Дуг МакДугалл – Зачем нужна геология (страница 49)

Рисунок 28. Моррис и МакГрю — два телеоцераса, найденные в вулканическом пепле в Эшфоллском парке ископаемых животных (телеоцерасы — вымерший род носорогов с бочкообразной грудью). Фото любезно предоставлено Музеем университета Небраски.

Чтобы понять геологический контекст уникальных окаменелостей Эшфоллского парка, на карту тщательно нанесли весь пепел. В регионе преобладает песчаник, а пепел, в котором сохранились окаменелости, образует отдельный слой внутри этого песчаника. Толщина пепла меняется, доходя до двух метров, и картирование показывает, что толще всего он там, где изначально располагались впадины и низменности — вероятно, из-за того, что его развеивало ветром подобно снегу в метель. Пепел почти полностью состоит из мелких осколков вулканического стекла — сломанных стенок пузырьков расширяющегося газа в изливающейся магме, которые мгновенно застывают при соприкосновении с холодным воздухом на поверхности. По химическим характеристикам это стекло можно сопоставить с большой кальдерой на юго-востоке штата Айдахо, образовавшейся в результате взрывного извержения около двенадцати миллионов лет назад.

За сутки с небольшим преобладающие в регионе западные ветры перенесли пепел на полторы тысячи километров от вулкана до Небраски, и это сразу же повлияло на местную жизнь. Носороги, обнаруженные Вурхисом, и большая часть других местных окаменелостей находятся в отложениях водоема, который животные, очевидно, часто посещали. В окаменелостях заметна своеобразная иерархия: самые маленькие животные погибли первыми, они находятся внизу; более крупные располагаются наверху. В челюстях и животах крупных зверей все еще заметны остатки их последней трапезы — в основном это луговая трава. Есть также и признаки заболеваний легких. Животные вдыхали мелкий вулканический пепел и проглатывали его вместе с травой и водой из испорченного водоема; эта смертельная опасность и убила их в считанные дни. Такая судьба должна была постигнуть экосистемы на всем многокилометровом пути пепельной тучи, и скорее всего, на гораздо большей территории. Извержение, вызвавшее такое бедствие, было серьезнее выбросов Пинатубо в 1991 году, но гораздо слабее Ла-Гариты.

Крупнейшие известные извержения (список которых возглавляет Ла-Гарита) сейчас иногда называют «супервулканами» и «суперизвержениями» (или «мегаизвержениями»). Термин «супервулкан» появился недавно; его предложили не ученые, а создатели одного телевизионного документального фильма о крупных взрывных извержениях, и он прижился. Строго говоря, супервулкан и суперизвержение — разные вещи, но эти слова часто используются как синонимы. Формально их относят к извержениям с показателем не менее 8 по шкале вулканической активности (это значит, что они минимум в сто раз мощнее извержения Пинатубо). Если смотреть по объему выброшенного материала, то для получения уровня 8 вулкан должен выбросить не менее 1000 кубических километров материала.

Несомненно, такие суперизвержения случались на протяжении всей истории Земли, однако почти все известные примеры относятся к последним примерно пятидесяти миллионам лет. Эрозия, тектоника плит, а иногда и молодые отложения уничтожают кальдеры и другие красноречивые намеки на самые старые такие извержения, хотя о них рассказывают широко распространенные слои пепла в осадочных породах.

В составленном недавно списке крупнейших взрывных вулканов больше половины находится на западе Соединенных Штатов. Отчасти это происходит из-за того, что растительность тут скудна, а регион хорошо изучен геологами. Однако важную роль играют и геологические условия. На протяжении большей части последних 300 миллионов лет вдоль западного края Северной Америки проходила зона субдукции. Над ней сформировались вулканические дуги, и они вместе с кусками материков лепились к краю континента, расширяя его на запад, а геологические карты западной части Северной Америки становились похожими на лоскутное одеяло. Субдукция обеспечивала сырье для некоторых супервулканов запада Северной Америки: она утаскивала напитанные водой осадочные породы и океаническую кору под край континента, при этом высвобождались летучие вещества, которые плавили мантию. Некоторые процессы взрывного вулканизма (например, Ла-Гарита) шли во внутренних частях материка, далеко от зоны субдукции, но даже в этих случаях они, вероятно, были связаны с влиянием субдукции на кору и подстилающую мантию у края континента.

Второе после Ла-Гариты известное суперизвержение — извержение супервулкана Тоба в Индонезии, которое произошло 74 000 лет назад. Гора Тоба однозначно связана с зоной субдукции, расположенной над местом, где двигающаяся на север Индийская плита уходит под остров Суматра. В той же зоне случилось мощное индонезийское землетрясение 26 декабря 2004 года, породившее сильные цунами по всему Индийскому океану. Вулкан Тоба в прошлом извергался множество раз, о чем свидетельствуют три больших перекрывающихся кальдеры возле его вершины; самая большая (и последняя по времени) образовалась 74 000 лет назад. Общее количество выброшенного материала (примерно 2800 кубических километров) составляло чуть больше половины аналогичного показателя для Ла-Гариты (рисунок 29). Вулканический пепел Тобы накрыл всю Индию и большую часть Юго-Восточной Азии; его можно проследить от Аравийского моря на западе до Южно-Китайского моря на востоке. В общей сложности он покрыл почти 4 процента территории планеты.

