Чтение онлайн

Возвращаясь к самому событию на границе K/T, рассмотрим предположения о природе тела, рухнувшего тогда на Землю. Вслед за “главным” телом примерно через три месяца на Землю (Северо-Восток современных США) упало тело меньших размеров, образовавшее кратер размером 30 км. Кратеры размером 20-100 км, которые датируют примерно тем же сроком, обнаружены в Канаде, в Северном море (Stewart and Allen, 2002) и в России (Карская астроблема). Можно предположить, что все упавшие тогда на Землю тела имеют общее происхождение. Они могли входить в ядро кометы, вторгшейся во внутренние области Солнечной системы и, возможно, ставшей на какое-то время спутником Земли. Эта гипотеза нашла неожиданное подтверждение в исследованиях геохимиков. В осадочных породах, расположенных по обе стороны “метеоритного” слоя на границе К/Т, было отмечено повышенное содержание -аминоизо-масляной кислоты и рацематного изовалина – двух аминокислот, которые исключительно редко встречаются на Земле, но относятся к главным органическим компонентам углистых хондритов и комет (Zhao and Bada, 1989). Указанные “внеземные” аминокислоты присутствуют в осадочных породах на расстояниях до 1 м по обе стороны от границы (слоя) K/T. Высказывалось предположение, что столь значительное удаление объясняется диффузией из слоя K/T аминокислот, принесенных на Землю самим упавшим телом. В таком случае именно в слое K/T аминокислоты присутствовали бы в максимальном количестве. Однако в этом слое аминокислоты вообще не обнаружены. Более правдоподобным является предположение, что материал, содержащий указанные аминокислоты, стал выпадать на Землю за 50 тыс. лет до самого импакта. А потом (после импакта) это выпадение продолжалось еще почти столько же времени. Так могло быть, если крупная комета пришла во внутреннюю область Солнечной системы и своим газопылевым хвостом перекрыла Землю. Следует полагать также, что комета больше не удалялась на большое расстояние и оставалась в сфере влияния Земли около 50 тыс. лет. Значительная часть материала перекачивалась из тела кометы в ее хвост, поддерживая его достаточно плотную консистенцию. Аминокислоты могли переходить из тела в хвост кометы, но могли также быть синтезированы из предшественников на пылевых частицах непосредственно в хвосте (Zahnle and Grinspoon, 1990). Постепенно тело кометы убывало и, наконец, разделилось на несколько фрагментов. Некоторые из них (а возможно, и все) упали на Землю. Кратер, обнаруженный на Юкатане, может принадлежать самому крупному фрагменту той кометы. За 160 млн лет до этого события Земля также столкнулась с фрагментами крупной кометы или астероида. На это указывает серия кратеров, образованных телами, имевшими близкие траектории (Spray et al., 1998). Их возраст 215–200 млн лет. Не менее пяти тел упали тогда на Землю за короткий промежуток времени, возможно, в течение считанных часов. Похожее событие произошло уже в наше время, но, к счастью, не на Земле. В июле 1994 г. разделившаяся на два десятка фрагментов комета Шумахера-Леви столкнулась с Юпитером. Это событие транслировалось на Землю с помощью космического корабля. Фрагменты кометы, бомбардировавшие Землю на границе K/T, до падения находились на околоземных орбитах и продержались на них разное время. Поэтому всё событие заняло месяцы или годы. Оно не могло быть длительным в геологическом масштабе, т. к. на границе K/T обнаруживается только один импактный слой. После падения кометы на орбите осталось представлявшее ранее хвост кометы пылевое облако, которое продолжало оседать на Землю еще несколько десятков тысяч лет. Тот факт, что в самом импактном слое на границе K/T “внеземные” аминокислоты не обнаружены, легко объясним. Этот слой сформировался очень быстро из выброшенных из кратера (кратеров) пород, где присутствовал и материал тела кометы. Однако органические соединения, в том числе аминокислоты, присутствовавшие в падавшем с большой скоростью осколке кометы, были неизбежно разрушены из-за сильного разогрева тела при прохождении атмосферы и, главное, при его столкновении с Землей. Поэтому аминокислоты, выпадавшие с постоянной для того периода скоростью с материалом кометного хвоста, оказались сильно разбавленными именно в этом практически мгновенно сформировавшемся слое. Таким образом, столкновения Земли с фрагментами разрушившейся кометы следует признать наиболее вероятной причиной кризиса, обозначившего границу K/T (см. также Bottke et al., 2007). Возможно, не все эпизоды этого события установлены, так как какие-то даже очень крупные кратеры, в частности те, которые покоятся под толстыми наслоениями океанического дна, еще не обнаружены.

