Книга: История леса. Взгляд из Германии

II. Появление хвойных и лиственных лесов

II. Появление хвойных и лиственных лесов

Каменноугольные леса просуществовали на Земле не так уж долго. Вероятно, они могли расти только в определенных экологических условиях – при очень высокой влажности и равномерной высокой температуре, то есть в тропическом климате. Кроме того, им требовался ровный рельеф и близко подходящие к поверхности грунтовые воды, чтобы деревьям хватало воды. Наступление других видов растений, засуха или похолодание грозили им гибелью. Похолодание могло объясняться уменьшением количества углекислого газа в атмосфере и повышением процента кислорода. Изменение влажности воздуха на огромном участке суши, который сегодня относится к Центральной Европе, могло быть связано с перемещением континентов из близкого к экватору тропического пояса Земли в сторону субтропиков. Известно, что континенты на нашей планете меняют свое положение, хотя настолько медленно, что нам это даже трудно себе представить.

Одновременно с каменноугольными на Земле появились и другие типы лесов. К югу от тропиков с их гигантскими лесами простирался древний океан, известный под названием Тетис, а за ним, в южном полушарии, располагался континент Гондвана. В него входили обширные участки материков, знакомых нам сегодня как Южная Америка, Африка, Индия, Австралия и Антарктида. На территории этого гигантского континента также произрастали леса. Деревья в этих лесах были приспособлены к сезонному климату умеренных широт, их активный рост шел не в течение целого года, как в тропиках, а только в благоприятные сезоны – теплые и влажные. В это время деревья набирали высоту и толщину, то есть в них благодаря вторичному утолщению образовывались новые клетки. В неблагоприятные, холодные сезоны рост прекращался. В древесине дерева, которое активно растет только часть года, образуются годичные кольца. Их удалось обнаружить в окаменевших остатках деревьев карбонового периода из Гондваны. Там росли голосеменные растения, напоминающие современные хвойные, и голосеменные деревья или кустарники с листьями языковидной формы (глоссоптериды), а также хвощи и плауны. Часть Гондваны была занята ледниками – свидетелями длительных холодов. В особо суровые периоды, когда ледники наступали, площади лесов, очевидно, сильно сокращались. Стоит заметить, что в целом флора Гондваны просуществовала на Земле более долгий срок, чем флора каменноугольных лесов.

Праконтиненты распадались на части, сталкивались друг с другом, снова соединялись и вновь расходились. Если материковые массы держались вместе, то растения и животные развивались на них единообразно, а когда материки отходили друг от друга, на каждом из них возникали свои виды живых организмов. Миллионы лет «дрейфовали» континентальные массы через разные климатические пояса, и в выигрыше оказывались то одни, то другие виды растений и животных. В каждой климатической зоне создавались свои условия для развития лесов. В ровных теплых и влажных условиях тропического климата сохранялись деревья с несовершенными водопроводящими системами, здесь они разрастались, образуя каменноугольные леса. Их рост шел круглый год без паузы. В субтропиках ежегодно наступали периоды сухости, когда деревья, если бы в них продолжался фотосинтез, погибали от нехватки воды. Чтобы спастись от этого, деревья субтропических зон запасали воду или сбрасывали листья в сухие периоды. В климатических зонах, примыкавших к северному и южному полюсу, у деревьев также наступала фаза покоя. Кажется, причина здесь другая – не засуха, а холод. Однако суть проблемы в том, что вода, превращаясь в лед, делалась недоступной для растений, и для деревьев в умеренных зонах зима представляла собой особую форму засухи.

При движении континентов через различные климатические зоны создавались все новые и новые условия для селекции растений. Если климат менялся от тропического к субтропическому, то выживали только те растения, которые могли приспособиться к засушливым периодам, когда фотосинтез замедлялся или прекращался вовсе. В такие периоды прерывался и рост: если не идет фотосинтез, то прекращается поступление органических веществ, необходимых для постройки новых клеток. Безводные сезоны могли быть более или менее длительными. Когда они были очень продолжительными, некоторые виды или даже целые группы растений вымирали, а оставались только те, которые «научились» как можно полнее использовать короткий благоприятный период, наступавший после длительного засушливого. Если же климат долго оставался постоянным, живым организмам это, разумеется, шло на пользу. Но медленно, почти незаметно климат менялся, и указывает на это, в частности, исчезновение тех или иных видов растений в какой-то период истории.

