Новая картина катастрофы: почему вымерли динозавры

Динозавры вымерли, а вопрос остался: отчего? Говорят, то астероид всему виной, то масштабное извержение вулкана. Последние исследования российских ученых показывают: возможно, было и то и другое.

4439 0 1

отправить по e-mail

Новая картина катастрофы: почему вымерли динозавры

Изучение состава комплексов ископаемых давно дало понять, что рубеж мезозойской и кайнозойской эр или (если брать временные подразделения рангом ниже) мелового и палеогенового периодов является крупнейшим рубежом в истории развития биоты и осадконакопления на Земле. На этом рубеже исчезают полностью динозавры, многие другие наземные организмы – часть древних млекопитающих, крокодилов, ящериц, древних голосеменных растений и множество других групп организмов. Еще более крупное вымирание отмечается у морских форм – полностью исчезают ключевые для мезозойской эры белемниты, аммониты, крупнейшие морские пресмыкающиеся плезиозавры и мезозавры, некоторые группы акул и костистых рыб.

Однако подлинная катастрофа постигла в самом конце мела морские одноклеточные планктонные организмы – из разрезов исчезли практически все представители этих форм, как зоо-, так и фитопланктон. Из всех видов одноклеточных, обитавших в Мировом океане, уцелело считанное количество форм. В дальнейшем они породили большое число новых видов. В целом, анализируя вымирание, можно заметить большую его интенсивность для фаун Мирового океана, причем практически в равной степени были затронуты обитатели прибрежных и поверхностных слоев, толщи вод морей и океанов, а также донные морские животные.

В то же время обитатели суши и пресных вод испытали меньшее катастрофическое воздействие, вероятно, лишь однократное. Подобная ситуация может объясняться большим количеством факторов, влияющих на водную толщу Мирового океана. Следовательно, не исключено масштабное отравление водной толщи продуктами изменений осадочных горных пород. Позднее этот вывод нашел свое возможное подтверждение.

Дискуссия о вымирании динозавров стартовала в 1950-х годах. Сейчас многие из тогдашних объяснений произошедшего выглядят достаточно наивными. Впрочем, некоторые из гипотез были достаточно продуманными, хотя позднее и не прошли испытание фактами. Так, советский астрофизик Шкловский предположил, что причиной вымирания мог являться близкий к Солнечной системе взрыв сверхновой звезды. Грандиозный взрыв вызвал резкое увеличение интенсивности жесткого рентгеновского и гамма-излучения, что привело к росту числа вредных мутаций у живых организмов и, следовательно, к повышенному уровню вымирания. Своим предположением Шкловский предвосхитил космическую теорию вымирания.

К концу 1970-х годов о причинах, приведших к массовому вымиранию, не было никаких общепринятых представлений. Прорыв произошел в 1980 году. Тогда отец и сын Луис и Уолтер Альваресы (старший из них был лауреатом Нобелевской премии по физике) проводили исследование одного из разрезов осадочных горных пород в Италии. В пограничном прослое морских глинистых отложений исследователи обнаружили повышенное содержание платиноидов – элементов группы платины, в первую очередь иридия, осмия и платины. Именно эти элементы, особенно иридий, содержатся в веществе метеоритов и астероидов, то есть могут являться индикатором космогенности пород. Тут же Альваресы предположили, что иридий и подобные элементы из этого разреза появились в нем после осаждения материала грандиозного взрыва, вызванного столкновением космического тела с поверхностью Земли.

Раковины фораминифер

Вскоре Альваресы опубликовали результаты исследования в ведущем американском научном журнале “Nature”. Там же была высказана догадка о столкновении с Землей астероида и обогащении пограничного прослоя его распыленным в результате взрывного разрушения материалом. После публикации подобные анализы были проведены на многих непрерывных разрезах осадочных отложений различных типов, как морских, так и континентальных. Результаты были таковы: в разрезах всех типов, в породах всех разновидностей аномалия обнаружена. В переходном слое было выявлено повышенное содержание платиноидов, никеля, кобальта, золота, мышьяка, меди, цинка, а также хрома, титана и ванадия. Во многих разрезах присутствовали микроскопические (размером до 580 мкм) зерна ударно-метаморфизованного кварца и полевого шпата, свидетельствовавшие о колоссальном импактном (от англ. impact – влияние, воздействие) событии, произошедшем в этот момент. Все указывает на то, что зерна кварца представляют собой материал выбросов из гигантского ударного кратера, который образовался на рубеже мела и палеогена. Интересно, что, поскольку максимальный размер зерен (400–580 мкм) установлен на территории Северной Америки, место падения астероида находится на этом континенте или вблизи него.

