Геологическая история Земли
Изучение динозавров, как и любых древних представителей флоры и фауны, неотделимо от геологии и смежных с ней наук. Мало того, палеонтология, в рамках которой как раз и происходит исследование доисторических форм жизни, — часть геологии. Так что нам для полноты картины необходимо сделать короткий экскурс в геологические науки, посмотреть, как развивалась геологическая история нашей планеты, и разобраться, на что было похоже время динозавров. А посмотреть есть на что.
Окаменелости совсем не похожи на останки современных животных
Всевозможные окаменелости люди находили давно — мы уже говорили, что останки динозавров еще несколько тысяч лет назад положили начало легендам о драконах и мифических чудовищах. Однако мы упустили важную деталь: окаменелости, издревле попадавшие в руки людей, невероятно разнообразны. Это ракушки и кости, огромные скелеты и миниатюрные образования, отпечатки растений и живых организмов и многое-многое другое.
Но самое главное, что все эти окаменелые останки располагаются на различной глубине под землей. На протяжении долгого периода наши предки не придавали особого значения этому факту, хотя и строили догадки по поводу происхождения окаменелостей, и одно время даже считалось, что это просто игра природы. Но к XVII в. возникли первые теории, которые могли хотя бы как-то объяснить, откуда в земле берутся окаменелости, не похожие ни на одно из известных растений и животных.
С проблемой происхождения окаменелостей переплетается и другая проблема, которая не потеряла актуальности и в наше время, — определение истинного возраста Земли. Еще древние народы полагали, что наша планета не вечна, когда-то давно она родилась и когда-то в будущем погибнет. Первой решить этот вопрос пыталась религия: в христианстве Землю создал Бог, и от сотворения мира прошло не слишком-то много лет. С библейской точки зрения возраст нашей планеты лежит в пределах 3000-5000 лет (а ирландский архиепископ Джеймс Ашер и вовсе пришел к выводу, что Земля создана утром 26 октября 4004 г. до н. э.).
Горные породы — эонотемы, эратемы, системы и т. д., а промежутки времени, в которые возникли эти породы, называются эонами, эрами, периодами, эпохами и т. д.
Религия вообще накладывала значительный отпечаток на науку средневековой и более поздней Европы. На рубеже XVII и XVIII вв. среди ученых была популярна так называемая дилювиальная теория, или теория потопа («дилювий» с латыни переводится как «потоп»). Вы уже знакомы в общих чертах с этой теорией — согласно ей окаменелости являются останками животных, погибших во время библейского потопа.
Пока не было лучшего объяснения, дилювиальная теория служила ученым для разрешения вопроса о том, почему вынутые из земли останки так не похожи на современных животных. Просто потоп уничтожил их, а значит, Ной в свое время собрал не всех «тварей по паре».
С давних пор люди интересовались не только останками, но и самой землей. Как только человек осознал себя, он полез под землю. Сначала неглубоко, а потом все глубже и глубже — того требовала сама жизнь, ведь нужно было делать землянки, добывать полезные ископаемые, рыть колодцы, хоронить своих сородичей. И уже в древности заметили, что почва в глубине отличается от той, что на поверхности.
Еще большие отличия люди замечали и безо всякого рытья: реки подтачивают берега, и часто один из них возвышается на многие метры, оголяя структуру почвы. Наверняка вы и сами видели такое — подмытый высокий берег реки можно четко разделить на слои, состоящие из песка, глины и твердых пород. Да и скалистые стены очень часто показывают свое слоистое строение.
Согласно общепринятой геохронологической шкале останки этого зухомима залегали в нижнем отделе меловой системы (периода), в аптском ярусе
К XVII в. накопилось достаточно знаний о строении почвы и складывающих поверхность Земли горных породах. Важным шагом стал закон напластования, выведенный в 1670-х гг. датским ученым Николасом Стено. В общем случае это правило гласит, что верхние слои земли более молодые, чем нижние. Здесь есть немало тонкостей, а самое главное, что часто закон Стено не соблюдается из-за изменчивости поверхности нашей планеты: в ней все может перевернуться в буквальном смысле с ног на голову.
Здесь, как вы видите, затрагивается вопрос возраста Земли, и научный подход к нему дал интересные результаты. В XVII и XVIII вв. ученые справедливо полагали, что с годами толщина поверхности Земли увеличивается. Это наглядно показывают развалины древних городов, которые за столетия и тысячелетия засыпаются песком. То есть древность буквально уходит под землю, и чем сильнее мы будем углубляться, тем более старые горные породы можем обнаружить.
Не вдаваясь в подробности, скажем, что уже к 1760-м гг. геологи разделили все горные породы на три группы согласно их возрасту: первичные, вторичные и третичные. Возраст здесь, конечно же, относительный: первичные горные породы наиболее древние, а третичные — самые молодые.
А теперь самое интересное и имеющее отношение к теме нашей беседы. В 1796 г. в английском графстве Сомерсетшир прокладывали новый канал, и на этих работах был занят землемер (и геолог-любитель) Уильям Смит. Мы не знаем, насколько хорош Смит в качестве работника, но любопытства и наблюдательности у него было не отнять. Роя канал, землемер стал замечать, что в одних и тех же слоях горных пород попадаются одни и те же останки животных и растений.
Смит пошел дальше: он работал по всей Англии и постоянно замечал, какие органические останки попадаются в каких горных породах. Результатом этих наблюдений стал серьезный труд, в котором сделана попытка определить геологическую историю Англии по окаменелостям. Нужно сказать, что именно работы Смита положили начало новой науке — стратиграфии, главный предмет которой как раз относительный возраст горных пород.
С самых древних времен люди находили всевозможные окаменелости — от миниатюрных раковин до огромных скелетов
Несколько позже, уже в XIX в., Томас Хаксли усовершенствовал идеи Смита. Так что теперь геологи пользуются принципом Хаксли (или Гексли — так иногда произносится фамилия ученого в русской транскрипции), который утверждает, что горные породы, в которых обнаружены одинаковые останки животных или растений, имеют один и тот же возраст.
К концу XIX в. все эти знания сложились в единую систему, которая, однако, требовала наведения порядка. Такую задачу поставили перед Международным геологическим конгрессом, сессии которого проходили на протяжении 19 лет — с 1881 по 1900 г. Именно на съезде ученые договорились о том, как правильно разделять отдельные периоды геологической истории Земли и как эту историю вообще изучать.
Именно тогда геологическую историю Земли разделили на периоды различной протяженности, каждый из которых характеризовался теми или иными особенностями. Один из таких периодов — мезозойская эра, или эра средней жизни («мезос» с древнегреческого переводится как «средний», а «зоо» — «животное»), в которой, как мы помним, обитали динозавры. Взгляните на таблицу, и вы увидите, какова в представлении геологов история Земли. Здесь время отсчитывается снизу вверх, так что самые древние периоды находятся внизу. Сразу заметим, что мы указали только основные геохронологические подразделения.
Мы много говорили о возрасте горных пород, и в нашей таблице даже указано время начала геологических периодов, а как же определяется это время? Вплоть до первой половины XX в. — никак. Да-да, ученые были вынуждены гадать о возрасте горных пород, хотя делались попытки вычислить время образования различных отложений. Все они сводились к тому, что определялись изменение породы за известное время (например, выветривание известняка, водная эрозия горных пород или образование корки на граните в старинных постройках) и приложение этих изменений к тем отложениям, возраст которых хотят измерить.
Такие методы давали весьма неточные результаты (вернее, ученые сомневались, что эти методы точны), но дело изменилось с открытием радиоактивности. Еще Эрнест Резерфорд в 1907 г. провел первые измерения возраста горных пород, используя для этого законы радиоактивного распада урана и тория. К 1930-м гг. радиологические методы измерения возраста геологических отложений были в основном разработаны, и с тех пор они активно применяются на практике.
В общем случае измерение возраста горных пород с помощью радиоактивных элементов сводится к тому, что в исследуемом образце вычисляются относительные количества нескольких химических элементов и согласно полученным данным определяется возраст.
Секрет здесь прост: когда образуется горная порода, в ней почти всегда есть незначительные примеси радиоактивных элементов (изотопов урана, тория, кальция, углерода и других). С течением времени химический состав такой породы изменяется: радиоактивный элемент распадается с образованием десятков других элементов. Самое главное во всем этом то, что для каждого промежутка времени соотношение всех продуктов распада свое и к тому же остается практически постоянным от образца к образцу.
Самые точные радиологические методы строятся на соотношении урана, тория и свинца, но применяются и методы на основе стронция, аргона и других элементов. Естественно, что такое измерение возраста горных пород имеет свои недостатки и требует самого тщательного подхода, однако именно оно сейчас считается самым точным и достоверным.
Окаменелости находят в земле, а значит, без знания геологии изучение древней жизни невозможно
В конце этого краткого экскурса в геологию, геохронологию и стратиграфию нужно сделать несколько важных замечаний, которые не имеют прямого отношения к нашим динозаврам, но важны и небезынтересны.
Нужно аккуратно обращаться со словами «эра», «период», «эпоха» и т. д. — в геологии они имеют особый смысл, и вы, говоря о «мезозойском периоде», рискуете быть непонятыми. Дело в том, что различные по продолжительности этапы геологической истории Земли носят свои названия, также свои обозначения есть и у слоев горных пород, образовавшихся на протяжении каждого из этапов.
Все на самом деле просто. Самые большие промежутки времени называются эонами, они включают в себя эры, имеющие те или иные отличительные особенности. Так, фанерозой — это эон, а его название переводится как «время явной жизни», так как здесь отчетливо видны следы деятельности органического мира. А эон криптозой — «время скрытой жизни» — назван так потому, что существовавшая на этом этапе жизнь практически не оставила следов.
Эоны поделены на эры, среди которых есть и интересующая нас мезозойская. Эры, в свою очередь, слишком велики и сами разделяются на периоды. Тот же мезозой делится на триасовый, юрский и меловой периоды. Но и периоды состоят из меньших отрезков времени — эпох, которых чаще всего бывает две или три, и они носят название нижней, средней и верхней (например, нижняя юра, средняя юра и верхняя юра, а юра — это название юрского периода).
На части делятся и эпохи — они состоят из веков (или ярусов), которых может быть довольно-таки много. Но дотошные геологи не останавливаются и на этом, разделяя века на времена (зоны), а времена — на поры (или звенья). Хотя последнее весьма условно.
Но эоны, эры, эпохи — это название геохронологических подразделений, или этапов истории Земли. А отложения горных пород (или стратиграфические подразделения), образовавшиеся и характерные для каждого из этих этапов, называются по-другому. Например, слой эона называется эонотемой, слой эры — эратемой, слой периода — системой. Так что когда говорят «меловой период», то имеют в виду промежуток времени, а «меловая система» — отложения, возникшие в это время. Все просто, как видите.
Также необходимо сказать, что относительный и абсолютный возраст горных пород определяются сразу несколькими методами, которые как бы проверяют друг друга, а значит, дают наиболее точный результат. С другой стороны, далеко не всегда есть необходимость в проведении сложных и дорогостоящих радиологических измерений — в таких случаях достаточно методов определения возраста по ископаемым останкам живых организмов.
Существует несколько классов простейших организмов, живущих на Земле многие миллионы лет и обладающих рядом полезных для геологов свойств. В первую очередь это фораминиферы и радиолярии, обитающие в толще воды. Эти микроскопические существа (редко достигающие миллиметрового размера) имеют прочную раковину (фораминиферы) или ажурный кремниевый скелет (радиолярии). После гибели их скелеты и раковины скапливаются на дне, образуя мощный слой сначала мягкого ила, а через миллионы лет — твердые горные породы.
Скелеты погибших радиолярий образуют такие минералы, как яшма и кварц, а фораминиферы становятся известняком. Самое главное, что в каждую геологическую эпоху обитали разные виды этих простейших, причем их можно обнаружить практически везде. Теперь понятно, что в случае присутствия в горной породе останков радиолярий или фораминифер можно довольно-таки точно и быстро определить ее относительный возраст.
Вообще, для определения возраста пород годятся многие ископаемые останки, главное, чтобы они соответствовали одному условию — существовали только в какой-то один геологический период. Такие ископаемые называют руководящими, и их часто используют в своей работе геологи. Останки динозавров обычно не используются в качестве руководящих ископаемых, ведь чаще всего требуется точно определить их возраст.
Теперь вы вооружены достаточными знаниями и сможете понять, откуда взялись те цифры, что будут указаны в возрастах и временах существования каждого вида динозавров. Но прежде чем мы вернемся к динозаврам, посмотрим на один из этапов геологической истории нашей планеты — мезозойскую эру.
Возрождая виды
На самом деле всё просто. Динозавры — вымершие животные, только вот исчезли они естественным путем. А недавняя история знает другие виды, которых в природе не осталось: дронт, странствующий голубь, бандикут, стеллерова корова. Эти животные больше не существуют на планете из-за деятельности человека, вот ученые и ищут способ исправить ситуацию. Точнее, спасти те виды, которые находятся под угрозой истребления.
Не секрет, что существует целый ряд проектов по сбору генетического материала представителей фауны, которые практически вымерли. Их клетки хранятся для того, чтобы однажды ученые смогли превратить их в стволовые, а затем в половые клетки и попытаться искусственно спасти вид. По последним оценкам, в ближайшие 3-10 лет эта технология будет освоена.
Поскольку искусственное воспроизводство вида — более чем трудоёмкий процесс, ценные подсказки о сохранении животного мира настоящего могут быть найдены в животном мире прошлого. А всем мечтающим о реальном воплощении парка с живыми динозаврами советуем не расстраиваться, а дождаться сиквела фильма «Мир Юрского периода» (выходит в прокат летом 2020 года) и поучаствовать в популяризации палеонтологии.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Мезозой — эра средней жизни
Не лишне будет повторить, что мезозойская эра в геологической истории Земли практически полностью совпала со временем жизни динозавров. Мезозой начался примерно 251 млн лет назад, а останки первых динозавров имеют подтвержденный возраст около 228 млн лет. Хотя в 2010 г. сделано сразу несколько находок, говорящих, что первые настоящие динозавры ходили по Земле уже 250 млн лет. В общем, как ни крути, а мезозой и динозавры неразделимы.
Парниковый эффект, из-за которого тепловые лучи не могут покинуть атмосферу Земли, нагревая ее, — один из кандидатов на роль убийцы доисторических форм жизни
А что же это за эра такая — мезозой? Что о мезозойской эре знают ученые и чем она отличается от других этапов геохронологии? Обо всем этом мы сейчас с вами поговорим.
Впервые мезозойская эра как самостоятельный этап в геологической истории Земли выделена в 1841 г., до этого она входила в состав так называемой вторичной эпохи. О мезозое заговорил английский геолог и астроном Джон Филлипс, вдоль и поперек исходивший Британские острова, а также поездивший по миру с геологическими экспедициями. С тех пор наши знания о мезозойской эре многократно возросли, а ее структура представляется такой (время отсчитывается снизу вверх).
Возможно, одна из причин великих вымираний — массовые извержения вулканов
Нижняя граница мезозойской эры (то есть граница между пермским и триасовым периодами) в горных породах видна достаточно отчетливо. А выражается она в изменении как минерального состава пород, так и характера окаменелостей животных и растений. Дело в том, что на очень коротком (по геологическим меркам) отрезке времени одни ископаемые сменяются совершенно другими, а разделение палеозоя и мезозоя отмечено огромным количеством окаменелостей.
Не будем тянуть резину, а скажем, что на рубеже палеозойской и мезозойской эр произошла самая масштабная биологическая катастрофа на Земле — массовое пермское (или пермо-триасовое) вымирание. За довольно короткое время, исчисляемое десятками тысяч лет, с лица нашей планеты исчезло значительное число ее обитателей, хотя эпитет «значительное» здесь явно слабоват. Ученые подсчитали, что 251,4 млн лет назад погибло 70 % наземных позвоночных животных и 96 % (!) морских видов, а также 57 % родов и 83 % видов насекомых, которым, казалось бы, ничего не страшно! Вымирание затронуло растительную жизнь и даже микроорганизмы.
Что тогда случилось — никто не знает, хотя есть несколько правдоподобных версий. Из них наиболее популярны две — падение на Землю огромного метеорита (хотя совпадающего по времени с пермским вымиранием ударного кратера не обнаружено) и массовое извержение земных вулканов. В обоих случаях могло наступить либо потепление (парниковый эффект), либо, наоборот, резкое похолодание (из-за газов и пепла).
Окаменелости трилобитов обнаруживаются в отложениях пермского периода, но в триасе их уже нет
Сейчас ученые склоняются к тому, что это великое вымирание произошло не столько из-за обычной вулканической активности, сколько из-за мощнейших излияний траппов — колоссальных щелей между литосферными плитами, через которые на поверхность может подниматься и разливаться раскаленная магма. Возможно, 251,4 млн лет назад произошло невероятно интенсивное излияние Сибирских траппов — при общей площади около 4 млн км2 они могли натворить немало бед, и никакого астероида не надо.
В общем, массовое пермо-триасовое вымирание служит нижней границей мезозойской эры, после которой на Земле практически полностью обновилась органическая жизнь, появились новые животные и растения — более совершенные и с большим потенциалом к эволюции. Однако эти животные рано радовались: уже в конце триасового периода, примерно 199,6 млн лет назад, происходит очередное вымирание. В этом массовом триасовом (или триасово-юрском) вымирании исчезают очень многие виды морских и сухопутных животных (до 50 %), что было только на руку динозаврам. Именно после этой катастрофы динозавры занимают освободившиеся экологические ниши и становятся доминирующими животными.