Зададимся вопросом, какие эффекты, вызванные мощным импактом, ведут к глобальному кризису. Первоначально главным следствием падения крупного тела считался взрыв и выброс в околоземное пространство, помимо раздробленного материала метеорита, большого объема земных пород. Подсчитано, что Юкатанский метеорит “выбросил” в атмосферу и стратосферу Земли тысячи кубических километров породы (свыше триллиона тонн). Мощнейший взрыв вызывает землетрясения, расколы земной коры, истечения лавы, цунами. Выброс материала на месте образовавшегося кратера существенно понижает давление на нижележащие расплавленные, но обычно твердые (из-за высокого давления) слои. Снижение давления переводит расплавы в жидкое состояние, что вызывает их выход на поверхность в форме лавы. Лава, а также расплавленные при ударе и разлетевшиеся на сотни километров фрагменты породы вызывают быстрые пожары не только в окрестностях падения космического тела, но и на значительном удалении от кратера. Выброшенный в стратосферу материал формирует вокруг Земли слой, который препятствует проникновению на нее солнечного света и тепла, вследствие чего наступают глобальная ночь и зима. Не только суша, но и многие водоемы покрываются слоем льда. Ночь и похолодание продолжаются до тех пор, пока выброшенные взрывом породы не осядут на Землю. Присутствие сажи в обнаруженных в разных точках планеты участках тонкого слоя осадков, обусловленных импактом, подтвердило предположение не только о локальных (в зоне импакта), но и глобальных пожарах. Возникновение глобальных пожаров представляется неизбежным, если учесть, что перешедшие на околоземные орбиты глыбы при возвращении на Землю через атмосферу разогреваются до нескольких сотен градусов (Wolbach et al., 1988). В этих условиях основная часть растительности гибнет (семена сохраняются лучше). Благодаря дегазации вышедшей на поверхность лавы и из-за пожаров в атмосфере Земли многократно возрастает концентрация сероводорода, окислов углерода и других, в том числе ядовитых, газов и падает содержание кислорода. Однако на самом деле последствия столкновения Земли с крупным телом не ограничиваются описанными выше эффектами. Т ак, если удар космического тела пришелся по морским осадочным породам, то в атмосферу поступит дополнительно большое количество сульфата и двуокиси углерода, вследствие чего прольются кислотные дожди. Присутствие в атмосфере сульфатного аэрозоля может снизить прозрачность атмосферы для солнечных лучей на 80 %, что вместе с другими отмеченными выше факторами способно вызвать похолодание на многие годы (Pope et al., 1997b). Падение крупного тела может также привести к ослаблению или полному исчезновению озонового слоя. Воздействие на озоновый слой вызвано тем, что в сжатом слое разогретого воздуха, который движется перед пролетающим через атмосферу телом, кислород и азот вступают в химическое взаимодействие, образуя окись азота (NO). NO активно взаимодействует с озоном (О3), отнимая у него атом кислорода. Именно этот эффект наблюдался в июне 1908 г., когда в атмосферу Земли залетело небольшое тело (70-100 м), которое взорвалось, не достигнув поверхности в районе реки Тунгуски. По свежим следам измерения озонового слоя не проводились. Измерения, проведенные в Калифорнии в следующем, 1909-м, году, обнаружили, что содержание озона в озоновом слое ниже обычного на 20 %. Восстановление озонового слоя заняло около 2-х лет. Очевидно, что пролет тела размером несколько километров через атмосферу грозит полным исчезновением озонового слоя и значительно большим сроком его восстановления. Весь этот срок обитатели Земли подвергаются усиленному воздействию ультрафиолетовых лучей. Кардинальное изменение среды обитания и связанное с ним нарушение пищевых цепей приводят к массовым вымираниям животных. Вследствие малых размеров Тунгусское тело не вызвало даже в ослабленной форме многих описанных выше событий, которых следует ожидать при падении на Землю крупного тела.