В некоторых разрезах пограничный глинистый горизонт содержит многочисленные мелкие (0,05–2 мм) округлые образования различного состава, которые получили название «сферулы» и считаются измененными каплями импактного расплава базальтового состава.

Также глобальное распространение в пограничном глинистом прослое получили очень мелкие частицы чистого углерода, имеющие характерный облик сажи. Содержание чистого углерода во вмещающих разрезах в четыре-пять раз больше, чем в породах выше и ниже переходных отложений. Считается, что это могло быть вызвано обширнейшими штормовыми пожарами, генерированными интенсивным тепловым и световым излучением огненного шара, образовавшегося при взрыве астероида в момент его столкновения с Землей.

У теории «мгновенного» вымирания есть и противники. Интересные исследования провели в последние годы китайские палеонтологи – на юге Китая они обнаружили несколько кладок яиц динозавров, соответствующих по возрасту границе мела и палеогена. Поскольку остатки яиц образовывали вертикальную последовательность, то исследователи последовательно проанализировали изменение химического состава и структуры скорлупы яиц. Согласно данным, полученным в результате этих исследований, были выявлены аномальные изменения толщины скорлупы и патологическое перерождение микроструктуры. Также ее сопровождали резкие изменения содержания мышьяка, свинца, цинка, никеля и иридия. Данные изменения происходили постепенно, на протяжении около 250 тысяч лет.

Авторы исследования делают вывод, что вымирание динозавров не было мгновенным, а продолжалось довольно долго, что противоречит импактной гипотезе. Впрочем, работы китайских ученых не могут совершенно опровергнуть предположение о космогенном характере вымирания в конце мелового периода. Дело в том, что останки позвоночных крайне фрагментарны – из десятков миллионов особей, представленных в геологической летописи, в осадочных породах сохраняется (и то, как правило, в виде отдельных неполных костей) одна-единственная особь. Таким образом, полную вертикальную временную последовательность фауны динозавров определить невозможно. С другой стороны, непонятно, почему вулканические извержения или метеоритный удар не привели к вымиранию других наземных яйцекладущих пресмыкающихся и птиц – черепах и очень близких к динозаврам крокодилов.

В наше время исследования мел-палеогеновой границы интенсивно продолжаются. Так, в последние годы интереснейшие исследования этих пограничных отложений провел сотрудник Института физики Земли РАН А.Ф. Грачев. Им был выбран морской разрез, располагающийся в австрийском национальном парке «Айзенвурцен», недалеко от деревни Гамс в Восточных Альпах. Многие предыдущие исследования пограничного прослоя не были достаточно скрупулезны, и отбор образцов обычно проводился через 5–10 см. Российский исследователь и его коллеги осуществляют практически сплошной отбор материала из переходного прослоя. Для детальных исследований катастрофный прослой был разделен на шесть субслоев мощностью 3 мм каждый. Была выявлена сильно выраженная вертикальная зональность слоя, позволяющая разделить его на две части. Нижняя имеет большие концентрации мышьяка, цинка, меди, свинца, хрома, иридия, кобальта, никеля, при том, что в верхней части доля этих элементов значительно снижается. Особенно интересен факт высокой концентрации мышьяка, достигающей 60 грамм на тонну, что в 12 раз выше предельно допустимой нормы для живых организмов. Следует признать, что этот факт, может быть, достаточно трудно объяснить в рамках космогенного вымирания, ввиду того, что содержание мышьяка в веществе метеоритов не превышает 2 граммов на тонну.

Объяснения генезиса геохимической зональности разреза Гамс было получено путем изучения его минералогического состава. Нижняя часть разреза характеризуется присутствием самородных металлов (золото, серебро, медь, платина, рений), минералов, содержащих медь (сульфиды), а также сульфатов, представленных баритом. В переходном прослое были найдены чистая платина и самородный рений. Данное специфическое сочетание минералов характерно для гидротерм – вулканогенных горячих источников на дне океана. Крайне любопытен тот факт, что в средней части переходного слоя вышеперечисленные вулканогенные минералы отсутствуют. Таким образом, авторы исследования констатируют, что нижняя часть слоя образовалась при взаимодействии мелкодисперсных взвешенных частиц (атмосферного аэрозоля) с морской водой в условиях кратковременного эпизода резкого усиления вулканизма.

