Текст книги "Происхождение. Как Земля создала нас"

Мы – дети тектоники плит

Тектоника плит не просто создала разнообразную динамичную среду Восточной Африки, где мы эволюционировали как вид, но еще и стала определяющим фактором для тех мест, где человечество решило создать первые цивилизации.

Взгляните на карту, где отмечены границы трущихся друг о друга тектонических плит, и наложите на нее точки, где возникли крупнейшие древние цивилизации, и вы увидите удивительно точное соотношение: почти все они расположены очень близко от границ плит. Если учесть, сколько на Земле суши, которую легко можно было бы заселить, эта корреляция весьма примечательна и едва ли случайна. Первые цивилизации словно бы сговорились, что нужно жаться поближе к тектоническим разломам, за тысячи лет до того, как ученые обнаружили эти разломы. Должно быть, в границах плит есть что-то особенно привлекательное для создания древних культур, невзирая на опасность землетрясений, цунами и извержений вулканов, которой чреваты разломы земной коры.

В долине Инда, во впадине, тянущейся вдоль подножия Гималаев, около 3200 года до н. э. возникла хараппская цивилизация – одна из трех самых первых в мире (наряду с Месопотамией и Египтом)[46]46
  Giosan (2012).


[Закрыть]. При столкновении тектонических плит их края сминаются в высокие горные цепи – например, Гималаи возникли при столкновении Индии с Евразией, – однако колоссальный вес горной гряды также проминает кору вдоль нее, она опускается, и создается плавно уходящая в сторону гор выемка. По этой предгорной впадине текут реки Инд и Ганг, сбегающие с гималайских высот, и их воды несут с гор осадки, которые создают весьма плодородные почвы для раннего земледелия. Можно сказать, что араппская цивилизация родилась в результате столкновения континентов – Индии и Евразийской плиты.

Та же картина в Месопотамии: Тигр и Евфрат текут по низине, окаймленной горами Загрос, которые возникли, когда Аравийская плита пододвинулась под Евразийскую[47]47
  Reilinger (2011).


[Закрыть]. Междуреченские почвы точно так же обогащались осадками, вымытыми со склонов этой горной гряды[48]48
  Garzanti (2016).


[Закрыть]. На этом стыке Аравийской и Евразийской плит возникли и ассирийская, и персидская цивилизация. Минойцы, греки, этруски и римляне тоже создали свои цивилизации вблизи от границ тектонических плит и в тектонически сложной обстановке бассейна Средиземного моря. В Мезоамерике около 2000 года до н. э. возникла цивилизация майя, которая затем распространилась на почти всю Юго-Восточную Мексику, Гватемалу и Белиз, и самые крупные ее города были выстроены среди гор, возникших при субдукции плиты Кокос между Североамериканской и Карибской плитами. А более поздняя ацтекская культура расцвела поблизости от той же границы конвергенции плит, при всех ее землетрясениях и вулканах вроде Попокатепетля, «Дымящейся горы», священной для ацтеков[49]49
  Два главных исключения из этой закономерности расположения первых цивилизаций на стыках тектонических плит – цивилизации Египта и Китая. Однако египетскую цивилизацию поддерживали регулярные разливы Нила, удобрявшие почву плодородными осадками, намытыми в верховьях реки, в горах, окружающих тектоническую рифтовую долину в Эфиопии и Руанде. А китайская цивилизация зародилась на равнине бассейна Желтой реки (Хуанхэ) на севере и лишь затем распространилась на юг, в долину реки Янцзы; обе эти реки текут с Тибетского плато, которое возникло в результате континентального столкновения Индии с Евразией. Поэтому и египетская, и китайская цивилизации, хотя и не расположены вдоль границы плит, обязаны своим сельским хозяйством (и богатством) недавно возникшим тектоническим особенностям местности.


[Закрыть].