Возможно, деревья Гондваны были лучше приспособлены к меняющимся климатическим условиям, чем деревья, которые росли в тропических каменноугольных лесах. Древовидные плауны впоследствии встречались все реже, в то время как древовидные хвощи и папоротники еще росли. Все большее пространство завоевывают хвойные деревья. В слоях мертвого красного лежня[14], образование которых началось около 270 миллионов лет назад, нашли окаменевшие остатки растения, похожего внешне на современную араукарию.

В медистых сланцах цехштейна[15], которые образовались на несколько миллионов лет позже, чем мертвый красный лежень, среди остатков хвойных обнаружили листья дерева, родственного гинкго[16]. Тогда климат над континентом, который сегодня образует Европу, был настолько сухим и даже пустынным, что деревья и тем более леса могли расти лишь в очень немногих местах. Однако кое-где встречались заросли кустарников. Палеоботаники смогли определить это по тому, что окаменевшие побеги хвойных растений были очень сильно разветвлены, что характерно скорее для кустарников, чем для деревьев.

Хвощи, остатки которых найдены в нижнем кейпере[17] (возраст – около 200 миллионов лет), образовывали густые заросли, по высоте превышающие человеческий рост. В окаменелостях их стебли наслаиваются друг на друга. Породы, в которых были обнаружены такие остатки, назвали тростниковыми песчаниками, потому что ученые ошиблись и приняли стебли хвощей за остатки тростника.

Постепенно, за миллионы лет леса заняли не только относительно влажные земли, но и более сухие. Там, где грунтовые воды залегали на большой глубине, росли в основном хвойные леса. Таких мест на Земле становилось все больше и больше, потому что шел процесс горообразования, и пласты горных пород постоянно передвигались. Леса, состоявшие в основном из хвойных, выглядели довольно монотонно, имели ровный зеленый цвет с некоторой примесью коричневого – цвета коры. Растений с яркими цветками в них не было. Не было и многих современных насекомых (бабочек, жуков, пчел), эволюция которых шла одновременно с эволюцией цветковых растений, в частности, через формирование симбиотических связей.

В середине мелового периода, начавшегося примерно 145 миллионов и закончившегося примерно 70 миллионов лет назад, произошла серьезнейшая перестройка всей флоры нашей планеты. «Внезапно» (с точки зрения геологии!) в окаменелостях появляются многочисленные покрытосеменные, то есть цветковые растения. Насколько «внезапным» было их появление в реальной жизни, не вполне ясно, вероятно, становление их шло в течение нескольких миллионов лет, что для долгой истории Земли составляет относительно короткий срок. Цветковые, части которых дошли до нас из верхнего мела, напоминают современные платаны, а также дубы, съедобный каштан, различные виды ив и восковницу[18]. Может быть, меловые цветковые и вправду были предками этих растений, однако с определенностью этого сказать нельзя, потому что время от времени в эволюции возникают сходные формы, которые родственниками не являются, например, горный клен и платан или ясень и рябина.

Вопрос о том, где и когда появились на Земле первые цветковые растения, к которым принадлежат и многие виды деревьев, давно и активно обсуждается палеоботаниками. Возможно, они возникли раньше, чем нам известно, но росли в относительно сухих регионах, где не могло сохраниться никаких окаменелостей. Свидетельство этому – зерна пыльцы, занесенные ветром в места образования слоистых осадков, то есть во влажные понижения. Не все палеоботаники, однако, согласны с такими предположениями. Как бы то ни было деревья из отдела цветковых обладали большим преимуществом перед другими деревьями. Их проводящая система уже тогда была совершенна. Мощные сосуды были способны прокачивать по стволу, от корней к листьям, гигантские объемы воды, так что дереву с крупными листьями ее хватало и на «полный ход» фотосинтеза. В тропических и умеренно теплых зонах даже на относительно сухих почвах цветковые растения с крупными листьями росли быстрее, чем хвойные с их мелкими иголками. По стволу хвойного дерева просто не может подниматься объем воды, необходимый для крупных листьев.

