Если бы Фаддей Беллинсгаузен и Михаил Лазарев достигли Антарктиды, скажем, сорок миллионов лет назад, они увидели бы на берегу густые хвойные леса из деревьев, родственных современным араукариям.
Под их кронами водились бы млекопитающие, в основном сумчатые, но встречались бы и крупные копытные, а также животные, напоминающие гигантских сурков.
В зеленой Антарктиде, как и в современной, жили бы пингвины, причем довольно крупные, но за компанию с ними — и страусоподобные птицы.
И растения, и животные уже были бы приспособлены к условиям полярной ночи: растения сбрасывали бы листья, а животные впадали бы в спячку.
Первые листочки
Такой мы представляем себе древнюю Антарктиду сегодня, но знания о ней сложились далеко не сразу. Сперва необходимо было обследовать новый континент, а главное — собрать образцы горных пород и минералов, чтобы судить об их природе и происхождении. Процесс этот затянулся на многие десятилетия.
Первую представительную коллекцию таких образцов в Европу доставила британская Антарктическая экспедиция под руководством капитана Джеймса К. Росса (1839−1843). Ей удалось добыть породы с вулканического острова, позже названного в честь капитана — островом Росса, а также с выступающих скал, расположенных на континенте (позже эту территорию назовут Землей Виктории).
Бóльшая часть собранных пород имела магматическую природу. Росс даже предположил, что южного континента не существует, а льды скрывают лишь несколько вулканических островов. Дальнейшие исследования, впрочем, подтвердили существование материка.
Чего, однако, никто не ждал, так это обнаруженных в Антарктиде осадочных пород, сформированных на суше или в море, и тем более окаменелостей.
Первые палеонтологические находки сделал шведский мореплаватель Карл Антон Ларсен в 1892 году. Его экспедиция преследовала исключительно коммерческие цели — определить перспективы китобойного промысла в южных полярных широтах.
4 декабря на острове Сеймур (к востоку от северного окончания Антарктического полуострова) экспедиционный отряд с удивлением обнаружил остатки древней древесины. К счастью, Ларсен был человеком образованным и любознательным, поэтому образцы были собраны и вскоре попали в руки ученых.
Как было установлено позже, древесина имела плейстоценовый возраст и, скорее всего, представляла собой остатки южного бука.
Сегодня подобные буки произрастают в Южной Америке (Чили, Аргентина), на востоке и юго-востоке Австралии, в Новой Зеландии, Новой Гвинее и Новой Каледонии. Значит, в сравнительно недалеком прошлом климат был существенно теплее и как минимум заполярная часть Южного континента была покрыта лесами.
Находка ископаемой древесины, по понятным причинам, вызвала большой научный интерес, однако как таковой сенсацией не стала. Дело в том, что ранее, в 1870-е годы, были описаны древние тропические растения, найденные за северным Полярным кругом, так что у ученых уже было представление о существенных климатических изменениях в истории нашей планеты.
В 1901—1904 годах состоялась крупная шведская полярная экспедиция, возглавляемая Отто Норденшельдом. Капитаном корабля «Антарктика» был все тот же Ларсен как один из самых опытных полярников. Одним из приоритетных заданий экспедиции стал поиск ископаемой флоры.
Путешествие пошло не совсем по плану — корабль Ларсена затонул, часть команды зазимовала на острове Паулет, а закончилось все спасательной операцией, организованной аргентинскими властями. Но, несмотря на все неприятности, научные результаты экспедиции сложно было переоценить.
На севере Антарктического полуострова шведским ученым удалось собрать массу остатков ископаемых растений субтропиков и умеренного пояса, относящихся к юрскому, меловому и неогеновому периодам.
Часть Гондваны
Важные находки были сделаны в 1911 году при весьма драматических обстоятельствах. В разгар «гонки» за покорение Южного полюса две экспедиции — британская под руководством Роберта Фолкона Скотта и норвежская во главе с Руалем Амундсеном — направились в глубь континента.
Оба отряда вышли к полюсу осенью того же года. Оба достигли цели, но норвежцы оказались на месте месяцем раньше. Однако Скотт и четверо его товарищей, на обратном пути оставшиеся без продовольствия и керосина, назад уже не вернулись. Их замерзшие тела были найдены всего в 18 километрах от крупного склада с припасами под названием «Одна тонна».