Плодородные пахотные земли можно найти не только в выемках вдоль подножия горных цепей, возникших при столкновении континентов, вроде Месопотамии. Плодородную сельскохозяйственную почву дают и вулканы. Они тянутся широкой полосой примерно в ста километрах от линии субдукции, поскольку по-глощенная плита заглубляется в раскаленные недра и плавится, а от этого поднимаются большие пузыри магмы, которые и запускают извержения на поверхности. В регионах с плодородной вулканической почвой в полосе, где Африканская плита очутились под более мелкими плитами, составляющими регион Средиземноморья, возникли средиземноморские цивилизации, в том числе греческая, этрусская и римская[50]50
  US Geological Survey publications, ‘Plate tectonics and people’, https://pubs.usgs.gov/gip/dynamic/tectonics.html.


[Закрыть].

В местах тектонического напряжения встречаются также открытые трещины в скальной породе или задранные вверх куски коры, так называемые взбросы, что часто создает родники. Длинная линия связанных между собой гор вдоль Южной Евразии, возникших при столкновении Африканской, Аравийской и Индийской плит, по воле случая совпала с засушливой полосой на земной поверхности. Здесь находятся Аравийская пустыня и пустыня Тар, а объясняется такой климат опусканием сухого воздуха при циркуляции в атмосфере (к чему мы вернемся в главе 8). Здесь такие взбросы часто находятся на стыке между низкими бесплодными пустынями и высокими неприветливыми горами или плато, поэтому вдоль этих географических границ часто пролегали торговые пути. На них возникало множество городов, где путешествующие купцы могли остановиться на ночлег, а воду горожане брали из родников у подножия гор[51]51
  Shuckburgh (2008), p. 133.


[Закрыть]. Без тектонических сдвигов в этих местах царила бы засуха, а так эти поселения обеспечены источниками воды, однако остаются беззащитными перед разрушительными землетрясениями, которые происходят при каждом движении коры[52]52
  О связи между древними цивилизациями и границами тектонических плит см. Force (2008); Force (2010); Force (2012); Force (2015), Ch. 15.


[Закрыть].

В 1994 году землетрясение полностью уничтожило деревню Сефидабе в пустыне на юго-востоке Ирана. Любопытно, что Сефидабе – место крайне уединенное: это одна из немногочисленных остановок на долгом торговом пути к Индийскому океану, и до ближайшего населенного пункта оттуда в любую сторону 100 километров. Однако землетрясение словно бы избрало деревню своей целью и стерло ее с лица земли с ужасающей точностью. Как выяснилось, Сефидабе была выстроена прямо на взбросе, скрытом глубоко под землей. Взброс залегал так глубоко, что на поверхности на его существование ничего не намекало – никаких подозрительных обрывов, – поэтому геологи его раньше не замечали. Задним числом понятно, что единственным признаком взброса была непримечательная гряда округлых холмов, которая бежала вдоль города: ее постепенно создали сотни тысяч лет землетрясений. Поселение возникло именно здесь благодаря тому, что тектоническое выталкивание пород вверх поддерживало родники у подножия гряды – единственный источник воды на много миль окрест. Тектонический сдвиг создал условия для жизни в пустыне, однако стал и причиной ее гибели[53]53
  Jackson (2006).


[Закрыть].

Крупнейшие ранние цивилизации и их близость к границам плит

Изображение создано автором этой книги в программе Mathematica 11.0 на основании данных из Force (2010) (Figure 1) и с использованием сведений о границах тектонических плит, предоставленных Питером Бердом из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (http://peterbird.name/oldFTP/PB2002/).

Родниками, возникшими при взбросах, пользовались тысячелетиями, и это объясняет расположение многих древних поселений на тектонических стыках. Однако в наши дни судьба таких поселений вызывает тревогу. Тегеран, столица Ирана, возник из скопления мелких городков на крупном торговом пути у подножия горной системы Эльбрус. Начиная с пятидесятых годов ХХ века город стремительно рос, и теперь это густонаселенный мегаполис, где постоянно проживает более 8 миллионов человек, а в течение рабочего дня в городе находится свыше 10 миллионов человек[54]54
  http://worldpopulationreview.com/world-cities/tehran-population.


[Закрыть]. Однако мелкие торговые городки, столетиями занимавшие эту территорию, много раз разрушались или просто уничтожались землетрясениями: взброс, на котором они стояли, смещался, чтобы сбросить накопившееся тектоническое напряжение. Город Тебриз, расположенный к северо-востоку от Тегерана на той же горной цепи, страдал от землетрясений дважды, в 1721 и 1780 годах, и при каждом из них погибало более 40 000 человек – и это во времена, когда население каждого города составляло лишь крошечную долю нынешнего. Если – а на самом деле когда – на этом взбросе произойдет очередное крупное землетрясение, последствия для Тегерана могут быть гибельными. Люди жили на таких взбросах тысячелетиями, привлеченные источниками при взбросах и торговыми путями, проходившими вдоль естественной границы ландшафта, а крупные современные города, выросшие на месте этих поселений, теперь особенно беззащитны перед таким геологическим наследием[55]55
  Jackson (2006); Shuckburgh (2008), p. 133.


[Закрыть].

Мы – дети тектоники плит. Некоторые крупнейшие города мира в наши дни покоятся на тектонических разломах, а многие древнейшие цивилизации в истории возникали вдоль границ плит, составляющих земную кору. На более фундаментальном уровне тектонические процессы в Восточной Африке определили эволюцию гоминин и создали наш вид с его высоким интеллектом и адаптивностью. А теперь поговорим об особом периоде в истории нашей планеты, который позволил человечеству покинуть родину в Великой рифтовой долине и захватить весь земной шар.

Глава вторая
Дрейфующие на континентах

Мы живем в довольно необычную геологическую эпоху. Это время, для которого характерна одна определяющая черта – лед. Читателю это может показаться неожиданным, ведь нас так тревожит глобальное потепление. Со времен Промышленной революции средняя температура постоянно росла, а особенно быстро – в последние шестьдесят лет, и этого нельзя отрицать. Однако этот скачок, вызванный человеческой деятельностью, наблюдается на фоне гораздо более крупномасштабного оледенения четвертичного периода. Примерно 2,6 миллиона лет назад, в начале последней геологической эпохи, Земля вступила в новый климатический режим – в череду перемежающихся ледниковых периодов. Эти условия сильно сказались на условиях жизни в том мире, в котором мы сейчас живем, и на том, как мы заняли свое место в нем.

Сейчас мы живем в межледниковый период: климат относительно теплый, ледяные шапки сокращаются, а следовательно, уровень моря повышен. Однако в среднем в последние 2,6 миллиона лет льда было гораздо больше, чем сегодня. Вероятно, кое-что о том, как выглядел мир во время последнего ледникового периода, мы знаем по музейным экспозициям и документальным фильмам: тогда почти все Северное полушарие покрывали огромные пласты льда, по тундрообразным пейзажам бродили косматые мамонты, их подстерегали в засаде саблезубые тигры, а одетые в шкуры первобытные люди эпохи палеолита охотились на них с копьями с каменными наконечниками.

Однако так выглядела лишь самая последняя фаза оледенения в недавней истории нашей планеты. За последние 2,6 миллиона лет миновало от 40 до 50 ледниковых периодов[56]56
  Kukula (2016), Kindle location 4136; Ruddiman (2016), Ch. 4.


[Закрыть], и с каждым разом они становились все продолжительнее и все холоднее. Более того, климат планеты в целом в четвертичный период был особенно нестабильным[57]57
  Woodward (2014), p. 28.


[Закрыть]: он колебался между суровыми ледниковыми периодами и более теплыми межледниковыми интервалами, что вызывало периодическое расширение и уменьшение огромных ледниковых щитов. Заморозка длится в среднем 80 000 лет, а передышки между ледниковыми периодами – всего лишь около 15 000 лет[58]58
  Ibid., p. 111.


