Когда говорят о вулканах, в воображении возникают конические горы с кратером посредине, из которого раз в несколько столетий извергается лава. Но есть и другие вулканы. Они неприметны, зато могут выбросить пепла и лавы в тысячи раз больше, чем обычно. Долгое время на них не обращали внимания потому, что в исторически обозримую эпоху извержений такого типа не наблюдалось. Мы знаем, как они разрушительны, лишь благодаря изысканиям геологов.Итак, в некоторых районах планеты - под Йеллоустонским парком, в окрестности Неаполя или в Новой Зеландии - таятся «бомбы с часовым механизмом», которые взрываются, правда, раз в десятки, а то и сотни тысяч лет. Их называют супервулканами (подробнее о них смотрите «3-С», 6/07).
Одна из таких вулканических кальдер - озеро Тоба на севере острова Суматра (Индонезия) - достигает размеров 100 х 35 километров. Она образовалась около 72 тысяч лет назад (по другим оценкам, 74 тысячи лет), когда при извержении супервулкана было выброшено от 2800 до 3000 кубических километров расплавленной породы, а также около 5000 кубических километров пепла. Как показывают расчеты, этого хватило бы, чтобы покрыть такую страну, как Молдавия, слоем вулканических материалов высотой примерно 80 метров! В общей сложности пепел усеял территорию площадью не менее 4 миллионов квадратных километров (для сравнения: площадь Австралии - около 8,5 миллиона квадратных километров). Геологи находят этот пепел в отложениях на дне Бенгальского залива, на территории Индии (толщина его слоя здесь составила 15 сантиметров) и даже в Центральной Азии. Им были покрыты также обширные области Юго-Восточной Азии и Китая.
В радиусе нескольких тысяч километров от вулкана, очевидно, все было уничтожено этой катастрофой. Мощность извержения, продолжавшегося, по оценке исследователей, в течение двух недель, была эквивалента взрыву примерно одной гигатонны тринитротолуола.
Геологическая подоплека событий, происходивших на Суматре, такова. В районе Тобы находится зона субдукции. Одна литосферная плита со скоростью 6 сантиметров в год пододвигается здесь под другую плиту. При этом участки мантии, расположенные над погружающейся плитой, расплавляются. В результате этих процессов и образовалась громадная магматическая камера. Однажды произошел взрыв. По оценке исследователей, подобное случалось здесь и раньше: например, около 840 тысяч лет назад и около 700 тысяч лет назад. Если бы такое извержение произошло сегодня, то численность пострадавших от него превысила бы миллиард (!) человек.
Подобные события оказывали огромное влияние и на климат Земли. Очевидно, всякий раз, после очередного извержения супервулкана Тоба, средняя температура в Северном полушарии заметно понижалась. В последний раз такая катастрофа произошла, когда обширные области планеты уже населяли «хомо сапи-енс». Как предки современного человека пережили эти изменения климата? Что удалось узнать об этом археологам?
Теория «бутылочного горлышка»
Первые свидетельства той катастрофы обнаружились в 1990-е годы в... геноме человека. От поколения к поколению он немного меняется. Однако сравнение генов людей, населяющих разные части света, выявило их поразительное сходство. Оказалось, даже в ДНК шимпанзе, принадлежащих к разным популяциям, различий примерно в четыре раза больше, чем в геномах людей, проживающих в Намибии и Пакистане, Новой Гвинеи и Бразилии. Как подсчитали генетики, все ныне живущие люди являются потомками нескольких тысяч человек, - может быть, даже 1-2 тысяч, которые населяли нашу планету около 70 тысяч лет назад.
Почему население Земли так резко сократилось? Что стало причиной массовой гибели людей? Страшная эпидемия? Многолетняя засуха? Чем молчаливее язык генов, тем красноречивее были догадки ученых. Кто-то предположил, что люди, обитавшие в Африке, почти полностью вымерли от укусов мухи цеце, а потому немногие оставшиеся в живых бежали с этого континента, расселившись на просторах Евразии. Кто-то заговорил о том, что небольшая, хорошо вооруженная группа племен истребила почти все население планеты, учинив первую в истории мировую войну.
Но, пожалуй, анализ образцов льда, взятых в Гренландии, наиболее убедительно объяснил причину резкого сокращения численности человечества. На Земле наступило длительное похолодание. Правда, и в этом случае немедленно напрашивается возражение. Как известно, нашим далеким предкам не раз приходилось жить во время ледниковых периодов. Почему же именно это событие едва не погубило людей?
Слой пепла, предварявший фазу похолодания, запечатленную в образцах льда, подсказал, почему изменился климат: произошло извержение супервулкана Тоба. Это было едва ли не самое мощное вулканическое извержение за последние два миллиона лет (во льдах Антарктиды, впрочем, не замечено пока никаких следов этой катастрофы). На Суматре же об этом событии напоминает теперь не вулканический конус, а гигантское озеро, протянувшееся на сотню километров. Земля здесь буквально разверзлась.