В мешках рядом с погибшими было обнаружено 15 килограмм геологических образцов, часть из которых несли отпечатки ископаемых листьев пермского периода, принадлежавших растению из рода Glossopteris.
По данным палеонтологии и геологии, это растение росло исключительно в тропиках. И, в отличии от находок, собранных шведской экспедицией, его листья были найдены не у границы Полярного круга, а почти на самом полюсе.
Это указывало на колоссальные климатические преобразования — отряд Скотта замерз, неся в экспедиционных сумках свидетельства существования тропической Антарктиды.
Позже, в 1960-х годах, эта находка стала одним из главных аргументов в пользу теории тектоники литосферных плит. Учитывая, что следы аналогичных растений находили в Австралии, Новой Зеландии, Индии, Африке и Южной Америке, оставалось предположить существование некогда единого южного суперконтинента — Гондваны.
С 1940-х годов в Антарктиде проходят планомерные палеонтологические исследования. Сегодня подобные изыскания ведутся в рамках двух крупных проектов: United States Antarctic Programm (USAP) и British Antarctic Survey (BAS).
В нашей стране есть целый институт, занимающийся исследованием полярных областей: Арктический и антарктический научно-исследовательский институт (ААНИИ). Однако в настоящее время собственных палеонтологических исследований он не организует.
В рамках английской и американской программ ведутся работы по уточнению геологической структуры и истории развития Антарктиды. Работа сопряжена с множеством трудностей, к числу которых, помимо сурового климата и оторванности от цивилизованного мира, относится труднодоступность предмета исследования — собственно горных пород.
Из-за практически сплошного ледяного щита существует всего несколько мест, где можно подобраться к коренным породам: отдельные выходы горных пород на побережье, некоторые вулканические острова около Антарктического полуострова и крупная Трансантарктическая горная цепь, пересекающая весь континент с севера на юг.
Применяются также современные методики, помогающие полярным исследователям. Так, дополнительные сведения о составе и характере залегания земных слоев, расположенных под толщей льда, удается получить путем бурения.
Исследованию геологической структуры помогают современные методики магнитной, гравитационной и подледниковой топографии. Определенную пользу приносят и исследования южных частей Африки, Южной Америки и Австралии — территорий, некогда входивших вместе с Антарктикой в состав единой Гондваны и имеющих с ней общую историю.
В результате сегодня благодаря этим комплексным исследованиям удалось достаточно детально восстановить историю Антарктиды.
От экватора к полюсу
Самые древние породы Восточной Антарктиды имеют очень солидный возраст — 3 миллиарда лет и старше, что ставит Антарктическую континентальную платформу в один ряд с древнейшими континентальными массивами: Гиперборейским (на северо-западе Северной Америки), Северо-Американским, Южно-Американским, Африкано-Аравийским, Австралийским, Восточно-Европейским, Сибирским, Сино-Корейским и Индостанским.
Сформировалась Антарктическая плита не единомоментно. Отдельные блоки древнейшей коры, глубинные магматические пласты, перемежающиеся вулканическими породами и глубоководными метаморфизованными осадочными толщами, составляют причудливый коллаж.
Описать, как именно протекали эти древние геологические процессы, современная наука пока не может. Поэтому обратимся к более поздним эпохам.
Примерно 540−520 миллионов лет назад в животном мире планеты происходили колоссальные преобразования, известные под названием «кембрийский взрыв». Именно тогда оформились почти все типы современных животных.
Судя по горным породам Трансантарктического горного хребта, как минимум на части территории Антарктиды в это время располагался теплый мелководный морской бассейн, где размеренно накапливались известняки.
Разнообразные брахиоподы — древние фильтраторы в двустворчатых раковинах, ханцеллории (Chancelloria) — кембрийские организмы с очень необычной морфологией и многочисленные трилобиты (Triplagnostus praecurrens, Ehmania shackletonia и другие) позволяют судить, что «кембрийский взрыв» задел и территорию Антрактиды.
В этом нет ничего удивительного — ведь по данным геофизиков Антарктида в это время должна была располагаться близко к экватору в составе единого суперконтинента Протогондвана.
С кембрийского периода, на протяжении примерно 200 миллионов лет, континент Антарктическая плита планомерно перемещался из низких широт к южному полюсу. К концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад) он занял почти что современное положение.
В дальнейшем существенных перемен в положении континента уже не происходило. Изменения касались лишь связей Антарктиды с другими континентами.