Отложения мезозойской эры — рай для палеонтологов. В этих горных породах находится огромное количество всевозможных окаменелостей
Конец мезозойской эры тоже отмечен катастрофой — мел-палеогеновым вымиранием. Это печально известное вымирание динозавров, произошедшее около 65 млн лет назад. Так вышло, что на границе мелового и палеогенового периодов вымерли все динозавры, а также многие морские и сухопутные животные. Но почему-то не слишком сильно пострадала растительная жизнь, остались живы и здоровы почти все млекопитающие, пресмыкающиеся (вроде змей, ящериц и черепах), птицы, насекомые и другие представители фауны.
О том, почему вымерли динозавры, мы еще поговорим — это интереснейшая тема, вызывающая массу споров. А сейчас лишь скажем, что с гибелью динозавров закончилась и мезозойская эра. Ее верхняя граница обозначается отложениями обычного мела, которым каждый из нас писал на доске и рисовал на асфальте.
Меловые отложения наиболее активно образовывались в конце мезозойской эры, поэтому меловой период и получил такое название
Появление травоядных динозавров
Вслед за хищниками возникли ящеры, питающиеся растительной пищей. Большинство из них имели довольно крупные размеры. Первым динозавром-вегетарианцем стал платеозавр с длинной шеей и туловищем, напоминающим грушу. Длина животного составляла от 6 до 12 м. Вес достигал 4 тонн.
Передвигался гигант на четырех лапах. Мощный таз и мускулистый хвост позволяли платеозавру вставать на задние ноги, как это делают современный кенгуру, и доставать до крон папоротников высотой в 5 м.
Тектоника и география
На протяжении мезозойской эры наша планета пережила заметные геологические изменения, хотя этот исторический этап характеризуется как относительно спокойный. Действительно, по сравнению с процессами горообразования и тектонической активностью, происходившей в палеозойскую эру, время мезозоя кажется тихим.
Немалая часть современной суши в мезозое была морским дном. Поэтому там сейчас обнаруживаются останки морских растений и животных
Однако именно за эти 160 млн лет Земля приобрела (или почти приобрела) знакомые нам черты. Все дело в дрейфе (медленном движении) континентов, который происходит постоянно, но становится заметным только на значительных масштабах времени. Сейчас тот факт, что земные материки — их очертания и положение — не остаются неизменными, считается неоспоримым, и миллионы лет назад наша планета выглядела не так, как сейчас.
А еще век назад геологи и географы считали Землю настоящей твердыней, практически не изменяющейся со временем. Поэтому теорию дрейфа материков, выдвинутую в 1913 г. немецким геологом Альфредом Вегенером, восприняли в штыки. Подобные мысли высказывались и раньше, но только этот ученый понял, каким образом может происходить движение таких колоссальных образований, как континенты.
Мы не будем в деталях рассматривать процессы, которые лежат в основе дрейфа материков, но скажем, что полноценную теорию этого явления разработали только к 1960-м гг., а доказательства собираются и по сей день. Так как же дрейф материков связан с мезозойской эрой?
Анды — одна из величайших горных систем на Земле — образовались в мезозойскую эру
Движение континентов происходило не только в мезозое, а с того самого момента, как поверхность Земли остыла и стала твердой. Однако история изменения облика Земли достоверно прослеживается только за последние 1,1 млрд лет (с этого момента четко обнаруживаются отложения горных пород — породы более ранних периодов перемешались и почти не идентифицируются).
В начале мезозоя Земля не была похожа на нынешнюю — на ее поверхности существовал лишь один огромный континент (а потому часто называемый суперконтинентом) Пангея, сформировавшийся еще в палеозое. Однако Пангея не оставалась неизменной: еще в триасовом периоде она начала раскалываться надвое и к юрскому периоду (около 220-150 млн лет назад) уже распалась на две части. Эти новые континенты получили названия Лавразия (на севере) и Гондвана (на юге).
Дрейф материков в мезозойскую эру (последний рисунок — современный облик Земли)
Лавразия и Гондвана, в свою очередь, тоже недолго оставались неизменными: 135 млн лет назад Лавразия распалась на известные нам Евразию и Северную Америку; Гондвана держалась дольше — около 105 млн лет назад она разделилась на Южную Америку, Австралию, Африку и Антарктиду, а также на так называемый Индийский субконтинент. Этот участок суши впоследствии дрейфовал и достиг Евразии, а столкновение этих больших плит стало причиной образования высочайших гор планеты — Гималайских.