Во время катастрофы в воздух, отравленный клубами кислотных испарений, взметнулось неимоверное количество пепла. Его мощная пелена заволокла атмосферу. Предварительные расчеты показали, что средняя температура на планете понизилась на 3 - 5 градусов. Именно тогда, вслед за извержением супервулкана, в Европе наступают последние крупные оледенения: вюрмское - в Альпах, вислинское - в Северной и Центральной Европе и валдайское -на Восточно-Европейской равнине.
«Вулканическая зима» вызвала массовую гибель растений и животных и стала причиной резкого сокращения численности «хомо сапи-енс», предположил археолог Стэнли Эмброуз из Иллинойсского университета, выдвинувший в 1998 году теорию эволюционного «бутылочного горлышка», которое миновало тогда человечество. По его оценке, большая часть людей погибла от голода и холода. Уцелела лишь небольшая популяция людей, расселившаяся в Экваториальной Африке.
В канун извержения на нашей планете проживало, кстати, несколько видов гоминидов. Если Homo sapiens населяли преимущественно африканский континент, то Европа была оплотом неандертальцев, а Азия -Homo erectus и Homo floresiensis. Как пережили эту катастрофу остальные? Ученые пока не могут ничего сказать об этом наверняка. Остается лишь строить гипотезы.
Так, сторонники теории «Исхода из Африки» полагают, что численность других гоминидов тоже резко сократилась после извержения супервулкана, а потому небольшая популяция «хомо сапиенс» вскоре после этого события почти беспрепятственно расселилась на всей территории Евразии.
Из Джвалапурама, с берегов Джурреру
Впрочем, сразу же появились возражения. Так, Клайв Оппенхеймер из Кембриджского университета опубликовал в 2002 году свои расчеты. Из них явствовало, что облако пепла, поднявшееся после взрыва, содержало слишком мало серы, а ведь для того, чтобы небо на длительный срок заволокло пеленой, нужно, чтобы во время извержения было выброшено как можно больше диоксида серы (сернистого газа). Ведь при соединении с водой он образует частицы сульфатов - так называемые аэрозоли, которые, в отличие от пепла, годами парят в воздухе, не пропуская солнечный свет. Как следствие, наступает «вулканическая зима».
К 2007 году гипотеза «бутылочного горлышка» вроде бы была окончательно опровергнута. При раскопках на юго-востоке Индии, в окрестности города Джвалапурам, в долине реки Джурреру, в слоях отложений, предшествующих «слою Тобы» и следующем сразу за ним, были найдены схожие каменные орудия. Археолог Майкл Петралья из Кембриджского университета, анализируя находки, подчеркнул, что даже мощное извержение вулкана в соседней Индонезии не нарушило повседневную жизнь этих людей. Они продолжали здесь жить, как и прежде.
Самое интересное, что техника обработка этих каменных орудий отлична от той техники, которую применяли Homo erectus, населявшие тогда Азию. Скорее, она характерна для наших прямых предков, Homo sapiens. Но если представители «хомо сапиенс», добравшиеся до Индии, сумели выжить там после извержения супервулкана, то почему их африканские собратья почти все как один должны были погибнуть после этого события, хотя они находились гораздо дальше от места катастрофы? Или все-таки это была лишь отдельная группа случайно уцелевших людей, которые продолжали бороться за жизнь даже в таких суровых условиях?
Одно из самых страшных бедствий в истории человечества?
В то же время результаты других исследований, проводившихся в последние годы, пожалуй, все-таки подтверждают самый худший сценарий. Американский климатолог Алан Робок разработал в 2009 году компьютерную модель той катастрофы (в этом исследовании принимал участие и известный российский специалист по климатическим моделям Георгий Стенчиков, работающий теперь в США). Похоже, беда была еще более страшной, чем предполагалось. В течение первых пяти лет после извержения средняя температура на планете упала на 18 (!) градусов. Конечно, извержение То-бы не могло стать причиной наступления нового ледникового периода. Однако даже через десять лет после этого события на Земле было в среднем на 10 градусов холоднее, чем прежде. Количество осадков резко сократилось. На обширной территории установилась многолетняя засуха. Почти одинаково пострадали и Северное, и Южное полушария планеты, поскольку извержение произошло в районе экватора. Схожий прогноз опубликовали и специалисты из Центра метеорологии Великобритании (Хэдли-центра). По их оценке, средняя температура на Земле понизилась на 10°С.
Как резюмировал Робок на страницах Journal of Geophysical Research, происходившие тогда события очень сильно сказались на численности популяции Homo sapiens. Из-за внезапно начавшихся холодов у большинства людей не было возможности спастись бегством, переселившись в теплые страны. По всей видимости, эту катастрофу пережили лишь отдельные группы людей, населявшие Экваториальную Африку. Извержение супервулкана Тоба стало одним из самых страшных природных бедствий, которые довелось испытать человечеству. Возможно, оно, в самом деле, «породило эффект 'бутылочного горлышка'».