Казалось, описанные выше эффекты так и останутся хоть и реалистичными, но все же предположениями, по крайней мере, до падения очередного крупного тела, при условии, что человечество сможет пережить это событие. Однако некоторые данные, которые можно рассматривать как прямые, все же получены. К ним относится доказательство реальности похолодания, вызванного K/T-импактом и даже определение его сроков. В США (штат Вайоминг) были вскрыты донные отложения водоема, существовавшего в тот период (Wolfe, 1991). В этих отложениях присутствует характерный для мощного импакта слой с повышенным содержанием иридия, а также подвергнутыми шок-метаморфизму кварцем и силикатными гранулами. Малая толщина этого слоя свидетельствует, что импакт произошел за тысячи километров до раскопанного водоема. В том же слое обнаружены листья и соцветия лилий и папоротников, населявших водоем. По состоянию соцветий было определено, что развитие растений было прервано в начале июня. Более детальное исследование показало, что листья определенным образом деформированы. В модельных экспериментах с листьями современных родственных растений такие же деформации (складки) были получены при замораживании листьев в воде при -10 °C в течение нескольких недель. Высушивание листьев без замораживания подобного результата не давало. Автор делает вывод, что, несмотря на лето, водоем замерз. Глубина его была около двух метров, и промерз он до дна. Такой результат вполне соответствует приведенным выше представлениям об “импактной зиме”. В таком состоянии при температуре, близкой -10 °C, водоем оставался около месяца. Все это время продолжалось глобальное выпадение выброшенной при импакте породы. Выпала она и на замерзший водоем с лилиями. Вслед за тем начался подъем температуры, лед растаял, и листья вместе с размокшей породой осели на дно. Температура быстро достигла 25–30 °C. Это, в частности, означает, что уже через месяц после импакта небо очистилось настолько, что солнечные лучи стали достигать поверхности. Вывод о кратковременности климатических изменений, вызванных импактом на границе K/T, подтверждается и данными других авторов (Kerr, 2002; Pierazzo et al., 2003). Некоторые более стойкие к холоду растения, пережившие “зиму” (это были папоротники), возобновили рост, продолжавшийся еще около двух месяцев, и даже успели дать семена, когда пруд был засыпан толстым слоем пород, содержавших много метаморфозированного кварца. Эти породы были выброшены в атмосферу в результате нового импакта, который не имел глобальных последствий и не повлек за собою существенное похолодание. На это указывает отсутствие признаков замерзания у вновь выросших листьев, которые были увлечены падавшими с неба комьями породы на дно и замурованы там непосредственно над слоем с замерзшими листьями. Благодаря этому листья сохранились, так как обычно они оставались на водной поверхности, где и сгнивали. Еще до описываемого нами исследования на расстоянии нескольких сотен километров был обнаружен кратер диаметром 30 км, возраст которого (в пределах погрешностей определения) такой же, как и возраст Чиксулубского (Юкатанского) кратера, вызвавшего глобальные последствия. Очевидно, породы, выброшенные при образовании именно этого кратера, погребли под собою заросший лилиями водоем, сохранив многие детали, которые позволяют воспроизвести характер и хронологию катастрофических и, можно сказать, судьбоносных событий, имевших место на Земле 65 млн лет тому назад. В частности, обращает внимание, с одной стороны, вещественное подтверждение “импактной зимы”, с другой – достаточно мягкий ее характер и, что существенно, кратковременность (2–4 недели). Очевидно, что мягкая и короткая “зима” сама по себе не могла вызвать столь катастрофические последствия, как массовые вымирания, один из эпизодов которых – гибель всех динозавров. Тем более что к тому времени мир динозавров насчитывал около 400 видов. Они занимали разнообразные природные и пищевые ниши, и вряд ли испытывали бы недостаток в пище в течение кратковременной и весьма умеренной “зимы”, тем более, что ареал их расселения включал Арктику (Pope et al., 1994).