К концу каменноугольного периода Антарктида была частью единого суперконтинента Пангея, объединявшего все материки. В ходе пермского периода (285−230 миллионов лет назад) Пангея закончила свое формирование, а в следующем периоде, триасовом (230−195 миллионов лет назад), начала раскалываться.
В юрском периоде (195−137 миллионов лет назад) раскол завершился, и сформировались два суперконтинента — северный Лавразия, будущие Северная Америка и Евразия, и южный — Гондвана, состоявшая из Южной Америки, Африки, Индии, Австралии и Антарктиды.
В меловом периоде (137−67 миллионов лет назад) начался распад суперконтинентов. От Гондваны постепенно отсоединялись Австралия Индия и Африка.
До палеогенового периода (начался 67 миллионов лет назад) сохранилась лишь связь Антарктиды с Южной Америкой, но и она оборвалась во второй половине периода (около 35 миллионов лет назад). Карта Земли окончательно приняла современный облик.
На конец каменноугольного — начало пермского периодов приходится одно из крупнейших оледенений в истории Земли — Гондванское, охватившее не только Антарктиду, но и Индию, часть Южной Америки и Африки.
На древние оледенения указывают тиллиты — грубая обломочная порода (конгломерат) со специфической структурой и текстурой, формирующаяся в теле ледника. Тиллиты Гондванского оледенения сохранились на всех южных материках, что указывает на его масштабность.
Около 280 миллионов лет назад льды с поверхности Земли исчезли. На протяжении более чем 200 миллионов лет на планете, покрытой плотным покровом парниковых газов, установился теплый климат.
Ледниковый щит вернулся лишь 35 миллионов лет назад, и наступило современное оледенение. Но с пермского по палеогеновый периоды полюса были свободны ото льда. Это была термоэра — эра высоких температур на территории Антарктиды.
Зеленое убежище
Климат суперконтинента Пангея со временем лишь разогревался. При этом уровень моря был близок к современному. И Антарктиду захватили тропические глоссоптерисовые леса.
Вспомним ископаемое растение Glossopteris, чьи остатки обнаружили обреченные участники отряда Скотта. Это было достаточно высокое, до 30 метров, дерево с пышной кроной, сложенной удлиненными листьями. Его относят к категории «семенных папоротников».
Оно служило своего рода переходным звеном между споровыми папоротниками и голосеменными. Причем это был крайне распространенный семенной папоротник — именно он составлял бóльшую часть лесов в южной половине Пангеи.
В этих лесах можно было встретить также разнообразные папоротники, первые голосеменные и мхи. Росли эти растения в достаточно увлажненных местах, иногда в болотах (по крайней мере, так было на месте гор Принца Чарльза в Западной Антарктике).
Неудивительно, что в антарктических отложениях пермского периода содержится много каменного угля. В отложениях угля мы находим и следы жизнедеятельности насекомых, а также клещей.
Но судя по красному цвету толщи пород, перерывающих слои с глоссоптерисом, с началом триаса пришло серьезное осушение климата (опустынивание). Резкий подъем температуры многие называют одной из главных причин великого пермо-триассового вымирания.
Впрочем, в других обнажениях Трансантарктических гор (хребет Королевы Александры) можно увидеть достаточно богатые леса в раннем и среднем триасе. Состав растений здесь немного изменился: многочисленны древние саговники — похожие на пальму голосеменные, хвощи, семенные и древовидные папоротники, своеобразные осмундовые папоротники и даже грибы.
Некоторые растения, похоже, были эндемиками, то есть в силу каких-то причин росли только на территории древней Антарктиды. Например, только с этой территории известно цикадовое растение Antarcticycas.
В позднем пермском и раннем триасовом периоде в Антарктиде жили многие характерные животные пермского периода. Так, в озерах поджидали добычу темноспондилы — гигантские крокодилообразные земноводные (например, Antarctosuchus polyodon).
По земле бродили рептилии всех видов, крупные увесистые хищники и мелкие ящерицеобразные насекомоядные, подобные Prolacerta.
Весьма разнообразны были так называемые «зверообразные рептилии», или синапсиды, одним словом, наши древние родственники. Некоторые были совсем крошками, наподобие мышек и землероек, другие достигали размера небольшой собаки.
К числу самых примечательных относились листрозавры (Lystrosaurus), относительно крупные растительноядные животные с роговым клювом и двумя клыками. О назначении клыков споры не утихают до сих пор — то ли это приспособление для рытья, то ли оригинальный и красивый атрибут для демонстративного поведения.
