Чтение онлайн

Глава 10.

МИРОВЫЕ КАТАСТРОФЫ

Все границы между эрами, периодами и даже более тонкими подразделениями шкалы геологического времени определяются на основании резких изменений в каменной геологической летописи. Как мы уже видели в предыдущих главах, как палеозойская, так и мезозойская эры закончились крупными массовыми вымираниями, в которых большое количество существовавших видов было стерто с лица Земли. Трудно не прийти к заключению, что это были времена чрезвычайных условий для всей жизни на Земле. Хотя эти факты давно были известны геологам и много было написано о возможных причинах таких событий, вся тема массовых вымираний в целом получила неожиданный поворот в 1980 году. Именно тогда Луис Альварес, физик и нобелевский лауреат из Калифорнийского университета в Беркли, в совместной работе с рядом коллег-геологов, среди которых был и его сын, открыл доказательства в пользу внеземной причины массового вымирания, происшедшего в конце мелового периода.

УДАР ПО ЗЕМЛЕ НА ГРАНИЦЕ МЕЛОВОГО И ТРЕТИЧНОГО ПЕРИОДОВ

Дымящееся ружье, которое они обнаружили, могло сначала показаться несколько неясным. Альварес и его сотрудники обнаружили в океанских осадках, отложившихся точно на границе мезозойской и кайнозойской эр, аномально высокое содержание редкого элемента иридия. Хотя фактическое количество обнаруженного ими иридия было невелико, оно оказалось в 100 раз больше, чем было обнаружено непосредственно выше и ниже этой границы.

Но какое это имеет отношение к внеземной причине вымираний? Оказалось, что самое непосредственное. Подобно своим более известным родственникам золоту и платине, иридий относится к «благородным» металлам и не очень охотно реагирует с другими веществами. Он, кроме того, очень редко встречается в земной коре. Его редкость связана с тем фактом, что он легко образует сплавы с железом, так что когда формировалось земное ядро, большая часть иридия, существовавшего на нашей планете, была захвачена погружающимся расплавленным железом, и сейчас главная его масса находится в ядре. Но вспомним, что большая часть метеоритов, падающих на Землю, относится к типу хондритов, о которых говорилось в главе 2, — кусков мелких астероидов, которые никогда не подвергались всепланетному процессу перестройки с образованием ядра. В силу этой особенности своей истории хондриты сохранили свое изначальное содержание иридия. Концентрация этого элемента в них приблизительно в 10 000 раз больше, чем в большинстве частей земной коры. Столь огромное содержание иридия в хондритах делает этот металл очень чувствительным индикатором поступления на поверхность Земли внеземного материала. Во время столкновения с Землей крупные метеориты полностью испаряются, в результате чего содержащийся в них иридий рассеивается во все стороны. За очень короткое по геологическим масштабам время он вымывается из атмосферы и оседает на морском дне, оставляя узкую полосу осадков с высоким содержанием иридия, которые медленно накапливаются на дне океанов. В силу относительной химической инертности иридия эта запись в геологической летописи сохраняется без особых искажений даже на протяжении геологических эр.

Массовое вымирание в конце мезозоя отмечает границу между меловым и третичным периодами, часто сокращенно называемую «К-Т»-границей (буква «К» давно используется в качестве символа отложений мелового периода на геологических картах и схемах. Она происходит от немецкого названия мелового периода — Kreidezeit — и служит для различия этого периода и других, название которых также начинается с латинской буквы С, как, например, кембрий — Cambrian). Именно в относящихся к этой границе отложениях из нескольких различных, далеко удаленных друг от друга местностей Альварес и его коллеги обнаружили высокое содержание иридия. Основываясь на своих первоначальных измерениях, они вычислили, что такое обогащение иридием мог вызвать только астероид (или, может быть, комета) диаметром около 10 километров, и высказали предположение, что последствия столкновения Земли с таким космическим телом и могли вызвать массовое вымирание на границе мела и третичного периода. Это открытие поразило научный мир — а также популярную прессу — словно взрыв бомбы. Во-первых, что могло быть более захватывающим и «научно-фантастическим» явлением, чем массовая гибель динозавров в результате столкновения Земли с астероидом? Во-вторых, хотя десятикилометровый астероид и не кажется особенно большим в сравнении с Землей, последствия такого удара являются просто умопомрачительными.