Однако, если само похолодание не было основной причиной исчезновения динозавров, то возникает естественный вопрос, чем же оно было вызвано. Выше отмечалось, что с падением крупного тела, как непосредственно, так и из-за вызванных им пожаров, связаны существенные изменения состава газов в атмосфере. В ней появляются компоненты, которые, если ранее и присутствовали, то в значительно меньшем (на порядки) количестве. Многие из этих компонентов (сероводород, окиси углерода и азота и др.) высокотоксичны. Содержание же кислорода уменьшилось, как и озона в озоновом слое. Кроме того, атмосфера оказалась в высокой степени запыленной. Можно предположить, что массовая гибель динозавров независимо от среды обитания была обусловлена свойственной всем им особой чувствительностью к происшедшим в атмосфере Земли изменениям, то есть, если говорить проще, динозавры были отравлены газами. Естественно, эта версия не единственная. В числе других – вызванное уничтожением озонового слоя сильное ультрафиолетовое облучение, гибель, в первую очередь, микроорганизмов, в том числе планктона, и голодание вследствие нарушения пищевых цепей. Однако за время весьма длительного существования динозавров имели место и другие аналогичные по силе импакты. Можно задаться вопросом, почему импакт на границе K/T привел к гибели динозавров, а близкий по мощности импакт, происшедший на 135 млн лет раньше (на границе Триас-Юра), наоборот, помог им выйти на первые позиции. Помимо возможного за столь длительный срок изменения физиологии этих животных, одним из следствий которого оказалась пониженная сопротивляемость динозавров резким изменениям среды, могли проявиться специфические особенности событий на границе K/T. Т ак, было обращено внимание на повышенное содержание серы в скальных породах на оконечности полуострова Юкатан, где упало космическое тело (Pope et al., 1994). При взрыве в атмосферу было выброшено около 1011 тонн серы. Вследствие этого, накрывшее всю Землю пылевое облако было насыщено ее соединениями, главным образом, серной кислотой в форме аэрозоля. Именно это обстоятельство могло оказаться главной причиной гибели динозавров. Млекопитающие, представленные тогда мелкими формами, оказались, в целом, более устойчивыми к неблагоприятным воздействиям и выжили, хотя тоже понесли потери (Alroy, 2003). Впоследствии они не только быстро увеличили свою численность, но дали начало новым видам. Согласно этой концепции, упади тот же астероид в другом месте, где породы содержат меньше серы, динозавры господствовали бы на Земле и поныне, вытеснив млекопитающих окончательно. Таким образом, если иметь в виду “нашу” победу, она состоялась благодаря падению космического тела не только в нужное время, но и в подходящем месте. Некоторые авторы придают особое значение тому обстоятельству, что импакт на границе K/T произошел в период сильного вулканизма, и атмосфера уже содержала много вредных газов, в том числе сероводород, окись углерода и др. Они полагают, что роковым для динозавров оказалось именно совпадение импакта и вулканизма (Glasby and Kunzender, 1996).

Выше упоминались глобальные оледенения Земли, длившиеся миллионы лет. Возникает естественный вопрос, благодаря чему оледенение оказалось скоротечным после импакта на границе K/T? Одной из причин могла явиться поднятая в атмосферу пыль, которая первоначально вызвала похолодание. Выпадая на снежный покров, пыль снизила его отражательную способность, благодаря чему поступавшая от Солнца энергия использовалась более эффективно. Однако именно в тот период особое значение могло иметь еще одно обстоятельство: из-за продолжавшегося уже тысячелетия активного вулканизма атмосфера была обогащена углекислым газом, который освобождается в процессе остывании лавы. Это привело к повышенному парниковому эффекту. Именно возросшим парниковым эффектом можно объяснить очень теплый климат в период, предшествовавший событиям на границе K/T. Теплый океан, который, скорее всего, так и не замерз, также воспрепятствовал углублению похолодания. В итоге, вызванное импактом похолодание, хоть и глобальное, оказалось скоротечным. В Северном полушарии, где было лето, уже через месяц лед растаял и установилась соответствующая сезону температура.

Падение крупного метеорита 65 млн лет тому назад, решительно изменившее вектор эволюции животных, не было последним в истории Земли. Катастрофы происходили и после события на границе K/T. В конце Эоцена (около 40 млн лет тому назад) несколько крупных тел упали на Землю. Об этом свидетельствуют относящиеся к тому периоду большие ударные кратеры, обнаруженные на разных континентах. В Антарктике в море Росс находится кратер диаметром 500 км, в Якутии крупный кратер Попигай (100 км), на Востоке США – Чезапик Бэй (100 км). Падение астероидов происходило на фоне усиленного оседания космической пыли, которое продолжалось