При детальном изучении переходного слоя были обнаружены шарики чистого никеля и алмазы, а также ударные минералы аваруит и муассонит. Аваруит встречается в метеоритах, и очень редко – в россыпях. Еще более интересна находка муассонита – карбида кремния, который впервые был обнаружен в Аризонском метеоритном кратере. Следует отметить, что эти находки в переходном мел-палеогеновом слое были сделаны Грачевым и его коллегами впервые в мире. Остается сожалеть, что несомненный успех российской науки не нашел достойного отражения в средствах массовой информации.

Особый интерес представляет рассмотрение распространения планктонных фораминифер (одноклеточных организмов с кремниевым скелетом). В результате исследований, проведенных палеонтологом О.А. Корчагиной из Геологического института РАН, было выяснено, что средняя часть разреза Гамс лишена фораминифер. Это может быть связано с поступлением очень токсичных металлов – того же мышьяка. В то же время в других непрерывных разрезах резко повышенные содержания мышьяка характерны для нижних миллиметров переходного слоя. Так, в одном из обнажений переходных слоев в Испании содержание мышьяка превышает предельно допустимую норму примерно в 400 раз. (Впрочем, понятие предельно допустимой нормы для организмов мезозойской эры может не вполне совпадать с нынешними нормативами.)

Таким образом, по версии участников проекта исследований разреза Гамс события на рубеже мезозоя и кайнозоя развивались следующим образом. Сначала (длительность этого этапа приблизительно от 500 до 3000 лет) пограничный слой формировался под влиянием мельчайших токсичных вулканических аэрозольных частичек. Повышенное содержание иридия также, по версии российских исследователей, связано с вулканическими извержениями. А вот уже далее, в течение второго этапа, на характер осадконакопления повлияло падение астероида, выраженное в присутствии самородного чистого никеля, аваруита, муассонита и мельчайших кристаллов алмаза.

Результаты исследований российских ученых существенным образом меняют наши представления о возможном характере событий, происходивших на рубеже мезозойской и кайнозойской эр. Активное геохимическое канцерогенное заражение могло стать убийственным для организмов, особенно занимающих нижние уровни пищевой цепочки. Не исключено, что новые исследования в этом направлении принесут нам еще более интересные и сенсационные результаты, приоткрывающие завесу тайны над одним из самых интригующих моментов в истории развития животного мира нашей планеты.

Стратиграфия

С момента появления первых работ об ископаемых организмах одной из ведущих концепций, объясняющих регулярные смены биоты (исторически сложившейся совокупности видов живых организмов), была теория катастрофизма. Согласно представлениям Жоржа Кювье (George Cuvier; 1769–1832), одного из авторов этой теории, за всю историю развития животного мира Земли произошло 27 катастроф, после каждой из которых гибло все живое, а затем следовал очередной акт творения. Подобные наивные, с современной точки зрения, представления господствовали в конце XVIII – начале XIX века перед появлением эволюционной теории Дарвина.

Стратиграфия – научное направление в геологии, занимающееся сравнением по времени образования и изучением корреляции (взаимозависимости) осадочных отложений различных регионов и континентов. Бурным прогрессом стратиграфии ознаменовалось начало XIX века. В этот период времени, преимущественно по осадочным породам, в Западной Европе были выделены основные подразделения временной геологической шкалы: скажем, девонский и юрский периоды названы по соответствующим местностям в Британии и на востоке Франции. К концу XIX века верхняя часть шкалы геологического времени была в своих основных чертах практически полностью сформирована. Правда, следует оговориться, что в нее практически не вошли так называемые «первичные» породы, относимые ныне к докембрийскому возрасту. Для каждого периода характерны свои ископаемые организмы. Принцип, сформулированный еще в XVII веке для осадочных пород, гласит: «При ненарушенном залегании каждый нижележащий слой древнее вышележащего».

Наш журнал ММ Поддержать ММ

Наука

Лев Каменцев

Машины и Механизмы