента будет происходить в результате столкновения тектонических плит. Одни плиты будут опускаться и подползать под другие, высвобождая расплавленное вещество, которое будет снова подниматься, вызывая всплеск вулканической активности и, как следствие, потепление земного климата.
«Все эти коллизии приведут к выбросу парниковых газов, таких как водяной пар, углекислый газ и метан», — говорит Уайтсайд. Извержения вулканов также могут вести к похолоданию за счет выделения диоксида серы, который при сочетании с водяным паром образует аэрозоли, отражающие солнечный свет. Но это похолодание будет кратковременным, поскольку аэрозоли быстро исчезают из атмосферы, в результате будет доминировать парниковое потепление.
Наиболее жаркими окажутся пространства в глубине Пангеи Ультима. Недосягаемые для влажных ветров мирового океана, эти выжженные ландшафты будут сравнимы с сегодняшними самыми сухими и безжизненными пустынями, лишенными осадков и растительности. Однако на побережье избыток атмосферной влаги может стать еще более серьезной проблемой. «Здесь больше испарений из близлежащих океанов, поэтому относительная влажность выше», — говорит Фарнсворт. Всякий, кто пережил душный летний полдень, знает, что больше всего изнуряет не жара, а влажность.
Убийственное сочетание плоского ландшафта и совершенно сухой внутренней части материка исключит речной перенос богатых углеродом отложений, которые при других обстоятельствах оказались бы в океане. Это, в свою очередь, может привести к замыканию накоротко процесса выветривания горных пород, который медленно, но ощутимо влияет на температуру планеты. Впрочем, такие эффекты зависят от структуры горных хребтов и других особенностей местности, которые практически невозможно предугадать.
«На самом деле это довольно трудно предсказать, я бы даже сказал, очень трудно, — говорит Алекс Уиттакер, исследователь динамики ландшафтов из Имперского колледжа Лондона. — Мы и сегодня не слишком хорошо понимаем взаимосвязь между выветриванием горных пород и климатом, не говоря уже о том, что произойдет через 250 миллионов лет».
Хвост, ноги… главное — уши
Давайте побудем еще пессимистами и предположим, что события развиваются по наихудшему сценарию и Пангея Ультима — поистине инфернальное место. Как там будут выживать наземные млекопитающие? Вспомним, что предки млекопитающих по крайней мере однажды уже оказывались в экстремальных условиях, каким-то образом выдержав удар астероида, который врезался в планету 66 миллионов лет назад и привел к гибели динозавров.
То, что наши древние предки выжили, объясняется отчасти их способностью регулировать температуру своего тела. Млекопитающие могут делать это разными способами. «Если мы говорим о пустынных лисах или пустынных зайцах, то у них огромные уши, которые значительно увеличивают площадь поверхности при теплообмене с окружающей средой. Горячая кровь поднимается к этим периферийным органам, где тепло уходит в окружающую среду», — говорит Андреа Руммель, специалист по сравнительной физиологии из Университета Райса.
«Но, возможно, самое важное — очень интенсивное потоотделение, — добавляет Руммель. — Животному не нужно совершать работу, что-то делать, чтобы испарить воду. Однако вода ценится очень высоко, и когда она закончится, нужно где-то ее искать», что будет непросто в гиперзасушливых пустынях. Мало того, при превышении определенных значений температуры и влажности никакой способ терморегуляции не поможет животным охладиться; окружающая среда просто не примет дополнительного тепла, и организмы погибнут.
Однако есть и другие возможности скрыться от пекла. «Сегодня многие виды, обитающие в пустынях, ведут ночной образ жизни, чтобы избежать дневной жары, — говорит Джемма Беневенто, макроэволюционный палеобиолог из Зенкенбергского центра исследований биоразнообразия и климата в Германии. — Частичное или полное закапывание под землю также может помочь защититься от высоких температур».
С учетом всего этого, каким могло бы быть млекопитающее, бродящее по пустыням Пангеи Ультима, на что оно было бы похоже? «Что-то с внушительной площадью поверхности тела для отвода тепла, что-то способное зарываться под землю и способное как-то добывать воду», — говорит Руммель. Тогда это похоже на ушастую пустынную мышь из «Дюны».
Сможет ли эволюция за 250 миллионов лет придать млекопитающим новые терморегуляторные способности? «А что если повысится средняя температура тела млекопитающего? — спрашивает Руммель. — Поднимет ли это верхний предел температурной выживаемости? Это большой вопрос. Все имеющиеся на сегодняшний день исследования, похоже, указывают на то, что более высокие температурные пределы формируются медленно, если вообще формируются. Легче повысить устойчивость к холоду, чем к жаре».
В общем, если Пангея Ультима станет реальностью, «редкое млекопитающее способно будет противостоять предлагаемой среде», говорит Дамут. Даже если млекопитающие найдут способы справляться с жарой, коллапс пищевых цепочек все равно может привести к их вымиранию от голода.
Мерить других своей меркой
Но все зависит от того, что понимать под словом «млекопитающее». «Если мы оглянемся на 250 миллионов лет назад, то увидим, что линия, давшая начало млекопитающим, была совершенно иной анатомически и физиологически, — говорит Беневенто. — В течение сотен миллионов лет — и даже раньше — млекопитающие, которых мы знаем сегодня, неизбежно вымрут или эволюционируют».
Эволюция может казаться нам медленной, но в геологических масштабах времени она молниеносна. Четверть миллиарда лет — слишком отдаленное будущее, чтобы более или менее точно предсказать судьбу млекопитающих и большинства других видов многоклеточной жизни, если уж на то пошло. «Кто знает, что произойдет за это время? Примерно за 250 миллионов лет [нептичьи] динозавры эволюционировали и полностью вымерли», — говорит Тори Херридж, специалист по палеонтологии млекопитающих из Университета Шеффилда в Англии.
Формирование суперконтинента — событие не такое быстрое, как падение кометы или, скажем, интенсивное воздействие человека на климат с уничтожением естественной среды обитания. Такое событие дает животным время адаптироваться. «Это совершенно не похоже на сценарии изменения климата, которые сейчас у всех на слуху, — говорит Херридж. — Я думаю, что Пангея Ультима — не самая большая проблема, с которой сталкиваются сейчас млекопитающие. Давайте сначала посмотрим, переживут ли они ближайшие 100 лет».
Эта суперконтинентальная катастрофа, возможно, и не произойдет. Но даже если произойдет, даже если земля превратится в выжженную пустыню, возникает вопрос: а что насчет океанов? В исследовании оценивалась выживаемость только наземных млекопитающих, поэтому «киты могут чувствовать себя в безопасности», говорит Дамут. Возможно, обитатели морей станут хозяевами Земли — если, конечно, человек не погубит их раньше.
Но и это тоже под вопросом: Фарнсворт и его команда еще не закончили разрабатывать сценарии уничтожения Земли. «Теперь мы хотим заняться будущим морей», — говорит Фарнсворт с усмешкой.