Теоретики весьма подробно рассчитали последствия падения астероида на Землю. К счастью, до сих пор за историческое время не было отмечено падения на землю объектов, даже отдаленно приближающихся к 10 километрам в диаметре. Эти вычисления основываются на экспериментах с телами гораздо меньшего размера, а также на наблюдениях над разрывами бомб. Хотя без них человечество было бы гораздо богаче, все же иногда оружие массового поражения приносит науке кое-какую пользу. Что касается причин вымирания, то Альварес с коллегами указали только на одно последствие падения крупного объекта — окружающее всю землю облако пыли, выброшенное в результате столкновения. Они отметили, что эта пыль закрыла бы поверхность Земли от света Солнца и на несколько лет прекратила бы фотосинтез, что привело бы к гибели растений и большей части пищевой цепочки, то есть всего, чье питание зависит от него. Оно вызвало бы также резкое охлаждение затененной поверхности нашей планеты. Но кроме того, последовали бы и другие, не менее серьезные явления. Например, сейсмические волны, возбужденные сначала самим астероидом, а затем падением скалистых выбросов, вызванных ударом, пройдя через атмосферу, вызвали бы быстрое нагревание последней и сильнейшие атмосферные бури. Азот и кислород — два самых главных по объему компонента нашей атмосферы, — соединившись в результате реакции, обусловленной высокой температурой, образовали бы окислы азота, которые, в свою очередь, растворившись в атмосферной воде, привели бы к выпадению азотнокислого дождя, более едкого и повсеместного, чем все, что вызвано человеческой деятельностью. Нагревшаяся в результате удара атмосфера обусловила бы сильнейшее высыхание растительности в мировом масштабе, сделав ее весьма восприимчивой к огню или даже создав источники воспламенения. Эдуард Андерс и его коллеги из Университета Чикаго обнаружили большое количество частиц сажи в осадках, относящихся к границе К-Т, которые они интерпретируют как результат почти повсеместных, может быть и глобальных, пожаров, непосредственно связанных со столкновением. В осадках сохранились и свидетельства о грандиозных цунами — огромных океанских волнах, которые в принципе могли достигать нескольких километров в высоту, если удар пришелся на океан. Фактически возможные последствия удара астероида на границе мел — третичный период являются до такой степени разрушительными, что некоторые геологи вслух удивляются тому факту, что так много видов животных и растений смогло пережить эту катастрофу. И неудивительно — по оценкам специалистов, энергия, освобожденная при столкновении, была приблизительно в 10 000 раз больше энергии всего мирового арсенала оружия.

Честно говоря, следовало бы отметить, что есть ученые, не принимающие гипотезу о столкновении Земли с астероидом. Но эта оппозиция все больше отступает по мере накопления новых фактов за годы, прошедшие со времени открытия Альвареса. Оказалось даже возможным определить с некоторой уверенностью тот кратер, который образовался в результате столкновения. Это оказался кратер Чикхулуб на полуострове Юкатан в Мексике. Этот кратер в настоящее время нелегко узнать с поверхности, поскольку за 66 миллионов лет, прошедших с конца мелового периода, он был заполнен осадками. Тем не менее геофизические исследования очень четко показывают существование большого погребенного кратера круглой формы, а бурение в этом районе обнаружило когда-то расплавленные и частично расплавленные породы, типичные для ударных кратеров. Определение абсолютного возраста проб из этого материала показало, что столкновение приходится точно на одно из самых крупных вымираний на границе между мелом и третичным периодом. Это совпадение во времени оказалось слишком точным, чтобы его можно было признать случайным.

Поскольку кратер Чикхулуб не выходит на поверхность, точные его размеры остаются пока неизвестными, но недавние исследования гравитационного поля в кратере и его окрестностях показывают, что размеры его достигали 300 километров в диаметре. Конечно, обломки его центральной части были выброшены на окружающие территории. Крошечные зерна мелко раздробленных минералов, обладающие явными особенностями пород, окружающих район кратера Чикхулуб, были найдены в слоистых осадках, соответствующих К-Т-границе, в местах, удаленных от кратера на тысячи километров.

Таким образом, есть много фактов, подтверждающих гипотезу столкновения. Но, по-видимому, самым сильным доводом в ее пользу остается избыток иридия, обнаруживаемый глобально во всех достаточно полных разрезах, проходящих через указанную границу. Эту особенность геологического разреза очень трудно объяснить, не прибегая к гипотезе о внезапном и мощном поступлении на Землю внеземного вещества. Независимо от того, является ли столкновение с космическим телом причиной некоторых или всех зафиксированных вымираний на границе К-Т, кажется неизбежным вывод, что в самом конце мелового периода, или около 66 миллионов лет назад, Земля столкнулась с каким-то большим космическим телом.