Еще одно необычное животное — роющее страннозубое (аномодонт) Kombuisia antarctica, достигавшее размера домашнего кота.
Такое поразительное разнообразие живых организмов в самом раннем триасе, практически сразу после великого пермо-триасового вымирания характерно исключительно для территории Антарктиды. Это привело Йорга Фребиша с коллегами к мысли, что Антарктика была своего рода убежищем во время кризиса. На этой территории было прохладнее, что и стало спасением для ряда животных.
Антарктические динозавры
Юрский период принес долгожданную прохладу и, конечно, влагу. Леса вновь распространились по южному континенту, но уже немного иного состава. Теперь преимущество перешло к хвойным деревьям, таким как гинкго и секвойи.
Юрский период — время динозавров, и Южный континент располагал собственным обширным парком этих животных — разнообразных и даже уникальных. Бесспорно, лучшим источником находок, свидетельствующих о раннеюрских динозаврах Антарктиды, является гора Керкпатрик.
Среди достаточно известных примитивных хищных ящеров — теропод — на крайнем юге можно было повстречать долговязого целофиза (Coelophysis), более крупного дилофозавра (Dilophosaurus) — динозавра с двумя очень характерными гребнями на морде.
Наиболее оригинальным динозавром континента был криолофозавр (Cryolophosaurus). Все его необычные черты заложены в его названии.
Во-первых, это динозавр, найденный на самом холодном континенте (по-гречески cryo — «холод»), во-вторых, эта рептилия отличается очень оригинальным гребнем над глазами (lopho — «гребень»). Из-за необычного стиля гребня некоторые любители динозавров называют ящера «Элвисзавр» — в честь короля рок-н-рола.
Наконец, в 2007 году был описан оригинальный динозавр — зауроподоморф Glacialisaurus, дальний родственник знаменитых гигантских длинношеих — зауроподов.
Впрочем, гляциализавр отличался куда более скромными размерами. По всей вероятности, его длина составляла в среднем 7,6 метра. Да и вес был существенно меньшим (4−6 тонн), что позволяло ему временно подниматься на две ноги.
Помимо динозавров, на горе Керкпатрик были найдены кости маленького, размером с ворона, птерозавра, подобного рамфоринху.
В меловом периоде на территории Антарктиды стало несколько прохладнее, климат был близок к умеренному. На это указывает целый ряд независимых факторов, начиная от химического состава осадочных пород и заканчивая особенностями древней флоры.
В это время процесс раскола Гондваны был в самом разгаре. Это привело к смещению Антарктиды в более высокие широты, а также к существенному подъему уровня океана. Часть территорий континента была затоплена, и на них сформировались мелководные морские осадки.
На мелководьях нашли прибежище множество разнообразных животных — от двустворчатых моллюсков и креветок до огромных аммонитов и очень необычных длинношеих морских рептилий — плезиозавров-фильтраторов.
Похолодание привело к доминированию в составе лесов таких пород хвойных деревьев, как подокарповые и араукариевые. Единственное место, из которого известны меловые антарктические динозавры — остров Джеймса Росса. Впрочем, и здесь находки крайне редки и чрезвычайно фрагментарны.
Известно, что во время мелового периода здесь обитал некий хищный теропод длинной около 2 метров. Было найдено несколько растительноядных динозавров. Например, описано два дальних родственника игуанодонов — четвероногих динозавров с роговым клювом и очень характерным острым пальцем для защиты.
Один — небольшой, длиной всего 1,5 метра — получил название Trinisaura santamartaensis, другой, побольше — Morrosaurus antarcticus. Известны из Антарктиды и бронированные динозавры, подобные американским анкилозаврам — Antarctopelta oliveroi.
Весьма любопытны находки позднемеловых ныряющих настоящих птиц, возможно примитивных гусеобразных: Vegavis и Polarornis. Сохранность вегависа поражает воображение — у него сохранился даже хрящевой вокальный аппарат, позволивший восстановить его древние крякающие звуки.
Накануне ледника
Переместимся в палеогеновый период (66−23 миллионов лет назад). Как минимум еще 45 миллионов лет назад Антарктида была полностью свободна ото льда.
Очень показательной для палеогенового этапа развития Антарктиды является фауна и флора эоцена острова Сеймур. Попытаемся мысленно восстановить эту экосистему.