Окаменелости, найденные в верхних слоях меловых отложений, доказывают, что в то время цветковые преобладали также и вблизи морских побережий, на более влажных землях. Деревья росли не только на суше, но даже на морских мелководьях. По краям верхнемелового моря накапливался флиш – осадочная порода, которую геологи считают отложением мангровой зоны. В таких слоях идет активный процесс гниения, поэтому в разлагающемся иле сохраняются лишь очень немногие ископаемые остатки, а сам ил приобретает характерный цвет – от голубовато-серого до сине-черного, по которому геологи отличают флиш от других пород.

После мелового в истории Земли наступает период, называемый третичным[19]. Развиваются многочисленные виды растений, и именно в Центральной Европе остатки третичных растений находят особенно часто, столь же часто, как остатки из каменноугольных лесов. В Центральной Европе вновь образуются обширные угольные бассейны, например, залежи бурых углей, где в массовых количествах сохранились окаменелости. В ту же эпоху возник и янтарь, исследования которого тоже дают нам сведения о третичной флоре. Еще одна группа третичных отложений – молассы[20], то есть известняковые осадки со дна моря, которое в то время лежало на месте современных Альп.

В начале третичного периода в Центральной Европе росли сотни видов древесных растений. Некоторые из них имели «капельные» листья с вытянутой и заостренной для лучшего стока воды верхушкой. Растения с такими листьями характерны в первую очередь для тропических дождевых лесов. По этим находкам делают вывод, что европейские леса тогда росли в условиях, близких к тропическим, то есть тот континент, который сегодня образует Европу, располагался вблизи экватора. О том же свидетельствуют обнаруженные в третичных слоях Центральной Европы остатки пальм – растений, для которых характерно первичное утолщение. В их стволах не образуются годичные кольца, а это значит, что они не приспособлены к сезонным сменам климата. Если сегодня их выращивают в Европе, то зимой обязательно укрывают, спасая от холода.

Хотя Центральная Европа и лежала на широте тропиков, поначалу здесь формировались мощные запасы торфа – из богатых гумусом остатков отмерших растений и их фрагментов. В тропических зонах неразложившихся веществ обычно остается не так много, ведь при высоких температурах отмершие части растений очень быстро разлагаются, и гумус в почве накопиться не успевает. Это происходит только в условиях болот, то есть в плоских бессточных понижениях, где застаивается вода. Видимо, именно такие условия и сложились тогда на территории современной Центральной Германии и в Вилле – районе между Аахеном и Кёльном.

Среди покрытосеменных, встречавшихся в третичном периоде на территории Центральной Европы, были не только предки или близкие родственники дуба, грецкого ореха, клена и падуба, но и растения, характерные сегодня для тропиков и субтропиков – лавровые, например, коричный лавр, апельсины и лимоны. В залежах каменного угля находят наряду с сосной и остатки многочисленных других хвойных – болотного кипариса, Мамонтова дерева (секвойядендрона), туи и кипарисовика. На севере был широко распространен особый вид сосны – сосна янтарная. Из застывших капель ее смолы образовался янтарь. Это происходило вблизи тех мест, где янтарь находят сегодня, то есть в бассейне Балтийского моря и на его побережье, но не непосредственно там. Многие кусочки янтаря несут на себе следы обработки сильным течением ручьев и речек. Судя по этим следам, янтарь образовался в горах, а реки с быстрым течением перенесли его оттуда в море.

Если леса, из остатков которых сформировались буроугольные бассейны Центральной Германии, росли в тропическом или субтропическом климате, то на побережье Балтики, там, где была распространена янтарная сосна, преобладал скорее климат саванны с периодическими засухами. Поэтому можно предположить, что в центре Германии росли густые, сомкнутые леса, а на Балтике – светлые и редкие. Но прежде всего надо признать, что о лесах из янтарной сосны мы знаем слишком мало. Были ли это чистые сосняки или там встречались и другие виды?