ДРУГИЕ ФАКТОРЫ ВЫМИРАНИЯ

Хотя гипотеза о столкновении привлекла много внимания к вымиранию на границе мела и третичного периода, по количеству вымерших видов это событие кажется не таким значительным на фоне вымираний, произошедших в конце палеозоя. Палеонтологи давно признали их огромный масштаб, но волнение, вызванное спорами вокруг границы К-Т, привело к возобновлению интереса к явлениям массового вымирания вообще и к вымираниям, случившимся на границе перми и триаса в частности. Как это ни кажется невероятным, но около 90 процентов видов, живших в конце пермского периода, исчезли уже в начале триаса. В то время жизнь на Земле не отличалась таким разнообразием, как в конце мезозоя, и ископаемые остатки организмов менее полны, но последние работы показали, что обитатели суши не были так уж безразличны к опустошению. В частности, насекомые — группа, которая не так сильно пострадала на границе между мелом и третичным периодом, как другие, — обнаруживает резкое уменьшение разнообразия на границе перми и триаса. И тем не менее, несмотря на тщательные поиски, не было обнаружено признаков падения астероида в то время. Следовательно, причиной этого вымирания должны были быть другие процессы. Кажется, что жизнь на Земле является в некоторых отношениях весьма хрупким образованием и может быть уничтожена несколькими способами.

Скорость вымирания морских организмов (в процентах от количества вымерших биологических семейств) очень резко колебалась на протяжении последних нескольких сот миллионов лет. Наибольшая скорость совпадает с границами между геологическими периодами. Приведено с изменениями по рисунку 1 из статьи Д. М. Рауп и Дж. Дж. Селкоски в журнале «Сайенс», том 231, стр. 832. Американская ассоциация за прогресс в науке. Используется с разрешения.

Полезно вспомнить, что крупные массовые вымирания, подобные случившимся на границах мела и третичного периода или перми и триаса, происходят на фоне текущих вымираний, являющихся нормальной особенностью эволюции. Что отличает события массового вымирания, так это драматическое возрастание скорости, с которой происходит вымирание, и их глобальный характер. Границы между подразделениями шкалы геологического времени, определенные первыми геологами, фиксируют моменты в истории Земли, когда произошли крупные по масштабу, резкие и широко распространенные изменения. Они определялись чисто качественным образом: старые формы исчезали, новые занимали их место, а граница проводилась посредине. Современный, более строгий анализ ископаемой летописи использует статистику для оценки скоростей, с которыми появляются и исчезают группы животных и растений. Эти исследования осветили пять или шесть действительно крупных вымираний, каких следовало бы ожидать, если бы столкновение с каким-нибудь космическим телом, которое представляет собой поистине мгновенное событие, играло роль в вымираниях. И если причины большинства массовых вымираний являются гораздо более земными, чем столкновение с внеземным объектом, то, может быть, кое-что можно узнать о них путем изучения того, что известно о подоплеке «нормальных», постоянно происходящих вымираний. В отношении последних существует целый ряд примеров из настоящего и из сравнительно недавнего прошлого, которые дают нам совершенно однозначную информацию о причинах. Прежде всего здесь играют роль климатические изменения, даже очень тонкие. Например, в наши дни в пустынях южной Калифорнии существуют виды мелких рыб, которые выживают только в нескольких изолированных оазисах. Если они не будут защищены человеком, то они скоро вымрут. Несколько тысяч лет назад, в более водообильные для этого региона времена, эти рыбы процветали в больших озерах, существовавших там, — как и индейцы племени кахуилла, кочевавшие в окрестностях этих озер.

Существуют сильные косвенные доказательства того, что в основе некоторых крупных вымираний прошлого лежат климатические изменения. Конкуренция, особенно конкуренция из-за пищи, является второй причиной вымирания, хотя вряд ли она являлась преобладающей причиной при массовых вымираниях. Некоторые ученые возражали против того взгляда, что конкуренция явилась причиной подчиненной роли млекопитающих в течение мезозоя. Хотя их эволюция как бы приостановилась в начале этой эры, они смогли захватить господствующее положение только после исчезновения динозавров, то есть почти 200 миллионов лет спустя. В историческое время неизбежное или даже планируемое внедрение чуждых видов человеком часто приводило к упадку, а иногда и к полному исчезновению туземных популяций как растений, так и животных из-за конкуренции. Стоит привести здесь в качестве примера почти полное вымирание туземных австралийских сумчатых, начавшееся, когда человек впервые появился на этом континенте.