Хочу в позднемеловое время: в позднемеловую эпоху в Антарктиде росли пышные дождевые леса

Изучение образцов, полученных в ходе подводного бурения в море Амундсена, показало, что в середине позднемеловой эпохи всего в 900 км от Южного полюса росли буйные леса из хвойных деревьев и древовидных папоротников. Всего в пробах обнаружено 62 вида ископаемых растений, в том числе цветковые и мохообразные. Видовой состав флоры соответствует южному умеренному дождевому лесу и указывает на среднегодовую температуру около 13°C. Климатическое моделирование показало, что ключевую роль в поддержании столь теплого климата в приполярных районах Южного полушария играла высокая концентрация CO₂ в атмосфере и низкое альбедо, обеспечиваемое густой растительностью.

Рис. 1. Реконструкция умеренного дождевого леса, который рос 88–83 млн лет назад в Антарктиде на 82° южной широты. Видны высокие хвойные деревья из семейств подокарповых и араукариевых, древовидные и обычные папоротники, цветущие кусты из семейства протейных, мхи на древесном стволе. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Меловой период был одним из самых теплых периодов фанерозоя. Считается, что это было во много связано с высокой концентрацией углекислого газа в атмосфере — около 1000 частей на миллион (ppm). Для сравнения, в доиндустриальную эпоху в атмосфере было 280 ppm CO₂, а в наши дни — 415 ppm.

Другое важное отличие от нынешней эпохи состояло в том, что климат слабее зависел от географической широты. Для холодных ледниковых эр, в одну из которых мы живем, характерен резкий широтный градиент температур: в экваториальных областях очень жарко, а в приполярных — лютые морозы и материковые оледенения. В теплые эры этот градиент сглажен, в полярных районах могут расти леса, ледников нет или они невелики, а уровень моря, соответственно, выше. В некоторые моменты мелового периода уровень моря мог превышать современный на 170 метров.

Известно, что в Арктике тогда царил приятный умеренный климат. Динозавры чувствовали себя комфортно на 82°–85° палеошироты, то есть почти у самого Северного полюса (P. P. Flaig et al., 2017. A Paleopolar Dinosaur Track Site in the Cretaceous (Maastrichtian) Prince Creek Formation of Arctic Alaska: Track Characteristics and Probable Trackmakers). Считается, что в Антарктике ситуация была примерно такая же. Однако прямых палеонтологических свидетельств теплого климата в приполярных южных областях (особенно внутри тогдашнего Южного полярного круга) найдено пока немного. Что в общем-то неудивительно, ведь в Антарктиде трудно собирать окаменелости. В мелу Южный полюс, как и теперь, находился в Антарктиде: этот материк за последнюю сотню миллионов лет сместился не очень сильно.

В статье большого международного коллектива геологов и палеонтологов, опубликованной в журнале Nature, приведены важные новые данные о растительности и климате приполярной Антарктиды в позднемеловую эпоху. Изученные авторами образцы были добыты в 2017 году путем бурения на антарктическом шельфе в море Амундсена в ходе экспедиции научно-исследовательского судна Поларштерн (K. Gohl et al., 2017. MeBo70 Seabed Drilling on a Polar Continental Shelf: Operational Report and Lessons From Drilling in the Amundsen Sea Embayment of West Antarctica).

В районе бурения на морском дне сверху лежит несколько метров моренных (ледниковых) отложений — это результат деятельности Западноантарктического ледникового щита. Под ледниковыми отложениями  — от 17 до 24 метров бедного в палеонтологическом отношении позднепалеогенового песчаника возрастом до 40 млн лет. Пробурить всё это насквозь удалось впервые. Еще ниже обнаружился трехметровый слой осадочных пород с большим количеством ископаемых спор и пыльцы, пронизанный сетью ископаемых корней.

Судя по видовому составу пыльцы, слой сформировался между 92 и 83 млн лет назад (позднемеловая эпоха, турон — сантон). Похожий комплекс растительных остатков с теми же видами голосеменных и папоротников описан из отложений возрастом 92–89 млн лет с острова Питт (архипелаг Чатем, Новая Зеландия). Однако комплекс из моря Амундсена, скорее всего, немного моложе (88–83 млн лет). Это следует из наличия пыльцы нескольких видов цветковых растений семейства протейных, которых нет в упомянутых отложениях с острова Питт. В других точках Антарктиды и Австралии эти виды встречаются начиная с 81,4–83,8 млн лет назад.

Около 90 млн лет назад (туронский век) континент Зеландия, частью которого являются острова Чатем, оторвался от Западной Антарктиды. Между ними образовался рифт и начала формироваться океаническая кора. Однако к моменту существования изучаемой флоры Зеландия еще не успела отдрейфовать далеко на север. Ширина полосы океанической коры между Антарктидой и Зеландией оставалась довольно узкой (две — три сотни километров). Точка, где проводилось бурение, находилась на южной (антарктической) стороне этого пролива. На основе имеющихся палеогеографических реконструкций авторы определили ее палеошироту: 81,9° южной широты (современная позиция — 73,6°). Таким образом, это самое южное местонахождение позднемеловой континентальной биоты, достаточно информативное для надежной реконструкции природных условий. До сих пор самым южным было вышеупомянутое местонахождение на острове Питт, но оно в те времена находилось на 265 км дальше от Южного полюса.