[Закрыть]. Каждый межледниковый период, в том числе и нынешняя эпоха голоцена, в которую мы вступили 11 700 лет назад, всего лишь краткая теплая интерлюдия между периодами морозов, которые наступают достаточно резко. Почему наша планета вошла в фазу таких климатических скачков, мы еще узнаем, а пока рассмотрим, какими были условия в последний ледниковый период.

Бодрящий морозец

Последний ледниковый период начался примерно 117 000 лет назад и длился около 100 000 лет, до начала нынешней межледниковой эпохи голоцена[59]59
  Stager (2012), Kindle location 305.


[Закрыть]. На пике ледникового периода, с 25 000 до 22 000 лет назад, с севера на Северную Европу и Америку наползали, глуша все живое, колоссальные ледниковые щиты толщиной до 4 километров[60]60
  Ibid.


[Закрыть]. Другой ледниковый щит, поменьше, накрыл Сибирь, а ледяные шапки горных цепей – Альп, Анд, Гималаев, а также гористого хребта Новой Зеландии – распространились до самого низа.

Огромные ледниковые щиты и шапки захватили большие объемы воды, и уровень моря по всему миру упал на целых 120 метров, отчего шельфы континентов, окаймляющие большие массивы земли, тоже превратились в сушу. Североамериканский, Гренландский и Скандинавский ледниковые щиты дошли до самого края шельфов, а море вокруг, по всей видимости, было покрыто плавучими льдами[61]61
  Summerhayes (2015), p. 264.


[Закрыть].

Поблизости от этих льдов стоял лютый мороз, к тому же с поверхности замерзших морей испарялось мало влаги, поэтому климат был гораздо суше. Ураганные ветры поднимали на сухих равнинах пыльные бури[62]62
  Ibid.


[Закрыть]. Ландшафт Европы и Северной Америки в целом напоминал тундру, промерзшая почва не оттаивала круглый год (вечная мерзлота), а дальше на юг, насколько хватало глаз, тянулись сухие травянистые степи. Почти все деревья, растущие сегодня по всей Европе, тогда сохранялись только в изолированных уголках Средиземноморья. 20 000 лет назад густые леса современной Центральной Европы напоминали скорее нынешнюю Северную Сибирь[63]63
  Ruddiman (2016), p. 45.


[Закрыть].

С окончанием каждого ледникового периода океаны снова поднимались и заливали континентальные шельфы. Установившийся межледниковый климат понемногу возвращал экосистемы на планете в широты ближе к полюсам – ледниковые щиты отступали, и условия становились мягче. В мире животных миграции – явление распространенное: птицы перелетают на зиму на юг, огромные стада диких животных прокатываются по Серенгети, словно цунами, – однако мигрируют и леса. Разумеется, отдельные деревья не могут сами выкорчеваться и двинуться в путь, но когда климат становится теплее, семена и молодые растения с каждым годом прорастают и сохраняются чуть дальше к северу, и со временем лес и правда марширует, прямо как в пророчестве в «Макбете». После последнего ледникового периода некоторые виды деревьев в Европе и Азии, по оценкам, сдвигались на север на 100 метров в год[64]64
  Feurdean (2013); Liddy (2016).


[Закрыть]. За ними следовали животные – травоядные, которые непосредственно питались растениями, а за ними и хищники, охотившиеся на травоядных. В перерывы между повторяющимися ледниковыми периодами растения и животные растекались к северу и югу, будто живая волна.

Земля в ледниковый период: показаны крупнейшие континентальные ледниковые щиты и уровень моря на 120 метров ниже современного

Изображение создано автором этой книги в программе Mathematica 11.0 на основании сведений из Woodward (2014) и Planetary Visions (http://www.planetaryvisions.com/Project.php?pid=2226).

Ледниковые периоды бывают разной интенсивности, и межледниковые периоды тоже не все одинаковы[65]65
  Summerhayes (2015), p. 255.


[Закрыть]. Последний межледниковый период, примерно 130 000–115 000 лет назад, в целом был теплее нынешнего. Средняя температура была выше по меньшей мере на 2 °C, уровень моря – на 5 метров выше, а по Европе разгуливали животные, которых мы привыкли считать скорее африканскими. В конце пятидесятых годов ХХ века рабочие, копавшие котлован на Трафальгарской площади в центре Лондона, обнаружили остатки самых разных животных – не только слонов, носорогов и бегемотов, а также львов, – сохранившиеся с предыдущего межледникового периода[66]66
  Franks (1960).


[Закрыть]. Сегодняшние туристы, стоя в тени колонны Нельсона, прилежно делают селфи с бронзовыми статуями львов, сидящими на страже по углам. Многие ли из них понимают, что в последний межледниковый период им пришлось бы опасаться встречи с самым настоящим львом?

Но несмотря на краткие теплые промежутки, позволявшие животным распространяться, можно сказать, что четвертичный период – это сплошной длительный ледниковый период и даже в межледниковые времена на полюсах все равно сохраняются толстые ледяные шапки. Поговорим о том, какие события и процессы недавней истории планеты Земля привели к такому холоду и таким колебаниям климата. Оказывается, периодические ледниковые периоды имеют космические причины: их можно объяснить переменами наклона земной оси относительно Солнца и положением нашей планеты на орбите.

Небесная механика

Если бы Земля вращалась вокруг своей оси совершенно прямо, не было бы времен года. Именно наклон земной оси определяет, что полгода Северное полушарие получает больше тепла, чем его южный собрат, поскольку подставлено Солнцу, которое, как нам кажется, стоит выше в небе, потому как его лучи падают на поверхность «прямее», и это называется лето. В другие полгода все наоборот – на севере зима, а на юге, соответственно, лето. Кроме того, Земля вращается вокруг Солнца не по круглой орбите, а по несколько вытянутой – по эллипсу. На протяжении года Земля один раз проходит на орбите точку, где она немного ближе к Солнцу, а через полгода – точку, где она немного дальше[67]67
  В наши дни лето в Северном полушарии приходится на время, когда Земля отстоит дальше от Солнца на эллиптической орбите.


[Закрыть].

На самом деле все еще запутаннее: эти особенности нашего мира и его орбиты меняются со временем под влиянием гравитации других планет Солнечной системы, особенно гиганта Юпитера. Космические условия существования Земли меняются под воздействием трех главнейших факторов, и они и составляют набор небесных циклов, о котором я коротко упомянул в предыдущей главе. Во-первых, наша орбита становится то более круглой, то более вытянутой, и это происходит в течение примерно 100 000 лет – это цикл эксцентриситета. Во-вторых, примерно за 41 000 лет наклон Земли относительно Солнца колеблется между 22,2° и 24,5°, что попеременно то подставляет полюса под солнечные лучи, то прячет от них. Этот наклон сильно влияет на выраженность времен года, поэтому даже крошечные изменения угла означают, что Арктика летом получает немного больше или немного меньше тепла. А третий, самый короткий цикл, – цикл в 26 000 лет, на протяжении которых ось планеты описывает круг, будто пошатнувшийся волчок: это называется прецессией. Прецессия обеспечивает смену времен года, когда Северное и Южное полушарие наклоняются к Солнцу (поэтому ее еще называли «предварение равноденствий»). Сейчас Северный полюс совершенно случайно указывает на Полярную звезду, что делает ее крайне полезной для навигации, как мы убедимся в главе 8, однако пройдет еще примерно 12 000 лет, и вращение наклонной земной оси сместит полюс к другой северной звезде, Веге, а лето в Северном полушарии будет приходиться на нынешний декабрь.

Циклы Миланковича: изменения параметров орбиты Земли и наклона земной оси, влияющие на наш климат

Изображение создано автором этой книги.

