Когда Земля была маленькой. Расширяющаяся планета и сжимающаяся фауна

О том, как это могло отразиться на животных, населявщих Землю в прошлом, и как повлияло на современную фауну, PaleoNews рассказывает главный научный сотрудник Института биологии моря им. А.В. Жирмунского Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИБМ ДВО РАН) доктор биологических наук, профессор Анатолий Леонидович Дроздов.

– Многие вымершие в ранние геологические эпохи животные сегодня не смогли бы жить на Земле из-за физических ограничений. Если бы гигантские мезозойские сухопутные динозавры имели характеристики материала костей и мышц современных животных, то они просто были бы раздавлены собственным весом. На протяжении последних 150 млн лет продолжается экспоненциальное снижение максимальных масс наземных животных. С помощью математической обработки методом наименьших квадратов удалось определить параметры этой экспоненты, а посредством теории размерностей – связать изменение предельной массы с изменением ускорения свободного падения g. Единственным физическим процессом, способным объяснить эту ситуацию, является накопление больших масс космического вещества – мелких метеоритов и пыли – на поверхности Земли, а единственной непротиворечивой моделью – гипотеза расширяющейся Земли.

По нашим оценкам, за последние 150-200 млн лет размеры Земли увеличились в 2,08 раза, что хорошо согласуется с возрастом и современной площадью океанической коры. При уменьшении современных размеров Земли в два раза все блоки континентальной коры состыковываются в единый непрерывный литосферный массив с небольшим «окном» древней океанической коры возрастом почти 280 млн лет, которое соответствует современному Восточному Средиземноморью.

История органического мира демонстрирует три вала нарастания биологического разнообразия: раннекембрийский, среднеордовикский и мезо-кайнозойский и, по крайней мере, пяти периодов массовых вымираний биоты: позднеордовикского, позднедевонского, пермско-триасового и мело-палеогенового.

Увеличение биоразнообразия, во-первых, является следствием увеличения дифференциации внутри сообществ. Например, сообщества коралловых рифов площадью около 10 кв. км в кембрии содержали 25-65 видов животных, в девоне – до 400, в юре – до 1000, а современные рифы той же площади насчитывают до 5000 видов. Во-вторых, увеличивается число сообществ в биосфере. Так, в ордовике по сравнению с кембрием появились новые глубоководные сообщества, а также сообщества твердых грунтов и более разнообразные сообщества толщи воды. Вследствие этого разнообразие ордовикского периода возросло в три раза по сравнению с кембрийским. И наконец, в-третьих, происходит постоянный рост количества провинций с разнообразными флорами и фаунами. Росту биоразнообразия способствует также увеличение времени существования таксонов. В кембрии роды существовали около 18,6 млн лет, а в кайнозое – 136,1-151,5 млн лет. По-видимому, есть и другие механизмы нарастания биологического разнообразия, к которым можно отнести и увеличение размеров Земли.

Земля представляет собой шарообразное тело радиусом около 6370 километров, сжатое с полюсов. Снаружи она покрыта твердой оболочкой – литосферой, которая включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии, а внутри заполнена расплавленной полужидкой магмой. Литосфера имеет толщину от нулевой в срединных океанических желобах, до 100 км на краях океанов и до 400 км в некоторых местах континентов. Наибольшая глубина пробуренной Кольской скважины 12262 м. Сравнима с ней и глубина скважины, пробуренной в шахтах Южной Африки.

Литосфера состоит из обособленных блоков – литосферных плит. Когда-то они образовывали один суперконтинент – Пангею. Причина разделения Пангеи на два суперконтинента, а их, в свою очередь, на шесть современных континентов, долгое время связывалась с гипотезой дрейфа континентов. В недавнее время распространилась гипотеза, что Пангея раскололась на Лавразию и Гондвану из-за расширения Земли, которое достигло некоторого критического уровня. Позднее также произошел раскол обоих суперконтинентов. Материки не дрейфуют, как бы плавая по жидкой магме центра Земли, они удаляются друг от друга на растягивающейся поверхности земного шара.