Комплекс спор и пыльцы из моря Амундсена оказался на удивление богатым: удалось индентифицировать 62 вида растений (рис. 2). Среди них преобладают хвойные деревья из семейств подокарповых и араукариевых, а также разнообразные папоротники, в том числе древовидные папоротники рода Cyathea. В нижних ярусах древнего леса цвели кусты протейных. Здесь было много разнообразных мхов, в том числе характерных для торфяных болот, а в мелких временных водоемах развивались цианобактериальные маты. Что касается ископаемых корней, то их клеточная структура недостаточно хорошо сохранилась, чтобы определить их до вида: ясно лишь, что это корни сосудистых растений.

Рис. 2. Пыльца и споры растений умеренного дождевого леса из позднемеловых отложений моря Амундсена. a — Cyathidites australis, b — Osmundacidites wellmanii, c — Ruffordiaspora australiensis, d — Ruffordiaspora ludbrookiae, e — Cycadopites follicularis, f — Microcachryidites antarcticus, g — Phyllocladidites mawsonii, h — Podocarpidites major, i — Trichotomosulcites hemisphaerius, j — Trichotomosulcites subgranulatus, k — Taxodiaceaepollenites hiatus, l — Equisetosporites sp., m — Nyssapollenites chathamicus, n — Peninsulapollis gillii, o — Proteacidites subpalisadus. Длина масштабных отрезков — 10 мкм. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

В целом получилась вполне четкая и непротиворечивая картина южного умеренного дождевого леса (см.: Temperate rainforest), который рос в частично заболоченной низине в 900 км от Южного полюса (рис. 1). Геохимические данные и результаты анализа биомаркеров (см. molecular fossils) полностью согласуются с этой интерпретацией. Разглядывая рисунок 1, полезно помнить, что на этой самой широте в 1912 году погиб капитан Скотт и его спутники, застигнутые сильными морозами и буранами в начале осени на шельфовом леднике Росса.

Судя по флоре, 88–83 млн лет назад климат в этой части Антарктиды был умеренным, со среднегодовой температурой около 13°C, средней температурой самого теплого летнего месяца 18,5°C и количеством осадков около 1120 мм в год. Ранее для данного времени в точках, располагавшихся на 2500 км дальше от полюса, были реконструированы похожие среднегодовые температуры (15–21°C). Это говорит о крайне слабо выраженном широтном температурном градиенте.

При помощи климатической модели COSMOS (I. Niezgodzki et al., 2017. Late Cretaceous climate simulations with different CO₂ levels and subarctic gateway configurations: A model‐data comparison) авторы рассчитали, что для поддержания столь теплого климата на 82° южной широты (где, между прочим, беспросветная полярная ночь длится четыре месяца) необходима концентрация CO₂ в атмосфере порядка 1120–1680 ppm. Но даже этого было бы недостаточно, не будь окружающая суша покрыта буйной растительностью. Растительность, как известно, уменьшает альбедо и позволяет земле лучше прогреваться в летние месяцы. Из этого следует, что никаких материковых оледенений в Антарктиде в туроне-сантоне быть не могло. В этом, правда, и так мало кто сомневался, но лишнее подтверждение не помешает.

Рис. 3. Результаты климатического моделирования: влияние концентрации CO₂ на среднюю температуру самого теплого летнего месяца для современной Антарктиды, покрытой льдом (вверху), и для Антарктиды середины позднемеловой эпохи, когда суша была покрыта густой растительностью (внизу). Показано распределение температур при трех уровнях CO₂: 280 ppm («доиндустриальный» уровень), 560 и 1120 ppm. Треугольником отмечено место бурения в море Амундсена. На нижних рисунках внизу справа виден южный край Австралии, а внизу слева — фрагменты условного материка Зеландии, который состоит в основном из шельфовых областей и мало где выступает из воды. Рисунок показывает, что из-за высокого альбедо современной Антарктиды там не станет очень жарко, даже если концентрация CO₂ вырастет вчетверо по сравнению с «доиндустриальным» уровнем (правый верхний рисунок). А если бы в позднем мелу уровень CO₂ вдруг резко упал, это само по себе не привело бы к катастрофическому похолоданию благодаря густой растительности, снижающей альбедо (левый нижний рисунок). Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

Еще один вывод, сделанный авторами на основе моделирования, состоит в том, что высокое альбедо нынешней обледенелой Антарктики будет способствовать сохранению холодного климата в регионе, даже если уровень CO₂ в атмосфере вырастет в два-три раза (рис. 3).