Поэтому климат на Земле определяется удлинением орбиты, а также наклоном и вращением оси нашей планеты, которые подвержены циклическим изменениям. Эти периодические колебания и называются циклами Миланковича, о которых я упоминал в предыдущей главе, – в честь сербского ученого, который первым разобрался, как эти космические периоды меняют земной климат. Циклы Миланковича в целом не снижают общее количество солнечного света, попадающего на поверхность Земли за год ее обращения по орбите, они влияют лишь на распределение солнечного тепла между Северным и Южным полушарием, а следовательно, на выраженность времен года.

Как ни парадоксально, главный катализатор ледниковых периодов – не холод в Арктике зимой, а прохладное лето. Если на севере лето много лет подряд выдается холодным, снега, выпавшие за зиму, не успевают полностью растаять и начинают накапливаться с годами[68]68
  Woodward (2014), p. 102.


[Закрыть]. Кроме того, прохладное арктическое лето зачастую сулит более теплую зиму, а это также приводит к наращиванию ледниковых щитов: теплые моря испаряют больше влаги, что вызывает обильные снегопады. Эксцентриситет земной орбиты усиливает влияние направления земной оси в ходе ее прецессии. Например, когда эти два цикла резонируют друг с другом, так что точка на нашей орбите, когда Северный полюс подставлен Солнцу, совпадает с самой дальней от Солнца точкой эллиптической орбиты, лета в Арктике будут особенно холодными. В результате наросший за зиму лед не полностью тает и начинает накапливаться. Планета входит в очередной ледниковый период.

Побелевшая Земля застывает в этом состоянии: она отражает бо́льшую часть солнечного тепла, пока ритмы циклов Миланковича не создадут положение, при котором север получит больше тепла, и тогда ледяной покров растает и снова отступит[69]69
  Ibid., p. 112.


[Закрыть]. Таяние в конце ледникового периода всегда происходит гораздо быстрее, чем замерзание в начале. Когда циклы Миланковича снова разогревают Северное полушарие, океан высвобождает больше углекислого газа и водяного пара; и то и другое – парниковые газы, так что они способствуют потеплению. Кроме того, при повышении уровня моря подтаивают края ледниковых щитов, отчего увеличивается площадь поверхности моря и суши, от которой солнечные лучи не отражаются, в отличие от белоснежного льда[70]70
  Ibid.


[Закрыть]. Поэтому ритм ледниковых периодов состоит из медленного входа в замерзшее состояние и быстрого оттаивания.

С начала нынешней эпохи перемежающихся морозов ритм наступления ледниковых периодов следовал циклу Миланковича в 41 000 лет – циклу наклона земной оси, – однако по не вполне ясным причинам примерно миллион лет назад колебания стали медленнее, но сильнее в соответствии со стотысячелетним циклом эксцентриситета Земли[71]71
  Ibid., p. 116.


[Закрыть] – увеличением эллиптичности нашей орбиты. Ледниковые периоды зашагали под другой барабан[72]72
  Maslin (2014).


[Закрыть] – барабан, который бьет реже, но громче. Каждый следующий ледниковый период становился все суровее и дольше: крупнейшие ледниковые щиты с Северного полюса покрыли всю сушу Евразийского и Североамериканского континентов и не успели до конца растаять даже за межледниковые теплые периоды[73]73
  Ruddiman (2016), p. 42.


[Закрыть] (антарктическая ледяная шапка тоже понемногу тает, но гораздо меньше[74]74
  Lenton (2013), p. 353; Woodward (2014), p. 111.


[Закрыть]).

Так что астрологи правы – просто правы они не в том, в чем считают себя правыми. Движение планет по небесам не определяет ни характера, ни удачливости человека, но их гравитационное воздействие на наш мир все-таки оказывает влияние на гораздо более глубокие процессы – на климат Земли как таковой. Небесная механика, регулирующая пульсацию ледниковых периодов в последние несколько миллионов лет, вполне проста. Однако тонкие эффекты циклов Миланковича лишь способствуют колебаниям между ледниковыми периодами и межледниковыми фазами в климате Земли в те моменты, когда мировой климат уже завис в шатком равновесии на грани очередного оледенения. Так что остается более масштабный вопрос: что же создает условия для оледенения?