В общем, в самом начале мезозойской эры на Земле был один суперконтинент Пангея, а к концу мезозоя образовались все известные нам континенты, которые, правда, пока не заняли современного положения и имели несколько иные очертания. Интересно, что за это время на материках возникли некоторые горные системы (например, американские Анды и Кордильеры), а старые горы, напротив, успели сгладиться (среди них и наш Урал).
Теперь вам должно быть понятно, почему останки динозавров обнаруживаются на всех материках, в том числе и в Антарктиде: на момент появления первых ящеров все континенты составляли единое целое и находились в экваториальной зоне. Однако из-за того что потом континенты отодвигались друг от друга, эволюция динозавров на каждом из них шла своим путем.
Кроме того, нужно сказать, что суша в мезозое не только двигалась, но еще значительно изменяла свою площадь. В триасовый период земная кора везде поднималась (причем такой сильный подъем больше никогда не происходил), в результате общая поверхность суши увеличилась, а водных пространств — наоборот. Однако уже в юрском периоде кора опустилась, что привело к затоплению больших территорий и образованию многочисленных морей во внутренних частях материков.
Изучая окаменелости
Известно, что гигантские ящеры заселяли все континенты Земли, включая Антарктиду. Неудивительно, что их окаменевшие останки люди обнаруживали на всем протяжении своего существования. В связи с этим невозможно назвать первого найденного динозавра.
Собирать кости для научного изучения впервые начал англичанин У. Бакленд в конце XVIII в. Профессор геологии не смог понять, кому они принадлежат. Французский натуралист Ж. Кювье в 1818 г. догадался, что это останки огромных ящериц. В 1824 г. в Лондоне был представлен доклад об открытии «допотопных» животных, названных мегалозаврами.
В 1825 году врач Мантель исследовал зубы неизвестного зверя, имевшие длину 4-5 см. Они были похожи на зубы игуаны, поэтому животное назвали игуанодом. В 1837 г. профессор Г. Мейер нашел в Германии кости нового динозавра и присвоил ему имя платеозавр (равнинный ящер). Только в 1847 году лондонский профессор Р. Оуэн доказал, что все находки относятся к одному виду пресмыкающихся. Группу назвали динозаврами, или «ужасными ящерицами».
Климат мезозоя
Климатические особенности мезозойской эры кажутся нам удивительными, и даже поверить трудно, что такое вообще возможно. А чем же был необычен климат мезозоя? Стоит начать с того, что сотню-другую миллионов лет назад на Земле вовсе не наблюдалось зим, а в приполярных районах было едва ли холоднее, чем на экваторе. Разве такое возможно? Да, но только в особых условиях.
Окаменелости, обнаруженные в разных регионах, свидетельствуют, что в мезозое тепло было на всей Земле
Еще в XIX в. палеонтологи поняли, что климат мезозойской эры был теплым — об этом говорят особенности останков растений и животных того времени. И, как мы уже сказали, тепло было на всей планете — нет никаких свидетельств, что на полюсах имелись полярные шапки изо льда. Естественно, что эту странность нужно как-то объяснить.
Оказалось, что историю Земли можно условно разделить на чередующиеся периоды — криоэры и термоэры. Как нетрудно понять из названия, криоэры — это время относительно холодного климата (около 850 млн лет назад дошло до того, что всю планету покрыл многокилометровый слой льда), а термоэры — периоды теплого климата. Мезозой — это яркий пример термоэры, а сейчас мы живем, как это ни печально, в криоэру.
Теплый климат мезозоя способствовал бурному развитию живой природы
Почему так? Ученые долго искали ответ, и сейчас эта проблема в общих чертах считается решенной. Все свидетельства говорят, что за всю свою жизнь Земля получала одинаковое количество тепла от Солнца, так что внешними причинами объяснить такие колебания климата невозможно. Скорее всего, дело в особенностях переноса тепла атмосферой и гидросферой (то есть Мировым океаном).
Основная часть получаемого от Солнца тепла переносится водами океанов — это движущиеся к полюсам планеты теплые течения вроде знаменитого Гольфстрима, а также менее заметные потоки. Суммируя все течения — и теплые, и холодные — можно увидеть, что вода Мирового океана циркулирует по замкнутому кругу, названному петлей Брокера, или глобальным конвейером. Так что все океаны работают как одна система, распределяя по планете колоссальные количества тепловой энергии.
