Космос. Все о звёздах, планетах, космических странниках
Шрифт:
Известный отечественный исследователь массовых вымираний в истории Земли профессор МГУ А.С.Алексеев произвёл оценку «потерь» в эпоху мел-палеогенового кризиса для 9 групп животных, включая динозавров, кораллы, моллюсков, морских звёзд и морских лилий, костистых рыб — всего 3838 видов. Оказалось, что 90% видов этих животных исчезло. Всего же в кризисный период вымерло около 50% родов. Массовое вымирание организмов оказалось столь катастрофическим, что только лишь спустя 12–15 млн. лет разнообразие живых организмов на Земле стало увеличиваться.
Такое поистине великое вымирание можно объяснить только глобальной катастрофой. Наиболее естественным учёным казалось следующее объяснение: гибель гигантских рептилий наступила из-за начавшегося как раз в это время очередного периода оледенения и связанного с ним резкого снижения температуры. Поскольку пресмыкающиеся ящеры, в отличие от теплокровных млекопитающих, не могут поддерживать постоянную температуру тела, наступившие холода привели их к гибели. Все, казалось бы, логично. Но дело в том, что «кладбища» динозавров находят и в отложениях, которые могли накопиться только в районах с тёплым и влажным климатом. Массовое кладбище с окаменелостями сотен тысяч ископаемых существ обнаружили палеонтологи в американском штате Юта. О сенсационном открытии ученые сообщили в журнале «Nature» 5 мая 2005 г. Множество оригинальных находок и реконструкций древних обитателей Земли теперь можно видеть в экспозиции Музея естествознания Университета Юты.
Некоторые исследователи высказывали предположение, что вымирание динозавров связано с геологическими катастрофами — землетрясениями и вулканическими извержениями, которые привели к климатическим изменениям, гибельным для гигантских пресмыкающихся. Но наука не знает случаев глобальных геологических катастроф такой мощности.
По мнению других учёных, всему виной — конкурентная борьба видов за существование, в ходе которой более «продвинутые» и приспособленные к меняющимся условиям млекопитающие «победили» неповоротливых «отсталых» гигантов. Но до настоящего времени в природе сосуществуют и млекопитающие, и пресмыкающиеся.
Сегодня многие специалисты считают причиной этих глобальных потрясений падение на Землю астероида.
Известный физик лауреат Нобелевской премии Луис Альварес из Калифорнийского университета вместе со своим сыном — геологом Уолтером Альваресом исследовали глинистые отложения тех времён, взятые в районе итальянского городка Губбио. Результат оказался поразительным: содержание иридия в 30 раз превышало его концентрацию в выше и ниже лежавших породах. Иридий постоянно поступает к земной поверхности с метеорным веществом и метеоритами. Но здесь его содержание оказалось аномально высоким. Свою гипотезу о космической природе вымирания динозавров, подкреплённую результатами исследований, Альваресы опубликовали в 1980 г. Ещё до американских исследователей голландские геохимики Я. Смит и И. Хертоген в тех же пограничных слоях мелового и палеогенового возраста в Испании обнаружили повышенное содержание иридия и осмия. Причём в глинах, относящихся к тому же геологическому времени, которые были доставлены из Испании и позднее из Бельгии, иридия оказалось больше уже в сотни раз!
Расчеты учёных позволили представить возможный сценарий катастрофы.
65 млн. лет тому назад в Землю с космической скоростью врезалось небесное тело диаметром около 10–15 километров. Вызванный этим взрыв выбросил в атмосферу «гриб» вещества по массе в 100 раз больший массы упавшего тела. Этого было достаточно, чтобы в стратосфере Земли образовался непрозрачный слой пыли и капелек серной кислоты, который почти перекрыл доступ к поверхности солнечного тепла и света. Планета на несколько месяцев, а может быть, и лет погрузилась в ночную тьму. Взрыв мог привести также к разрушению озонового слоя и к заражению окружающей среды окислами азота. В итоге погибла большая часть растений, служивших пищей для травоядных, которые поэтому также почти все вымерли. Гибельная цепь привела к смерти многих хищников. Мы видим, что вымирание происходило по пищевым цепям. Выжили лишь немногие виды мелких животных — млекопитающих, птиц, червей, насекомых, питавшихся продуктами разложения и друг другом. Именно сохранившиеся млекопитающие вскоре заселили нашу планету.
Чтобы установить место падения астероида, вызвавшего катастрофу, надо было отыскать астроблему подходящего размера и возраста. Учёным со временем как будто удалось это сделать. Оказалось, что несколько кратеров претендуют на роль «спусковых механизмов» великого массового вымирания. Большинство учёных, занимающихся этой проблемой, считают, что кратер подходящего размера и возраста — Чиксулуб. Эта кольцевая структура выявлена в 1990 г. на севере полуострова Юкатан в Мексике вблизи деревни Чиксулуб. Астроблема Чиксулуб в наше время на земной поверхности почти не выделяется. Древний кратер давно укрыт позднейшими отложениями горных пород, а его северная половина к тому же находится под водами Мексиканского залива. Однако с помощью разнообразных, прежде всего космических методов удалось выяснить его структуру и примерные размеры.
Принято считать, что диаметр кратера около 200 км. Однако разные специалисты определяют вероятные размеры кратера от 180 до 300 км. Дно кратера сейчас оказалось под слоями известняка на глубине от 300 до 1000 м. Истинные размеры кратера Чиксулуб до настоящего времени являются предметом дискуссии учёных.
