Науки о Земле

Деревья, метеориты, млекопитающие или вулканы: кто виноват в гибели динозавров

Что на сегодняшний день известно о мел-палеогеновом вымирании

Mark Garlick/Getty Images

Как фораминиферы и водоросли заставляют сомневаться в виновности главного подозреваемого в вымирании динозавров, как навредил им альянс цветковых растений с млекопитающим, что такое маастрихтская регрессия, из-за чего могло начаться глобальное потепление (а может, и ядерная зима) более 60 млн лет назад, а также при чем тут Шива и шведские лестницы, рассказывает Indicator.Ru.

Событие, которое известно всем как «вымирание динозавров», на самом деле было более разрушительным. Всего за несколько десятков тысяч лет экосистемы Земли потеряли более двух третей биоразнообразия: пострадали и растения, и беспозвоночные, и ящерицы, и птицы, и насекомые, и многие другие группы живых организмов. Но что стало основным толчком к началу мел-палеогенового вымирания? Отодвинем досужие домыслы и недоказанные версии вроде фруктового пьянства, колебаний магнитного поля Земли и увеличения объема Земли в девять раз и посмотрим на разнообразие теорий, предлагаемых наукой сегодня.

Имя отца и сына

Вымирание динозавров произошло примерно одновременно с двумя геологическими катастрофами: падением астероида, оставившего Чиксулубский кратер у полуострова Юкатан в Мексике (иронично, что название этого кратера переводится как «демон клещей» с местных языков), и обширными излияниями лавы, двухкилометровые слои которой образовали деканские траппы. Гипотеза, обвинившая в геноциде «ужасных ящеров» метеорит, получила название по фамилии Альваресов. Ее носил отец (нобелевский лауреат по физике) и его ныне здравствующий сын-геолог. Вместе они разработали относительно стройную концепцию, предложенную научному сообществу в 1980 году и триумфально подтвержденную десять лет спустя, когда Чиксулубский кратер был найден.

Нобелевский лауреат по физике Луис Альварес со своим сыном Уолтером на фоне отложений, где видна граница между мезозойской и кайнозойской эрами (ущелье Гола-дель-Боттаччионе в Италии)

U S Government/Lawrence Berkeley Laboratory

Главной их предпосылкой стало то, что в так называемой мел-палеогеновой границе геологических отложений (а как мы помним, динозавры как раз вымерли в меловом периоде) содержатся высокие концентрации иридия, который должен был быть занесен не с Земли. В норме в земной коре иридия в сотни раз меньше, так как он не только невероятно редкий, но и очень плотный и стремится оседать к ядру и формировать сидерофоры с железом. По гипотезе Альваресов, удар метеорита (кратер которого нашли у побережья Мексики) поднял вверх облака пыли, вызывал ядерную зиму и погубил процветающие экосистемы. Эта версия давно принята за основную: она преподается в школах и появляется в детских энциклопедиях, а ученые подкрепляют ее все новыми и новыми данными. В 2010 году международная группа из 41 ученого в обзоре научных данных за прошедшие 20 лет рассчитала, что удар Чиксулубского метеорита по силе превосходил Хиросиму и Нагасаки в миллионы раз, а сам астероид должен был быть размером со спутник Марса Фобос (11 км в поперечнике).

Сам Уолтер Альварес в свои 78 лет активно продолжает работу: весной этого года он вместе с коллегами исследовал необычную находку ископаемых в Северной Дакоте, которая может оказаться моментальным «срезом» момента столкновения с метеоритом (большой материал о ее изучении подготовил New Yorker). Ученые встретили новость с восторгом, но не без скептицизма.

Ископаемые, найденныe в Северной Дакоте

Robert Depalma

Поразительное скопление останков животных и растений, перемешанных и слипшихся от сильнейшего удара (предположительно, цунами), произошедшего около 66 млн лет назад, было обнаружено в трех тыс. км от Чиксулубского кратера. «Они не разломаны, все выглядит как лавина, которая сжимается как жидкость, но потом застывает, как бетон. Безжалостный напор этой воды убил их внезапно. Одна рыба ударилась о дерево и сломалась пополам», — поделился впечатлениями от находки, которую сравнили со Священным Граалем метеоритной гипотезы, соавтор работы Дэвид Бернам из Канзасского университета.