В Южной Германии располагались обширные болота, по характеру напоминавшие, вероятно, современную дельту Миссисипи, ведь на месте Альп лежало глубокое Молассово море. Так что в третичном периоде существовало уже множество типов леса: леса на болотах; леса в зонах с тропическим климатом, где суточные колебания температур сильнее, чем сезонные; леса субтропиков, где господствовал климат с сезонной сменой температур. На южных склонах гор периоды засухи были более длительны, чем на северных, поэтому они были покрыты смешанными и лиственными лесами, а северные склоны – скорее хвойными. В более сухих регионах между отдельными участками леса простирались обширные безлесные пространства.

В более поздних фазах третичного периода в Центральной Европе росли не только предки или родственники всех современных деревьев, но и почти все виды, растущие сегодня исключительно в умеренных зонах других континентов и регионов. В последние несколько столетий такие деревья выращивают в европейских парках и садах в качестве экзотических. А в далеком третичном периоде в Европе рядом с тополями и ивами росли клены, калина, каркас (каменное дерево), бересклет, тюльпанное дерево и магнолия, с липами соседствовали земляничные деревья, а с буками, дубами, вязами и грабами – айлант (китайский ясень).

Видов с «капельными» листьями в течение третичного периода стало меньше, им на смену пришли деревья с перистыми, раздельными или вырезанными листьями, которые принято считать типичными видами умеренных широт. Из этого можно сделать вывод, что климат в Центральной Европе становился холоднее. Предполагается, что европейский континент двигался из зоны, близкой к экватору, в направлении Северного полюса. Но и тогда здесь было еще гораздо теплее, чем сейчас, и в конце третичного периода в наших широтах росли магнолии, гинкго, болотные кипарисы и тюльпанное дерево. Морозы случались редко.

Постепенно континенты занимали сегодняшнее положение и приобретали современные очертания. Отошли друг от друга Европа и Америка, Евразия объединилась с некоторыми частями бывшей Гондваны, в Европе и Азии сформировались высокие горные системы – Альпы и Гималаи. Обмен флорой между Америкой, с одной стороны, и Евразией и Африкой – с другой, надолго прервался. Особенно далеко отошли друг от друга тропические участки континентов. В арктических зонах, где расстояния между материками были не так велики, семена или плоды с помощью воды или животных легче попадали из одной части света в другую, так что растение – житель высоких широт Старого Света – могло иметь предков или потомков в Новом Свете и наоборот. Но в целом флора и фауна двух «миров» развивались начиная с того времени отдельно друг от друга. Правда, разница между ними не так велика и сегодня, что служит доказательством того, что полное разобщение континентов произошло относительно недавно. Евразийские горные хребты постепенно стали играть роль естественных границ между тропиками и субтропиками с южной стороны и умеренными зонами – с северной. В Северной Америке и Восточной Азии столь резкая граница не сформировалась, там наблюдается постепенный переход от субтропиков к умеренной зоне – то есть сохраняется положение, какое было в Европе третичного периода, когда растения умеренных зон и субтропиков росли рядом друг с другом.

Не только очертания материков и горных хребтов постепенно приближались к современному состоянию: то же происходило и с растительными формами. В конце третичного периода они уже были практически идентичны современным, так что палеоботаники относят ископаемые растения, листья, плоды, пыльцевые зерна и семена которых они находят, к современной флоре. Третичные и сегодняшние растения считаются представителями одних и тех же групп. Означает ли это, что можно с успехом скрестить третичный бук и бук современный, мы не знаем. Это было бы так, если оба эти растения принадлежали бы к одному и тому же виду. Однако такое предположение основано исключительно на внешнем сходстве окаменевших остатков и растений, живущих сегодня, так что с уверенностью отнести их к одному виду нельзя. Тем не менее вполне вероятно, что «буки» третичного периода – непосредственные предки современных буков.