Однако точка в этих спорах не была поставлена и на сей раз. В конце 2010 года на страницах журнала Geophysical Research Letters были опубликованы результаты работы немецко-британской экспедиции (руководитель - Клаудиа Тиммрек из Института метеорологии при Обществе имени Макса Планка). Вывод ученых таков: «вулканическая зима», установившаяся после извержения супервулкана Тоба, была довольно непродолжительной и более мягкой, чем считают оппоненты.
В составленной ими модели климатических изменений впервые учтено взаимодействие между отдельными частицами сульфатов, выброшенными в атмосферу планеты. На экране компьютера эти частицы постоянно слипались, образуя хлопья, которые под собственной тяжестью постепенно опускались на землю. Уже через четыре года сернистая пелена, затянувшая небо, по большей части рассеялась. Солнечные лучи снова стали согревать землю.
Расчеты, проделанные Тиммрек и ее коллегами, показали, что средняя температура на планете после этой вулканической катастрофы понизилась самое большее на 3,5°С. Никаких двузначных цифр здесь не было и в помине. Похолодание на планете продлилось не более десятилетия, но никак не «многие столетия».
...В этих непрестанных баталиях геофизиков и геологов, физиков и археологов незаметно был «выплеснут сам ребенок». Так почему 70 тысяч лет назад численность «хомо сапиенс» так резко сократилась? Уж если Тоба не дается нам в руки, так не вернуться ли к мухе цеце?
Самые мощные извержения вулканов за последние 100 тысяч лет
За этот период лишь дважды наблюдались вулканические извержения, которым был присвоен индекс, равный 8 по шкале вулканических извержений (Volcanic ExpLosivity Index, VEI):
Тоба: 72 - 74 ООО лет назад; объем выброшенных продуктов составил 2800 кубических километров;
Таупо (Новая Зеландия): 22 500 - 26 500 лет назад; 1170 кубических километров.
За последние 10 тысяч лет, предположительно, наблюдались пять вулканических извержений, которым был присвоен индекс, равный 7:
• Вулкан Курильское озеро (Камчатка, Россия): 6440 - 5700 годы до новой эры; 130 - 170 кубических километров;
• Маунт-Мазама (Орегон, США): 4895 год до новой эры; 150 кубических километров;
• Кикай (Япония): 4350 - 4300 годы до новой эры; 150 кубических километров;
• Таупо: 180 год новой эры; 85 - 100 кубических километров; •Тамбора (Индонезия): 1815 год; 160 кубических километров.
Индекс еще трех вулканических извержений также мог равняться 7:
• Санторин (Греция): 1627 год до новой эры; 30 - 70 кубических километров; •Амбрим (Вануату): около 50 года новой эры; 70 кубических километров;
• Пэктусан (КНДР): 969 год новой эры; 96 кубических километров.
Тысячелетняя засуха и человек разумный
Исследователи из Аризонского университета (руководитель - Зндрю Ко-эн) на протяжении нескольких лет изучали историю климата Африки в далеком прошлом. Их важнейшим инструментом были образцы осадочных отложений (керны), взятые со дна озер Танганьика, Малави и Босумтви. Они анализировали обнаруженную там пыльцу, органические вещества и остатки микроскопических моллюсков, входивших в состав планктона, а также датировали сделанные находки с помощью радиоуглеродного метода. Результаты их работы были опубликованы в 2007 году на страницах журнала Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как выяснилось, около 135 000 лет назад в Африке установился чрезвычайно сухой климат. Эта бесконечная засуха продлилась 45 тысяч лет! В кернах, относящихся к этому периоду, почти не встречается ни остатков наземных растений, ни их пыльцы. Состав планктона, населявшего толщу воды озера Малави в ту эпоху, характерен, скорее, для мелких водоемов, заросших водорослями, а вовсе не для такого глубокого озера с прозрачной водой, каким мы знаем его теперь (как известно, глубина озера Малави достигает 706 метров; в его поразительно чистой воде обитает свыше двух сотен видов рыб, причем около 80 процентов из них - эндемики, то есть их можно встретить только в этом озере).
В исследуемый период уровень воды в озере Малави понизился на 600 с лишним метров. Это опять же свидетельствует о том, какую тяжелую засуху переживала тогда Африка. В наше время окрестности озера поросли тропическим лесом, тогда же эта местность представляла собой пустыню. Археологи почти не находят там следов проживания человека, относящихся к эпохе «тысячелетней засухи».
Это исследование заставляет по-но-вому взглянуть на причины, по которым численность наших предков загадочным образом сократилась всего до нескольких тысяч человек. «Возможно, большая часть популяции Homo sapiens просто не пережила этой засухи», - полагает Эндрю Коэн. Ранее свидетельства длительной засухи, которую испытала Африка около 100 тысяч лет назад, были обнаружены в пустыне Калахари и Сахеле -южной окраине Сахары, но никто не связал эти находки воедино.
Лишь около 70 тысяч лет назад климат в Африке начал меняться. Количество осадков, выпадающих здесь, все увеличивалось, и это спасло «человека разумного» как вид. Постепенно численность «хомо сапиенс» снова стала расти, и вскоре древние люди покинули Африку и принялись расселяться на просторах Евразии, а затем покорили и весь остальной мир.