Льды и холода — нормальные явления для современной Земли, но для мезозоя снег был из ряда вон выходящим событием
С атмосферой все несколько иначе: в пределах каждого полушария Земли существует несколько независимых «ячеек» циркуляции воздуха, которые мало обмениваются теплом друг с другом. При этом наиболее сильно нагревается экваториальный воздух, он же более всего насыщается водой — это обусловливает теплый тропический климат. Но самое главное здесь то, что между океанами и воздухом над материками создается значительный температурный контраст, ведь гидросферой переносится больше тепла, чем атмосферой. Это причина возникновения зимних антициклонов — «планетарных холодильников», обрушивающих на материки массы холодного и сухого воздуха из приполярных районов. Кроме того, эти гигантские области повышенного давления не пропускают на север теплый воздух с юга.
В мезозойскую эру ситуация была иной. Нагреваемые солнцем воды океана циркулировали в нескольких обособленных ячейках, отчего самая теплая вода из экваториальных районов не уходила к полюсам, испаряясь на месте. Зато воздушные течения в то время были масштабными — они начинались у экватора, доносили тепло к приполярным районам и, несколько остывшие, вновь возвращались к экватору. Хотя нужно сказать, что тепло переносилось не столько самим воздухом, сколько содержащимся в нем водяным паром. Это все приводило к более или менее равномерному распределению температуры на планете, отчего столь нелюбимые нами зимние антициклоны не возникали и теплые воздушные массы могли спокойно перемещаться к приполярным районам. Отсюда теплый климат не в отдельно взятом регионе, а на всей Земле.
Однако нужно заметить, что в мезозойскую эру был вовсе не тот тропический климат, который наблюдается сейчас в экваториальной зоне. Это расхожее мнение — представлять Землю того времени как современные тропики не совсем верно. Из-за только что рассмотренных особенностей переноса тепла в экваториальных районах находились пустыни, а севернее и южнее климат был более мягким и комфортным, чем в современных тропиках, и больше походил на средиземноморский.
Тропический климат в экваториальных районах — результат особой циркуляции воды и воздуха
В течение мезозоя климат не оставался постоянным. В первой половине (то есть весь триас и большую часть юры) климат был сухим, а во второй — влажным. Кроме того, в позднем юрском и начале мелового периодов наблюдалось некоторое похолодание, вызванное, по-видимому, сбоем в теплопереносе из-за дрейфа континентов. Зато в середине мелового периода ученые отмечают резкое и значительное потепление, которое затем спало. И в это же время в районе экватора образуется современный экваториальный климат — жаркий и влажный.
Сейчас обсуждается вопрос о вероятной теплокровности динозавров, но возможно, что у этих животных было не все так просто, как у других.
Оказывается, теплокровность бывает двух типов: настоящая (вроде той, что у нас с вами) и инерциальная (которая частично наблюдается у крокодилов).
Климат на планете в значительной степени определяется стабильными во времени воздушными и океанскими течениями
Инерциальная теплокровность (или гомойотермия, как ее называют биологи) заключается в том, что холоднокровное животное аккумулирует в себе солнечное тепло, позволяющее поддерживать относительно постоянную температуру тела при незначительном и медленном охлаждении окружающей среды. То есть днем такое животное накапливает тепло, которое ночью позволяет поддерживать высокую активность.
Инерциальная теплокровность доступна только крупным животным — медленное остывание в течение нескольких часов возможно только при высокой теплоемкости. А ведь динозавры были по-настоящему большими! Так что доисторические ящеры могли накапливать в своих огромных телах тепло и круглые сутки вести себя так же активно, как и теплокровные животные. При этом потребление пищи в случае инерциальной теплокровности должно быть в разы меньше, чем в случае теплокровности «настоящей», — млекопитающие (и мы с вами тоже) тратят до 90 % всей получаемой с пищей энергии только на нагрев тела!
Главное условие для инерциальной теплокровности — ровный климат без значительных перепадов температур на протяжении длительного времени. А в мезозое тепло стояло на протяжении десятков миллионов лет — условие, как видите, выполняется! Однако все это пока достоверно не доказано, и разговор о теплокровности динозавров уводит нас от основной темы главы.
Образ жизни
Период первых динозавров закончился их полной победой над остальными видами, населяющими планету. Никогда прежде не обитали на Земле столь причудливые создания. Разнообразие форм и размеров до сих пор удивляет ученых.