По поводу механизмов, обусловливающих расширение Земли, общепринятой гипотезы нет, хотя этой проблемой ученые занимаются уже более 100 лет. Анализ некоторых из них изложен в статье Бурундукова и Дроздова (2015). Мы полагаем, что масса Земли могла увеличиться в результате аккреции на ее поверхность астероидов, планетоидов, огромного количества сравнительно мелких метеоритов и космической пыли (Дроздов, 2005). Такой процесс гипотетически возможен в результате попадания Солнечной системы в плотное облако межзвездной космической пыли, а также пояс астероидов или планетоидов, образовавшихся в результате разрушения уже существующих планет, например, Фаэтона.

В связи с увеличением массы скорость роста Земли с течением времени возрастает, и в настоящее время она намного превосходит скорости роста при рождении.

Количество космической пыли и метеоритов, выпадающих на Землю очень велико. Есть расчеты, согласно которым только невидимой невооруженным глазом минеральной пыли ежегодно выпадает более 10 в шестой степени тонн и столько же – органической пыли. Космическая пыль рассеивается и тонким слоем покрывает Землю. Пылевые частицы размером 10–1000 нм формируются в космосе в результате термоядерного синтеза внутри звезд. Они состоят в основном из углерода в форме графита, железа, магниевых силикатов и льда. Кроме того в них содержатся экзотические элементы, например иридий, которых почти нет в поверхностных слоях Земли. Они погрузились в земное ядро, в ранний период формирования планеты. Постепенно поверхность таких частиц покрывается органическими соединениями, а их размер увеличивается до 0,4 мкм (см. обзор Basiuk, Navarro-Gonzalez, 1995). Под этой пылью всего за несколько веков оказываются погребенными все человеческие цивилизации. Так что сегодня археологи и палеонтологи роются в многометровых толщах космической пыли, чтобы найти бесценные помойки и кладбища прошлых эпох.

Помимо космической пыли на Землю выпадает большое количество метеоритов, размеры которых варьируют от нескольких миллиметров до нескольких метров и веса в десятки тонн. Ежегодно 5-6 метеоритов размером 10 см и более наблюдают при падении и находят еще тепленькими. Большая же часть упавших метеоритов остается никому неизвестной, тем не менее, в коллекциях собрано несколько тысяч метеоритов. Особенно "метеоритными местами" являются Антарктида и Арктика. Там их собирают в корзины, как грибы. Любопытно было в свое время наблюдать за пассажирами самолетов, летающих на Арктические полярные станции для снабжения или смены экспедиций. Среди пассажиров находилось два-три "грибника". В сапогах, в полушубках овчинных, с тонкой палочкой в руках и плетеными корзинками. Летели они собирать свежие метеориты, хорошо заметные на чистейших арктических снегах.

Внеземное происхождение метеоритов твердо устанавливается на основе изучения их химического и минералогического состава. Метеориты состоят в основном из силикатных материалов или железо-никелевых сплавов: 92% из них – каменные, 6% – железные, 2% – железокаменные.

Особенно урожайным на метеориты является ноябрь, когда Земля встречается с Леонидами – скоплением обломков, окруженных облаком пыли, которые образуют хвост кометы Темпеля-Татла. Каждые 33 года эта комета проходит перигелий (участок орбиты максимально приближенный к Солнцу). Из-за притяжения Солнца от кометы отрываются новые куски, и в ее хвосте оказывается плотное облако из камней и ледяных глыб. Когда в 1966 году Земля проходила это облако, на небе наблюдали около 400 тысяч падающих звезд. Огромное их число наблюдалось и в ноябре 1998 года, особенно в Восточной Азии. Леониды врываются в земную атмосферу со скоростью 252 тысячи километров в секунду.

Следует допустить, что космический материал должен равномерно распределяться по Земле. Однако наша планета на 72% покрыта Мировым океаном. На суше пресноводных водоемов (рек, озер, болот и пр.) еще до 3-5%. Выпадающее на поверхность космическое вещество за счет гидрологического цикла выносится в океан в виде донных осадков и в результате субдукции может погружаться в мантию, а отчасти принимать участие в геологическом формировании континентальных окраин. При этом должны одновременно увеличиваться и масса и размеры Земли.

По мере своего "стaрения" из-за увеличения массы Земля все более сильно притягивает космическое вещество и скорость ее расширения увеличивается. Постепенное расширение Земли и увеличение ее массы приводят к увеличению напряжения в земной коре, которые снимаются ее радикальными перестройками. Периоды постепенного засыпания всего земного космической пылью сменяются периодами увеличения тектогенеза – эпохами землетрясений, вулканизма и горообразования. Кроме того надо учитывать наличие плюмов – горячих мантийных потоков, двигающихся независимо от конвективных течений в мантии.

Для биосферы такие периоды являются катастрофами, которые приводят к радикальным изменениям земной биоты, ее видового состава, темпов эволюции, расселения по Земле.

Например, энергия взорвавшегося в 1815 году на острове Сумбава в Индонезии вулкана Тамбора составляла 10 в 20 степени Дж, что сопоставимо с миллионом атомных бомб, равных по мощности той, что была взорвана в 1945 году в Хиросиме. Спустя полгода в атмосферу было выброшено и рассеялось по всей Земле, по разным оценкам, от 40 до 150 кубических километров пепла, песка и пыли, пропитанных дымом. Художники-импрессионисты восторгались красочными закатами, но пылевые облака закрывали Солнце, что привело к похолоданию. Следующий после извержения 1816 год известен в Европе как год без весны и лета, хотя средняя температура упала меньше, чем на один градус Цельсия. Англичане назвали этот год Eighteen Hundred and Froze to Death – "тысяча восемьсот до смерти морозный". Зерновые не взошли, животные страдали от голода. Это усугубляло и так неблагоприятную климатическую ситуацию в северном полушарии, где все еще продолжался "малый ледниковый период", длившийся с середины XIV до середины XIX века.

В настоящее время гипотеза "расширяющейся Земли" хорошо объясняет факт увеличения площади суши с докембрия по настоящее время. В период возникновения жизни на Земле ее было значительно меньшая, чем сегодня, поверхность планеты, по-видимому, была почти полностью покрыта водой, являясь как бы одним огромным, но относительно мелководным океаном. После выхода растений на сушу их эволюция шла по пути приспособления ко все возрастающей в планетарном масштабе аридности климата и все увеличивающейся яркости солнечного света на поверхности Земли. Это можно связать с прогрессирующим увеличением земной поверхности. Предполагаемые на основе гипотезы расширяющейся Земли изменения земной поверхности вполне определенно вели к все большей континентальности климата и прогрессирующему иссушению формирующихся континентов.

Из растений наиболее приспособляемыми к новым условиям оказались покрытосемянные растения (Цвелев, 1969). По мнению этого автора, ксероморфогенез в его широком понимании (не только как процесс, ведущий к формированию ксерофитов) был основным направлением в эволюции как растений, так и животных. Растения эволюционировали от споровых к голосемянным и затем к покрытосемянным, а наземные животные – от амфибий к Sauropsida: рептилиям, птицам и млекопитающим. Это было результатом приспособления ко все ухудшающимся в отношении влажности и тепла условиям обитания.

Завершим знакомство с гипотезой расширяющейся Земли следующим наблюдением: современные исследования симметричности пород по возрасту и остаточному магнетизму с обеих сторон срединной океанической впадины, идущей по дну Атлантического, Индийского и Тихого океанов, убедительно свидетельствуют об экспансии океанического дна. Возраст прибрежных пород составляет около 200 млн. лет, а по мере приближения к срединной океанической впадине он уменьшается и достигает ноля на дне этой впадины. Возможно, эта экспансия океанического дна является следствием расширения Земли.

Статья "Гигантские ящеры – палеонтологический вызов междисциплинарному синтезу" опубликована в сборнике "Биота и среда заповедников Дальнего Востока" №5, 2015.