Пожары в Антарктиде: как Южный полюс пылал во времена динозавров

Антарктида, которую мы знаем сегодня — ледяная пустыня с температурами ниже минус пятидесяти, — в позднем меловом периоде выглядела неузнаваемо. Около 90 миллионов лет назад здесь, всего в 900 километрах от Южного полюса, бушевали лесные пожары. Международная группа ученых из Великобритании и Германии пришла к этому выводу после анализа осадочных пород, поднятых со дна моря Амундсена у берегов Западной Антарктиды. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Communications Earth & Environment.

Собрать геологические свидетельства той эпохи крайне трудно: коренные породы погребены под многокилометровым ледяным щитом. Поэтому исследователи на немецком судне Polarstern обратились к морским отложениям, куда миллионы лет с континента смывались пыльца, частицы почвы и остатки древесины. В районе подводного желоба Пайн-Айленд на глубине 946 метров роботизированная буровая установка MARUM-MeBo70 извлекла тридцатиметровый керн. Нижний интервал оказался настоящим кладом: трехметровая толща темно-серого аргиллита, увенчанная пятисантиметровым слоем лигнита — бурого угля. Анализ магнитных свойств пород и ископаемой пыльцы датировал находку возрастом от 92 до 83 миллионов лет — эпохой расцвета динозавров и экстремально теплого парникового климата.

Главной удачей стала исключительная сохранность органики. Пласты не подвергались сильному нагреву, поэтому биохимические молекулы, споры растений и микроскопические частицы угля сохранили исходное строение. Это позволило ученым точно установить природу древних пожаров. Вопреки прежним находкам на Антарктическом полуострове, где возгорания связывали с вулканической активностью, здесь следов раскаленной лавы не обнаружили. Ближайшие вулканы находились в 400 километрах, а температура горения, вычисленная по отражательной способности фузинита (компонента угля, образующегося исключительно в пламени), составила всего 370–400 градусов Цельсия. Это однозначно указывает на низовые лесные пожары, медленно идущие по лесной подстилке, а не на выжигание потоком раскаленного пепла. Химический анализ подтвердил: горела смолистая древесина хвойных, а найденные в том же пласте кусочки янтаря — не что иное, как окаменевшая смола, которую деревья выделяли для защиты ран.

Сам факт регулярных пожаров во влажном приполярном лесу кажется парадоксальным. Среднегодовой уровень осадков здесь достигал 1120 миллиметров — климат, близкий к современным дождевым лесам Новой Зеландии. Однако три фактора делали возгорания неизбежными. Муссонный режим приносил основные дожди зимой, в период полярной ночи, тогда как лето было теплым и относительно сухим. Непрерывный солнечный свет месяцами высушивал опавшую хвою и мох. А атмосфера мелового периода содержала до 25–28% кислорода против нынешних 21%, что существенно снижало порог влажности, при котором растительность способна загореться. Источником огня служили грозовые молнии.

Анализ древесного угля под сканирующим электронным микроскопом показал, что горели деревья семейства подокарповых — древней группы хвойных, чьи современные родственники до сих пор растут в Тасмании. В пыльцевом спектре также обнаружили араукарии, древовидные папоротники и редкие покрытосеменные. Но самое важное открытие исследователи сделали при послойном анализе керна. Он наглядно продемонстрировал процесс, который биологи называют гидросеральной сукцессией — последовательную смену растительных сообществ по мере заболачивания низины.

В нижней части пласта доминировала пыльца древесных — родственников современных болотных деревьев. К верхней части керна картина радикально менялась: доля спор мха Sphagnumsporites, ископаемого предка сфагнума, резко возрастала, превышая 36% от всей найденной пыльцы и спор, с плотностью более 25 тысяч штук на грамм породы. Химический анализ подтвердил смену среды: уровень pH упал до 4,31, что характерно для верховых болот, питающихся только дождевой водой. Концентрация специфических восковых соединений сфагновых мхов и соотношение органического углерода к азоту окончательно подтвердили: здесь сформировался полноценный торфяник.

Ключевая деталь — пик концентрации древесного угля совпадает с периодом максимального развития сфагнума. Огонь работал не как разрушитель, а как регулятор. Низовой пожар температурой 370–400 градусов уничтожал молодые побеги хвойных, не давая лесу вернуть себе открытые пространства. Освободившиеся участки захватывали быстрорастущие папоротники и мох. Закрепившийся сфагнум впитывал атмосферную воду, выделял органику, понижая pH, и создавал кислородное голодание корней — среда становилась непригодной для прорастания семян деревьев. Пожар останавливал естественное возвращение леса и удерживал территорию в состоянии открытого болота, стимулируя накопление торфа.

Эта находка заставляет пересмотреть историю эволюции мхов. Самым древним надежным свидетельством существования сфагновых болот до сих пор считался Шенинген в Германии возрастом около 55 миллионов лет. Антарктический керн отодвигает время появления первых торфообразующих сфагновых экосистем на 35 миллионов лет в прошлое — до 90 миллионов лет. Более того, открытие опровергает гипотезу, построенную на анализе ДНК современных видов, согласно которой сфагнум развился в северных широтах и переселился в Южное полушарие лишь 15–20 миллионов лет назад. Керн доказывает: полноценные верховые болота с кислой средой и характерным пожарным циклом существовали на широте 73 градусов южной широты уже в середине мелового периода.

Значение находки выходит далеко за пределы палеоботаники. Современные торфяники занимают лишь 3% площади суши, но сосредоточивают около трети всего углерода, связанного в почвах планеты — больше, чем все леса мира вместе взятые. Когда торф осушается или сгорает, законсервированный углерод возвращается в атмосферу, усиливая парниковый эффект. Климатологов всерьез беспокоит состояние торфяников Сибири, Канады и Скандинавии, которые из-за потепления и засух горят все чаще. Материалы из скважины в Западной Антарктиде дают наглядную геологическую модель того, как экосистема торфяников ведет себя при концентрации углекислого газа свыше 1000 миллионных долей и полном отсутствии полярных ледников. Опыт позднего мела показывает: даже в экстремально теплом климате торфяники способны накапливать углерод миллионы лет подряд, а естественные пожары служат обязательной частью их жизненного цикла. Но эта стабильность сохраняется лишь до тех пор