Всех динозавров можно разделить на две группы: хищников и травоядных. Первые бегали на двух мощных лапах и имели гибкий хвост. Большинство из хищников достигали в длину от 2 до 4 метров. Но существовали и гиганты вроде тиранозавра и гигантозавра длиной до 15 м и весом до 8 тонн. Они охотились на самых крупных травоядных динозавров.
Последние предпочитали передвигаться стадами, чтобы иметь возможность защитить детенышей. У многих из них были рога, костяные наросты или хвостовые шипы, помогавшие выдержать бой. Растительноядные динозавры имели разные размеры, что позволяло им объедать листья с разных ярусов. Самыми крупными считаются брахиозавры и диплодоки длиной до 40 м и весом более 100 тонн. Они обитали на суше и были крайне медлительными.
Детеныши динозавров вылуплялись из яиц. Родители выкармливали их в гнездах, как до сих пор поступают птицы. Многие ученые считают, что крупнейшие из динозавров были живородящими. Ведь самое большое из найденных яиц имеет размеры всего в 30 см. Да и не все виды могли долго оставаться на одном месте, чтобы охранять яйца и детенышей.
Растительность
На суше продолжали господствовать семенные папоротники. Начали получать всё большее распространение голосеменные, цикадовые, гинкго и хвойные.
Растительный мир суши наследовал черты позднепермской эпохи. В триасе исчезли древовидные плауновые и каламитовые, кордаитовые, прапапоротники и большая часть древних хвойных. Были распространены диптериевые папоротники, саговники, беннеттиты, гинкговые, мезофитные хвойные, хвощёвые растения.
В позднем триасе исчезли около половины всех наземных растений[6].
ПТИЦЕТАЗОВЫЕ
Этот монофилетический отряд более разнообразен по составу, чем ящеротазовые. Все птицетазовые были строго растительноядными и в целом эволюционно более продвинутыми, чем рассмотренные выше динозавры. Специализация затронула как фундаментальные особенности их строения, например форму таза, ставшего похожим на птичий, так и адаптации, связанные с питанием, передвижением и защитой от врагов. Наибольшего процветания группа достигла в меловом периоде, что совпало с распространением цветковых растений. Впрочем, хотя птицетазовые и доминировали среди наземных рептилий в позднем мелу, важной частью фауны были в это время также ящеротазовые хищники, страусоподобные динозавры, некоторые завроподы и птицы.
Традиционно выделяли 4 сравнительно слабо различающиеся по уровню организации группы птицетазовых. К орнитоподам («птиценогим») относятся как примитивные, так и более специализированные двуногие рептилии. Три другие группы образованы высоко специализированными растительноядными формами, передвигавшимися на четырех ногах. Это преимущественно юрские стегозавры (пластинчатые динозавры), теловые анкилозавры (панцирные динозавры) и цератопсы (рогатые динозавры). Кроме похожего на птичий таза, для них характерно присутствие в нижней челюсти беззубой предзубной кости, расположенной спереди от типичной для всех динозавров зубной, несущей зубы. Впрочем, на обеих челюстях передних зубов, как правило, не было, и оканчивались они клювом. Зубы находились только в щечной области и были преобразованы для перетирания и разрезания растительного корма. В отличие от завропод, у некоторых из этих групп зубной аппарат высокоспециализированный и довольно мощный. Общие особенности таза и челюстей свидетельствуют, что все птицетазовые, несмотря на их различия, произошли от общего предка.
В то же время, как показал кладистический анализ, традиционное разделение этого отряда на 4 группы неудовлетворительно. Стегозавров и анкилозавров теперь объединяют в таксон Thyreophora. В его рамках к наиболее архаичным, возможно, наряду со скорее всего двуногим Scutellosaurus
, относятся сцелидозавриды, снабженные легким панцирем формы, передвигавшиеся на четырех ногах. Они появились приблизительно на рубеже триаса и юры. Однако еще примитивнее триасовые роды
Lesothosaurus
(Южная Африка),
Technosaurus
(Северная Америка) и
Pisanosaurus
(Южная Америка). Их родственные связи с остальными птицетазовыми пока не вполне выяснены. Орнитоподы, ранее считавшиеся наиболее примитивными из птицетазовых, по-видимому, эволюционно более продвинуты, чем древнейшие тиреофоры. Последними появились цератопсы, включавшие протоцератопсов и собственно цератопсов, иногда называемых неоцератопсами. «Попугаеклювые» пситтакозавры и купологоловые пахицефалозавры связаны общими предками с цератопсами.