Лестница в небо

Деканские траппы не имеют ничего общего ни с главами факультетов, ни даже с алканом с десятью углеродами. Называют их так из-за индийского плоскогорья Декан, название которого восходит к санскритскому दक्षिण — «южный». В этом регионе обширные площади (в сумме около 500 тыс. км2) сложены базальтом — породой, которая образовалась из застывшей магмы, излившейся на эти равнины около 66,25 млн лет назад. Толщина базальтов здесь достигает двух километров. Но время и геологические процессы не щадят самые прочные породы, поэтому сегодняшние огромные площади — лишь треть сохранившихся траппов.

А вот слово «трапп» не зря напоминает нам о ступеньках — шведское слово trappa, пришедшее в геологию в конце XVIII века, подчеркивает сходство плоских базальтовых равнин и уступов с парадной лестницей.

На спутниковой фотографии деканских траппов в штате Махараштра отчетливо видны характерные ступеньки

Planet Labs, Inc/Wikimedia Commons

Причиной излияния такого огромного объема лавы обычно называют мантийные плюмы — потоки раскаленной лавы, движущиеся от ядра Земли независимо от постоянных течений в мантии. Магма Деканских траппов могла выйти из-под земли в Реюньонской горячей точке, образовав южную часть Маскаренского плато. История самого острова Реюньон, который дал этой точке имя, тоже полна вулканических страстей: хотя сам он показался над водой всего два миллиона лет назад, во времена динозавров на его месте был микроконтинент Маврикия. Раскололось это образование 60 млн лет назад, когда Индия уползала на север, заняв свое современное место.

Итак, за 30 тыс. лет лава покрывает площади в полтора миллиона километров. Выбросы токсичного сернистого ангидрида в верхние слои атмосферы реагируют с водяными парами и образуют плотный туман, который может не рассеиваться годами. Он отражает свет Солнца, из-за чего средние температуры в нижних слоях атмосферы падают до 20 °C (нам, живущим в более прохладном климате, это не кажется проблемой). Ядовитые облака проливаются кислотными дождями, убивающими растения и животных. Звучит как сюжет фильма про апокалипсис, и для мел-палеогенового вымирания серия таких извержений — вполне весомая причина.

При извержении вулкана Пинатубо в июне 1991 года в атмосферу попало 20 млн тонн сернистого ангидрида

NOAA/NGDC, K. Jackson, U.S. Air Force

Весь этот сценарий на Земле разыгрывался не раз: появление Сибирских траппов, к примеру, совпадает по времени со второй волной другого из «большой пятерки» массовых вымираний, пермско-триасового. Тогда ко всем бедам добавилось закисление океанов из-за выброса в атмосферу 24 трлн тонн углерода.

Шива-разрушитель

Но какая модель индийского апокалипсиса обойдется без индуистских божеств? К западу от Мумбаи на дне Арабского моря геологи обнаружили «кратер Шивы» — 500-километровую структуру, которая могла остаться от удара метеорита, упавшего на Землю около 65 млн лет назад. Под водой кратер, если это он, сохранился плохо, поэтому оценки диаметра астероида очень приблизительные: от 40 до более 100 км. Однако тогда вероятность того, что его падение могло случиться почти «одновременно» с Чиксулубом, близка к нулю: трудно представить, чтобы два крупных метеорита упали практически сразу.

Кратер Шивы на карте из книги главного сторонника этой идеи, палеонтолога Шанкар Чаттерджи, профессора Техасского университета

Ridderprint

Есть несколько доводов в пользу этой неоднозначной гипотезы. С одной стороны, падение метеорита недалеко от Реюньонской горячей точки могло вызвать масштабные извержения, из-за которых появились бы Деканские траппы. Кроме того, если удар метеорита в этой точке действительно произошел, это могло бы объяснить, почему регион близ Красного моря так богат газом и нефтью. И хотя эта структура с тем же успехом могла бы образоваться и без вмешательства гостей из космоса, для некоторых ученых кратер Шива стал аргументом в пользу теории многократного удара (multiple impact), подразумевающей падение нескольких крупных метеоритов.