Судя по остаткам растительности, здесь располагался достаточно густой лес, где доминировали хвойные деревья — араукариевые и подокарповые, а также покрытосеменные — южных буки (Nothofagus). Такой состав флоры, указывает на умеренно-прохладный и влажный климат. Богатство растений обеспечивало большую биомассу насекомых.
Остатки млекопитающих весьма фрагментарны, но зато разнообразны. Здесь можно было встретить любых животных — травоядных, всеядных, плотоядных. Были среди них и древесные формы. Скорее всего, таковым был Marambiotherium glacialis, небольшое сумчатое, чем-то похожее то ли на мышку, то ли на опоссума.
Еще одно древолазающее животное, вероятно, похожее на опоссума, — Polydolops. По ряду признаков было устроено даже более примитивно, чем современные сумчатые. Возможно, на ветвях встречались небольшие ленивцы, очень похожих на современных (есть, правда сомнения, что обнаруженный фрагмент конечности и зуб принадлежали именно ленивцу).
Среди наземных животных наиболее многочисленными были представители семейства Sparnotheriodontidae — группы вымерших южноамериканских копытных, немного напоминающих лошадей. Судя по строению зубов, они были растительноядными и нагуливали массу до 400 килограмм.
Еще одно животное семейства Sudamericidae относится к загадочной группе «гондванатериев». Внешне, возможно, они походили на сурка, да и по образу жизни, скорее всего, судамерициды были к нему близки.
Можно было встретить здесь и достаточно крупных ископаемых пингвинов, таких как Anthropornis и Delphinornis.
Еще на суше можно было встретить нелетающих бескилевых птиц — одну страусоподобную, а другую — плотоядную и, вероятно, достаточно опасную. Вдоль берегов древнего Антарктического полуострова можно было повстречать крупных пингвинов, а в небе — соколообразных птиц.
На примере эоценовой экосистемы видно, как теплолюбивые животные и растения приспосабливались к условиям полярного дня и полярной ночи. Несложно заметить, что фауна включает в себя исключительно крупных и мелких млекопитающих, при этом животные среднего размера отсутствуют полностью.
Возможно, только мелкие и крупные млекопитающие могли адаптироваться к холодным условиям полярной ночи. Благодаря небольшому соотношению площади поверхности к объему тела, они могли впадать в анабиоз, оцепенение или зимнюю спячку, сохраняя тепло, или же могли мигрировать.
Растения, окружавшие древнюю фауну, дожили до наших дней почти без изменений, поэтому мы легко можем оценить их способности к адаптации. Например, южный бук выживает даже за Полярным кругом — главное, чтобы минимальные средние летние и зимние температуры были выше 5 градусов и -20 градусов Цельсия соответственно.
Все другие факторы, необходимые для эволюции лесных полярных деревьев, находятся в рамках адаптаций, вполне доступных для современных деревьев. В экологии для них даже есть особый термин — фотопериодические экотипы.
Они приспособились к более высоким показателям камбиальной активности в течение вегетационного периода (или, проще, — они активнее растут летом). Кроме того, у таких растений вырабатывается особая архитектура кроны.
Еще одна адаптация к зимнему периоду всем нам хорошо знакома — листопадность. Впрочем, есть свидетельства того, что вечнозеленые растения тоже способны адаптироваться к условиям полярной ночи.
Судя по составу ископаемых глин (среди смектитов стали появляться хлориты и иллиты), 45 миллионов лет у берегов Антрактиды могли появиться морские льды. Примерно 35 миллионов лет назад континент стал покрываться постоянным ледяным щитом — об этом свидетельствует целый комплекс минералогических и геохимических данных.
Одной из главных причин резкого похолодания ученые считают формирование пролива Дрейка, ознаменовавшего окончательный разрыв между Антарктидой и Южной Америкой.
Отделение Южного континента привело к формированию замкнутого кругового течения — Циркумполярного Антарктического. Теплые воды с экватора перестали поступать к берегам Антарктиды, и климат незамедлительно начал меняться в сторону похолодания.
Впрочем, местами Антарктида все еще была свободна от ледяного щита. Более того, в отдельных местах сохранялись полярные леса. Одним из основных компонентов таких лесов оставался стойкий южный бук. Но около 5 миллионов лет назад очередное похолодание покончило и с этими деревьями.
Так пришел конец зеленой Антарктиды. Наступила новая эпоха — эпоха ледниковых периодов.
Это тоже интересно: