Периодические изменения параметров орбиты Земли и угла наклона ее оси отвечают за циклы рождения и смерти населяющих нашу планету животных, по крайней мере грызунов

Голландский ученый с грозной фамилией Ван Дам изрядно разворошил осиное гнездо современной палеонтологии. Возглавляемая им группа специалистов из Утрехтского университета и ряда испанских научных центров в середине октября представила в популярном журнале Nature сенсационные результаты кропотливого анализа огромного количества зубов ископаемых грызунов центральной части Пиренейского полуострова, вполне претендующие на открытие нобелевского калибра.

Яну ван Даму и его коллегам удалось сказать новое веское слово в астропалеонтологии — быстро набирающей силу синтетической области знаний, совмещающей биохимический анализ ископаемых останков земной фауны и флоры с изучением длинных рядов данных о периодических вариациях различных астрофизических характеристик нашей планеты. Главный вывод, к которому пришли голландско-испанские исследователи, заключается в том, что биологические циклы возникновения и исчезновения различных видов млекопитающих на протяжении по крайней мере последних 25 млн лет с большой степенью вероятности регулируются долгосрочными циклическими флуктуациями формы земной орбиты и наклона ее оси.

Точнее говоря, в работе ван Дама и Ко столь смелое утверждение делается пока лишь в отношении вышеупомянутых грызунов (мышей, крыс и проч.), поскольку проверить эту впечатляющую корреляцию на иных ископаемых животных и в иных регионах Земли им еще не довелось. Сам Ян ван Дам, впрочем, полон уверенности в том, что она должна проявляться и у более крупных млекопитающих. Так, в одном из своих многочисленных интервью он заявил: «Я полагаю, что после того, как ученые внимательно сопоставят тот же набор данных по другим группам животных, они обнаружат аналогичную картину».

Три фактора Миланковича

Каким образом периодические изменения формы орбиты нашей планеты и ее «осевое покачивание» могут влиять на эволюционную динамику различных форм живых организмов? Как полагают ученые, подобная астробиорегуляция происходит благодаря инициируемым этими циклическими процессами переменам в климате Земли.

Что же касается конкретных механизмов влиянияастрономических циклов на земной климат, их подробное теоретическое описание было сделано еще в конце 30-х — начале 40-х гг. ХХ века в пионерских работах выдающегося югославского (сербского) астронома Милутина Миланковича (1897–1958 гг.).

Милутин Миланкович разработал стройную концепцию периодичности ледниковых периодов. В соответствии с его гипотезой циклические изменения трех важнейших астрономических характеристик движения Земли (прецессии, нутации и эксцентриситета) приводят к периодическим колебаниям как абсолютной величины, так и регионального распределения по поверхности нашей планеты солнечной радиации (или, попросту, освещения Земли солнечными лучами).

Первая из этих трех астрономических характеристик, прецессия, — движение оси вращения Земли по конической поверхности (круговому конусу). Ось этого конуса перпендикулярна плоскости земной орбиты, а угол между осью и образующей конуса (плоскостью эклиптики) составляет около 23°27'. Прецессия происходит от периодического изменения положения в пространстве оси вращения Земли под гравитационным влиянием Луны и Солнца. Вследствие прецессии «полюс мира» постепенно перемещается между различными звездами. В нашу эпоху он направлен на Полярную звезду, а примерно через 13 тыс. лет будет указывать на Вегу, и тогда в северном полушарии январь станет самым летним месяцем, а в южном, наоборот, бу-дет соответствовать нормальной середине зимы (еще через 13 тыс. лет все снова вернется к привычной для современности региональной картине времен года).

Средняя продолжительность больших эволюционных циклов видообразования/вымирания млекопитающих составляет около 2,5 млн лет Вторая астрономическая переменная, нутация, — дополнительные небольшие колебания («покачивания») наклона земной оси, накладывающиеся на ее прецессионное движение. Эти колебания обусловлены изменениями притяжения, оказываемого Луной, Солнцем и даже Юпитером на так называемый экваториальный избыток массы вращающейся Земли. Так, в настоящее время земная ось наклонена примерно на 23,5° к плоскости земной орбиты, а общий диапазон колебаний этой величины составляет от 22,1 до 24,5°.