В подтверждение этому приводятся новые «кандидаты в кратеры», найденные на Украине, в Северном море и еще нескольких регионах. Столкновение, кроме того, могло произойти с кометой: в этом случае осколки, как в случае с кометой Шумахера— Леви 9, упавший на Юпитер в 1994 году, разлетелись бы и упали в разных местах. Другие ученые считают, что спровоцировал или усилил извержения вулканов, сформировавших Деканские траппы, именно Чиксулубский метеорит. Еще одно несоответствие в том, что предполагаемые датировки Чиксулуба и Шивы разнятся на 300 тыс. лет. Аргументом в пользу Чиксулуба может стать и такое объяснение: поднявшаяся в атмосферу сажа могла появиться не только из-за лесных пожаров, но и из-за залежей нефти, которыми был богат этот регион.

Однако у гипотезы Альваресов и примиряющих ее с кратером Шивы гипотез множественного удара тоже есть противники. Так, палеонтолог Герта Келлер из Принстонского университета считает, что «мы сильно переоцениваем ущерб окружающей среде и живым организмам, который мог нанести Чиксулубский метеорит». Изучая ископаемые фораминиферы (микроскопические раковинные организмы), она заметила, что они уменьшились в двадцать раз и стали менее разнообразными сразу после деканских извержений, хотя были приспособленными и процветающими до него.

Сомнения в силе «небесного гостя»

Ее коллеги-авторы книги «Противоречие в великом вымирании динозавров» подчеркивают несколько моментов, которые не сходятся с этой гипотезой. Во-первых, облако пыли вряд ли могло закрыть солнце на несколько лет, ведь подводные растения неплохо пережили катастрофу, хотя и они нуждаются в свете для фотосинтеза. Во-вторых, найденный иридий по изотопному составу не очень отличается от обычного земного и мог выйти на поверхность при извержении вулканов (и кстати, сама структура кратера может оказаться следом вулканической активности). Правда, этот контраргумент не соответствует результатам бурения в районе кратера, ведь найденные гранитные отложения, которые не должны быть на поверхности, вряд ли появились из-за вулкана, а скорее были результатом динамического столкновения: когда части метеорита врезались в земную кору, потом отскочили и образовали характерные пики и кольца кратера.

Анимация, изображающая одну из реконструкций образования Чиксулубского кратера. В этой версии важную роль сыграло плавление метеорита и пород земной коры

University of Arizona/Space Imagery Center/Wikimedia Commons

В-третьих, виды вымирали более постепенно, а не по щелчку пальцев, так что даже если метеоритный удар и был, он не объяснит всех процессов. Но и это возражение встречается в штыки сторонниками метеоритной гипотезы: ученые из университетов Беркли, Амстердама и Глазго не так давно получили более точную датировку Чиксулубского удара на основе аргоновой датировки – 66 038 000 лет назад (с погрешностью в 11 тыс. лет). Они утверждают, что главное сокращение разнообразия динозавров произошло в рамках ближайших 33 тыс. лет от этого события.

В-четвертых, статьи ученых, оспаривающих гипотезу Альваресов, массово отклоняются редакциями журналов — возможно, многие палеонтологи слишком уверены в правоте своей догмы и не желают обращать внимания на противоречащие ей данные. По мнению той же Герты Келли, виной всему были сами Деканские траппы, которые, по ее версии, были спровоцированы либо многократным ударом извне, либо внутренними геологическими процессами. С метеоритом или нет, но без них, возможно, динозавры бы выжили.

В пользу того, что вину надо преимущественно приписать Деканским траппам, свидетельствует и повышение температуры на 5 °C за 400 тыс. лет до столкновения с метеоритом (хотя другие ученые называют эти климатические изменения последствием столкновения). До него они и начали извергаться, успев излить 80% лавы к моменту прибытия космического гостя. Ледников в этот момент просто не было, а температура воды в тропических морях достигала 37 °C, так что и безо всяких метеоритов многим видам жилось несладко. Возможно, само потепление всех и убило, а никакая не «ядерная зима».