Рисунок 29. Относительные оцениваемые объемы выбросов для вулканов, о которых рассказывается в этой главе. Абсолютные объемы меняются от 5000 кубических километров для Ла-Гариты до 11 кубических километров для Пинатубо.

Извержение Тобы привлекает внимание масштабами, однако важна и его дата: 74 000 лет назад на планете уже жили люди современного типа. Повлияли ли на наших предков последствия такой катастрофы? В 1998 году Стэнли Амброуз из Иллинойского университета выдвинул потрясающее предположение. По его словам, извержение Тобы могло привести к эффекту бутылочного горлышка для человечества^[56]. Этот эффект хорошо известен генетикам: генетические данные показывают, что у многих видов животных все ныне живущие особи восходят к небольшому количеству предков, существовавших в какой-то момент в прошлом. Некоторые случаи бутылочного горлышка задокументированы: например, известны ситуации, когда вид находится под угрозой исчезновения, а затем восстанавливает свою численность. По-видимому, в истории человечества критическое уменьшение численности произошло где-то между 50 000 и 100 000 лет назад: оценивается, что популяция в какой-то момент составляла всего 10 000 человек (возможно, даже меньше), но затем население стало расти до современного состояния. Амброуз предположил, что воздействие Тобы на окружающую среду (особенно резкое падение температуры, вызванное тем, что аэрозоли серной кислоты блокировали солнечный свет) привело к повсеместному голоду и массовой гибели людей за исключением нескольких убежищ в тропической Африке.

Теория Амброуза вызывает споры. В частности, при недавних археологических раскопках в Индии (не так далеко от Тобы) обнаружились свидетельства того, что как минимум одна группа людей пережила извержение относительно благополучно. Раскопки показывают, что и над слоем, и под слоем пепла, который можно однозначно связать с Тобой, обнаруживаются одинаковые инструменты; это означает, что ими пользовались и до, и после этого события. Останков людей рядом с инструментами не нашли, поэтому ничего не известно о людях, которые создавали и использовали эти инструменты, но кем бы ни были эти древние люди, после того, как пепел Тобы накрыл их поселение, они во многом продолжали жить точно так же, как до бедствия. Однако имеющиеся данные ничего не говорят о численности этих людей, так что, вполне возможно, пережить катастрофу смогла лишь небольшая часть населения.

Поэтому будущее идеи Амброуза неясно: она может оказаться абсолютно неверной. И пусть данные индийских раскопок ее не подтверждают, да и у биологов пока остаются вопросы к размерам и продолжительности эффекта бутылочного горлышка для человечества, сама эта история — изящная иллюстрация того, как работает наука. Амброуз обнаружил возможное совпадение по времени между природной катастрофой и событиями эволюции человека и выдвинул гипотезу о существовании причинно-следственной связи. Он собрал определенные доказательства (время, предполагаемые экологические последствия и т. д.) своей идеи, и когда она оказалась в центре внимания, это побудило биологов и археологов внимательно изучить другие данные, которые могли бы проверить эту гипотезу. Неизвестно, выдержит ли она проверку, но проведенные исследования почти наверняка помогут лучше понять воздействие извержения Тобы на наш вид.

Каким бы ни был результат этой работы, нельзя отрицать катастрофические последствия извержения. Например, в ледяных кернах из Гренландии — практически на противоположной стороне планеты от Суматры — самый большой всплеск содержания серы за почти 100 000 лет наблюдается в слоях льда, появившихся во время извержения Тобы. Это указывает, что вулкан выбросил огромное количество двуокиси серы: по современным оценкам, оно в сто раз превышает соответствующий показатель извержения Пинатубо в 1991 году. За облаком аэрозолей после Пинатубо тщательно следили: оно облетело Землю за несколько недель и рассеялось по всему миру за несколько месяцев. Как уже говорилось, оно более чем на год понизило общемировую температуру примерно на 0,5 °C. Климатические модели показывают, что аэрозоли после извержения Тобы должны были на несколько лет понизить глобальные температуры на 10 °C. Примерно за десять лет температуры вернулись к первоначальным значениям, однако даже такое кратковременное мировое похолодание в сочетании с уменьшением количества осадков (которое также предсказывают модели), возможно, уничтожило большие участки влажных тропических лесов. Значительное уменьшение солнечного света из-за частиц в аэрозолях должно было усугубить и другие экологические проблемы.