2.5 млн лет, на что указывает повышенное содержание в образовавшихся тогда осадочных породах редкого на Земле изотопа гелия-3. Было высказано предположение, что перед тем произошли возмущения в периферийных кометных поясах, направившие большое количество пыли и обломков комет во внутреннюю область Солнечной системы (Farley et al., 1998). Позже минералогическое исследование кратера Попигай показало, что он был образован не обломком кометы, а метеоритом типа L-хондрита. Эти данные привели к новому предположению: возмущения и столкновения, приведшие к описанным событиям, произошли не в кометных поясах, а значительно ближе к Земле – в астероидном поясе между Марсом и Юпитером (Tagle and Claeys, 2004). Независимо от происхождения космических тел, атаковавших тогда Землю, последствия оказались существенными и, возможно, до конца не исследованными. Именно в этот период очень теплый (“парниковый”) климат, господствовавший на Земле более 150 млн лет, сменился на относительно холодный. Началось оледенение Антарктики (Tripati et al., 2005). В качестве основной причины этого оледенения считают падение астероида (или астероидов) в Южной части Мирового океана. Этот импакт, вызвав изменение рельефа дна, остановил приток экваториальных вод, что и привело к похолоданию. Оледенение полярных областей в Северном полушарии началось не раньше 10 млн лет тому назад. Внести вклад мог импакт, но уже в Северном полушарии. Непосредственной причиной оледенения было продолжавшееся падение содержания CO2 в атмосфере и, соответственно, ослабление парникового эффекта.

Около 2 млн лет тому назад (на границе Плиоцена и Плейстоцена) произошло масштабное вымирание морских организмов. В слое осадочных пород, относящихся к тому времени, обнаружен изотоп железа (60Fe), характерный для излучения, испускаемого суперновой. Было высказано предположение, что относительно близко от Солнечной системы (20–30 световых лет) произошел взрыв сверхновой. В этом случае излучение, достигшее Земли, было достаточно мощным, чтобы существенно повредить озоновый слой, главным образом путем образования окислов азота. Это позволило жесткому ультрафиолетовому излучению Солнца достичь земной поверхности. Был уничтожен планктон, что нарушило пищевые цепочки и привело к массовым вымираниям (Benitez et al., 2002; Knie et al., 2004). К тому же периоду относят падение крупного метеорита более 1 км в поперечнике в “Южный”океан (Gersonde et al., 1997). Это событие могло привести к сходным последствиям.

На всем протяжении Плейстоцена (1.8 млн лет – 11.5 тыс. лет тому назад) происходили оледенения, когда полярные ледники распространялись до 40-й параллели. По некоторым оценкам 30 % земной поверхности могло покрываться ледяным панцирем толщиной до 1500 метров. Еще немного, и процесс стал бы необратимым, произошло бы глобальное оледенение, из которого Земле пришлось бы выбираться миллионы лет. Естественно, наземные животные исчезли бы, в том числе и люди, уже присутствовавшие на Земле. Однако каждый раз, не дойдя до “критической” 30-й параллели, льды отступали. Последнее оледенение (т. н. Ледниковый период) закончилось 10 тыс. лет тому назад, ознаменовав переход к Голоцену, который продолжается поныне.

Мы видим, что рассматриваемый период, последовавший за катаклизмом на границе K/T, не был гладким. Однако даже мощные импакты и похолодание не привели к столь массовым вымираниям, какие происходили ранее. Особенно важно, что они не затронули регион сформировавшегося 20 млн лет тому назад континента Африка, где обосновалась ветвь приматов Старого мира. Эволюция этой ветви дала прямоходящих гоминид, а затем и людей. Более того, считается, что именно похолодание вызвало образование безлесных пространств (саванны), которые стали той нишей, где проявились преимущества прямохождения, освободившего передние конечности для труда (deMenocal, 1995; Bobe et al., 2002; Alemseged, 2003; Bonnefille et al., 2004). Совершенствование трудовой деятельности напрямую зависело от развития интеллекта. Так увеличение размеров мозга и совершенствование его деятельности стали признаками, по которым происходил естественный отбор у прямоходящих гоминид. Это направление эволюции не было прервано стихийными катаклизмами и привело к человеку.

Плацентарные млекопитающие появились по разным данным 150–100 млн лет тому назад (Kumar and Hedges, 1998; Archibald et al., 2001; Douzery et al., 2003; Wible et al., 2007), т. е. в период расцвета динозавров.