Более новые данные, основанные на датировке циркониевых кристаллов и аргона, показывают, что из четырех основных этапов извержений в этом регионе первый несомненно возник до падения астероида. Был ли он причиной вымирания? Предполагать, что это так, — весьма заманчивая перспектива, однако ответа ученые пока не знают. Но извержения (продолжавшиеся после столкновения еще около полумиллиона лет) не могли пройти без выбросов огромного количества пыли и CO2, что, конечно, повлияло на экосистему. Отдельно сбивают с толку и данные о маастрихтской регрессии — понижении уровня океана. Произошло ли оно из-за потепления, пока неясно, хотя, возможно, причина снова в геологии — снижении активности и затоплении срединно-океанических хребтов. Также нельзя исключить и влияние дрейфа континентов на общее изменение климата.

Всюду жизнь

«На самом деле, будь во всем виновата небесная механика малых тел, всепланетные вымирания происходили бы каждые 10–15 млн лет, но столько катастрофических явлений в земной летописи не набирается», — напоминает доктор биологических наук Андрей Журавлев, автор книги «Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир». Он указывает на то, что некоторые виды вообще не затронул удар метеорита, а другие пришли к упадку за несколько миллионов лет до катастрофы (хотя с этим тоже согласны не все). Что, если первой скрипкой во впечатляющем концерте на рубеже мела и палеогена оказались биотические факторы — сами живые организмы?

Журавлев поддерживает гипотезу советского палеоэнтомолога Владимира Жерихина, который предположил, что вымирание могло стать последствием смены типа экосистем, когда цветковые растения (способные вырабатывать большое количество защитных, едких и ядовитых веществ, например танинов и алкалоидов, которые мешают их есть) завоевали большинство ниш в сообществах позднего мезозоя. Это повлияло на растительноядных животных — данные по 847 видам ящеров этой группы показывают, что их разнообразие начало сокращаться еще в середине мела. Кроме того, переваривать покрытосеменные было легче и удобнее, чем голосеменные, и неповоротливые зауроподы, научившиеся накапливать тепло, не могли эффективно охлаждаться. Ветвистость покрытосеменных тоже сыграла с динозаврами злую шутку: на них прятались мелкие хищники и всеядные, в том числе млекопитающие, которые воровали яйца динозавров и ели их детенышей. То, что крупные динозавры высиживали яйца около полугода, явно не способствовало их успешному приспособлению к быстро меняющемуся миру.

Интересный вывод ученых еще и в том, что для млекопитающих падение Чиксулубского метеорита стало скорее удачей, а не проклятьем. Число видов многих млекопитающих в первое время после катастрофы не слишком изменилось, словно они и не заметили ни катаклизмов, ни вымирания господствовавших предыдущие 160 миллионов лет ящеров, которые заставляли их прятаться на деревьях и выходить на добычу пропитания только по ночам. По другим данным, млекопитающие все же пострадали, хотя за 10–20 миллионов лет до основного вымирания распространились по многим экологическим нишам. Та же работа показала, что успешнее всего выжили всеядные и самые неприхотливые виды. А некоторые виды, как, например, гаитянский щелезуб, пережили все невзгоды без проблем, находясь практически в эпицентре катастрофы.

Заключая, можно сказать, что вымирание динозавров и многих других видов живых существ на границе мела и палеогена было, скорее всего, комплексным событием. Свалить вину за него на каждое из случайных изменений по отдельности было бы слишком простым ответом. Но ничто в биосфере не существует в сферическом вакууме, поэтому, скорее всего, вымирание вызвало взаимодействие разных факторов, каждый из которых по отдельности динозавры, возможно, могли бы пережить. «Нокаут по определению — это один мощный удар, но очень редко один первый удар, не важно, насколько он силен, приводит к нокауту. Деканские траппы измотали биосферу, астероид нанес решающий удар», — таким иллюстративным примером палеобиолога Питера Уорда из Вашингтонского университета и «палеонтолога от геологии» Джозефа Киршвинка из Калтеха, авторов книги «Новая история происхождения жизни на Земле», хочется завершить эту статью.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.