И, наконец, третья составляющая, эксцентриситет, — изменения формы земной орбиты, связанные с гравитационным воздействием на движение Земли других планет Солнечной системы. Эксцентриситет характеризует степень вытянутости ее орбитального эллипса: в различные периоды времени вращения Земли ее орбита циклически меняется от почти круговой до несколько вытянутой эллиптической.

Согласно современным расчетам, характерные частоты этих трех циклов («осцилляций») Миланковича составляют 26 тыс. лет для прецессии, 41 тыс. для нутации и 93 тыс. лет для эксцентриситета. И, как полагал создатель новой астроклиматической теории, каждый из этих циклов, хотя и в неравной мере, влияет на количество солнечного света, полученного разными областями Земли, и, соответственно, на колебания температуры на ее поверхности. В наибольшей степени этот климатический эффект должен проявляться в те периоды времени, когда все три фактора Миланковича действуют однонаправленно, то бишь «совпадают по фазам». К счастью, такие временные отрезки тройного совпадения фаз случаются в истории Земли сравнительно редко: по большей части они в той или иной степени компенсируют друг друга и не оказывают серьезного воздействия на общую климатическую динамику.

Эта гипотеза Миланковича позднее получила косвенное подтверждение благодаря анализу климатических ритмов при изучении ледового керна глубоководных морских осадков, динамики содержания тяжелого изотопа кислорода и видового состава ряда морскихорганизмов. Все эти исторические индикаторы подтвердили существование трех циклов изменения климатической системы с периодичностью, примерно соответствующей периодичности факторов Миланковича.

Так, по данным анализа керна с антарктической станции «Восток», ученые пришли к выводу, что наиболее серьезные климатические изменения на Земле за последние 500 тыс. лет происходили с периодичностью 100 тыс. лет (цикл эксцентриситета), менее выраженные с периодичностью 42 тыс. лет (цикл нутации), а самые небольшие — 24 тыс. лет (цикл прецессии). Причем для этого пятисоттысячного промежутка времени были отмечены четыре крупных продолжительных ледниковых периода, разделенные сравнительно короткими периодами существенного потепления.

Наконец, весьма интересный факт из значительно более глубокой истории нашей планеты, также льющий воду на мельницу сторонников теории Миланковича, удалось раскопать несколько лет назад группе американских геофизиков и палеонтологов, возглавляемой Джеймсом Захосом (Калифорнийский университет Санта-Крус). Захос и его коллеги обнаружили, что произошедшее примерно 23 млн лет назад на Земле общее резкое похолодание (новый ледниковый период) удивительным образом совпало с очень редким сочетанием двух из трех «экстремумов» Миланковича: самой низкой точкой эксцентриситета земной орбиты (то есть той фазой вращения нашей планеты, которая характеризуется практически круговой формой) и минимальным углом наклона земной оси (ее нутации).

Редкость подобного сочетания двух экстремумов объясняется тем, что далеко не в каждом цикле этих астрономических осцилляций они достигают своих крайних величин: значительно чаще все ограничивается куда более умеренными колебаниями значений внутри рядовых циклов. По расчетам астрофизиков, такие пики амплитудных вариаций по нутации возникают лишь раз в 1,25 млн лет, а по эксцентриситету — примерно один раз в 400 тыс. лет. Комментируя это открытие, Джеймс Захос сказал: «Конечно, я далеко не уверен, что наступившее 23 млн лет назад резкое похолодание, длившееся около 200 тыс. лет, целиком и полностью объясняется орбитальными аномалиями Земли.Однако такое двойное совпадение “минимальных пиков” по эксцентриситету и нутации — столь исключительное событие, что его полное временное соответствие климатическому экстремуму представляется нам заслуживающим самого пристального внимания ученых».

Подарок астрофизическому лобби

Итак, к настоящему времени влияние астрономических «осцилляций Миланковича» на динамику климата Земли, пожалуй, уже можно считать вполне проверенным фактом. Другой вопрос — является ли это влияние определяющим, или оно все-таки лишь одно из многих прочих (например, тех же эндогенных циклов солнечной активности или, скажем, периодических взрывов ближайших сверхновых звезд).

Процессия и нутация

Намного меньше единства в научном сообществе в оценке возможной корреляции между орбитально-осевыми циклами Земли, динамикой видообразования и вымирания живых организмов. Казалось бы, подобная зависимость должна, пускай и опосредованно, логически вытекать из описанных выше наблюдений и ретроспекций: применяя элементарную дедукцию, цепочка — циклы Миланковича — изменения климата Земли-волны видообразования/исчезновения биоты — напрашивается почти сама собой.