В любом случае энергия взрыва, способная «вырыть» такой огромный кратер, была достаточной, чтобы вызвать изменения в природе, которые привели к массовому вымиранию живых организмов. Мелпалеогенный возраст кратера был с достаточной точностью определён изотопным методом. Некоторые геологи считают, что в результате того удара образовался весь Мексиканский залив. Как оказалось, с границей мел-палеогена по возрасту совпадают ещё три кратера. Второй крупной кольцевой структурой примерно такого же возраста является Карский кратер, расположенный на севере Пай-Хоя на Полярном Урале. Его размер с учётом кольцевых террас 120 км. Возраст кратера, определённый разными методами, от 64,4 до 65,5 млн. лет. Есть ещё два кратера меньшего размера — Мэнсон в США (35 км) и Болтыш на Украине (24 км). Найдены несколько небольших астроблем примерно того же возраста поперечником всего несколько километров. Быть может, несколько импактных событий, случившихся в разных местах Земли, внесли свой вклад в глобальную катастрофу конца мелового периода.
У гипотезы глобальной космической катастрофы есть веские подтверждения. Слой отложений с высоким содержанием иридия обнаружен на границе мелового и палеогенового периодов не только в странах Европы, но и на дне Балтийского моря, Атлантического океана, а также в противоположном полушарии — в Новой Зеландии.
Много интересной информации появилось в результате исследования материала, извлечённого при бурении скважины в южной части Атлантического океана. Выяснилось, что на рубеже мел — палеоген резко снизилась биологическая продуктивность океана. Исследование слоя, обогащенного иридием, показало, что после импактного события среднегодовая температура упала на 8 °С. В дальнейшем примерно на 50 000 лет наступил период медленного повышения температуры на 2–10 °С. При таком изменении температурных условий в течение десятков тысяч лет могло случиться сравнительно быстрое вымирание фаунистических групп, включая динозавров.
К настоящему времени уже в полутораста пунктах обнаружено повышенное содержание иридия — этого своего рода «космического маркера». К тому же в этих местах не только содержание иридия, но и концентрация других элементов платиновой группы во многие десятки раз превышает уровень их обычного присутствия в земных отложениях. Обнаруженная концентрация соответствует «загрязнению» осадков метеоритным веществом на 5–7%. По мнению большинства специалистов, катастрофный слой представляет собой осаждённую пыль, поднятую в атмосферу взрывным ударом кометы или астероида.
На основании данных о концентрации иридия в отложениях рубежа мел — палеогена учёные пытаются определить массу тела, вызвавшего катастрофу. Ведь пределы содержания редкоземельных элементов в метеоритах разного типа хорошо изучены.
Задача осложнялась тем, что концентрация иридия в пограничном глинистом слое в разных местах различна, а порой даже опускается до нуля. Чем объяснить такие различия?
Пограничный горизонт
Геологические свидетельства мел — палеогеновой катастрофы подробно и комплексно рассмотрел профессор МГУ А.С. Алексеев. Пограничный слой между мелом и палеогеном уникален своей распространённостью по всему земному шару. Слой прослеживается в геологических разрезах на всех материках и в отложениях дна всех океанов. Обычно это очень тонкая прослойка, мощность которой измеряется миллиметрами и сантиметрами. В редких случаях она достигает полуметровой толщины. Чаще всего этот слой сложен чистой глиной или глинистым известняком, а также мергелем, который содержит до 50% той же глины. Поэтому многие учёные называют эту прослойку «пограничный глинистый горизонт» — ПГГ. ПГГ имеет чаще всего чётко выделяющееся ровное основание или, как говорят геологи, резкую подошву. Если нижняя часть слоя — тонкие глины, то вверх растёт доля карбонатов — известняка, мергеля, мела.
ПГГ уникален несколькими особенностями. Наивысшая концентрация иридия наблюдается у подошвы ПГГ. Повышено содержание и других элементов — группы платины, никеля, кобальта, золота, мышьяка, меди, цинка, хрома, титана, ванадия. Их соотношение почти такое же, как и в космических телах. Учёные не сомневаются, что это часть рассеянного вещества взорвавшегося астероида.
Есть в ПГГ мельчайшие (до 0,6 мм) зёрна кварца и полевого шпата также ударного происхождения. Такие же зёрнышки находят в астроблемах и воронках от ядерных взрывов. В отдельных разрезах ПГГ находят сфероиды (сферулы) — шарики диаметром до 2 мм, аналогичные тем, что обнаружены в районе Тунгусской катастрофы. Они представляют собой застывшие пары импактного взрыва. Другой характерной особенностью отложений ПГГ во всех странах Северной Америки является содержание в них мельчайших кристалликов алмазов взрывного происхождения. Они также повторяют иридиевую аномалию.
Очень важным для понимания последствий взрыва было обнаружение сажи — мелких частичек чистого углерода, объединённых в пористые пылинки и мельчайшие шарики. Существенно, что сажевые включения в ПГГ распространены по всей планете. Причём сажи здесь сконцентрировано в несколько раз больше, чем в соседних слоях. Масса сажи так велика, что её возникновение могло быть вызвано штормовыми пожарами, начавшимися после взрыва астероида. Такое количество сажи могли дать пожары, в которых сгорело до 10% от современного уровня биомассы.
Различная концентрация иридия в разных местах может быть обусловлена как минимум двумя причинами:
— во-первых, воздушные массы вряд ли равномерно могли рассеять по планете испарившееся при взрыве вещество «ударника»;
— во-вторых, отложения продуктов взрыва в некоторых местах наверняка в дальнейшем были вскрыты водой или ветром, а потом ими же снесены к новому месту осадконакоплений. Этим же, скорее всего, можно объяснить залегание переотложенного слоя иридия в более поздних горизонтах.