Однако до сих пор все экспериментальные попытки обнаружить такую корреля-цию, которые в относительно недавнем прошлом неоднократно предпринимались коллегами ван Дама, по сути, заканчивались ничем. Например, в 2000 году американский биолог Джон Элрой из Национального центра экологического анализа и синтеза (Санта-Барбара, Калифорния) опубликовал похожую серию временных анализов североамериканских млекопитающих, результаты которых были малоутешительными: сколько-нибудь внятной зависимости между изменениями климата и циклами видообразования/вымирания этих животных им отмечено не было.

Новейшая публикация Яна ван Дама сотоварищи в Nature — долгожданный подарок всем членам астрофизического лобби в мировой палеонтологии. Группа ван Дама проделала колоссальную аналитическую работу, вручную перелопатив около восьмидесяти тысяч больших и малых коренных зубов грызунов из более чем двести археологических участков центральной Испании. По словам голландского ученого, «наш выбор испанских грызунов в качестве основных носителей исторической информации объяснялся довольно просто: во-первых, ископаемые останки этих животных встречаются в значительно большем количестве, чем останки крупных млекопитающих, вовторых, осадочные отложения, содержащие эти останки, в изобилии представлены именно в центральной части нынешней Испании и, наконец, в-третьих, мы сэкономили немало времени на анализе благодаря тому, что часть работы уже была проделана ранее другими исследователями».

Создав обширную историческую базу данных по 132 видам этих грызунов и составив временную шкалу событий с контрольными точками каждые 100 тыс. лет на протяжении последних 22 млн лет, группе ван Дама удалось обнаружить четкие циклические эволюционные волны «возникновение-подъем-упадок-гибель» по всем исследованным видам. Уже на этом первом этапе исследований ученые экспериментально подтвердили одну из ключевых гипотез современной палеонтологии, согласно которой средняя продолжительность больших эволюционных циклов видообразования/вымирания млекопитающих составляет около 2,5 млн лет. Кроме того, им удалось выявить и «малые эволюционные циклы» с длительностью около миллиона лет, которые также регулировали колебания видовой численности исследованных грызунов.

Но, пожалуй, самый главный итог анализа этих данных, как мы уже отметили, заключался в том, что, сопоставив полученную эволюционную динамическую картину с известными расчетными параметрами больших астрономических циклов Миланковича, палеонтологи смогли обнаружить сильную корреляцию между обоими эво-люционными циклами (большим и малым) и долгосрочными циклами орбитальных экстремумов (вариации эксцентриситета со средней продолжительностью 2,37 млн лет) и экстремумов нутации (приблизительно 970 тыс. лет).

Именно эти мегаосцилляции Миланковича, пики которых достаточно четко совпадали с периодами глобального пох


Похожие записи:
  1. Краснодарские инженеры придумали, как из любого потока быстро и дешево выделить его составляющие. Эта разработка стала победителем конкурса инноваций журнала «Эксперт» и теперь с успехом внедряется на шахтах и железных дорогах Украины
  2. Украинским ученым и инженерам невыгодно повышать свою квалификацию за рубежом — их возвращения на родине никто не ждет. Таков один из выводов круглого стола, посвященного техническому образованию
  3. После нескольких месяцев переговоров New York Stock Exchange и Euronext решили слиться в первую по-настоящему глобальную биржу. Из-за стремительно растущей конкуренции на рынке фондовые площадки и дальше будут объединяться, что сделает их услуги доступнее для инвесторов
  4. Германия теряет собственную автомобильную промышленность. По мнению некоторых наблюдателей, массовый вынос производств
  5. Пойдя на слияние с Arcelor, владелец «Северстали» Алексей Мордашов получил шанс стать металлургом номер один в мире. Эта сделка, если ей суждено состояться, может обернуться кризисом для стальной империи Лакшми Миттала
  6. Для того чтобы энергия ветра стала реальной и эффективной альтернативой дефицитным и дорогим углеводородным видам топлива, надо открыть дорогу отечественным инновациям и создать благоприятные условия для инвестиций в эту сферу
  7. Долгое время развитие газовой энергетики считалось в Европе, и в частности в Германии, наилучшим способом решения энергетических проблем. Теперь здесь озаботились тем, как решить проблему зависимости от газа