Книга: Космос

Отчего погибли динозавры?

Отчего погибли динозавры?

^{Окаменевший скелет ихтиозавра, жившего на Земле 230–290 млн. лет назад}

На протяжении многих десятилетий палеонтологи ломали голову в попытках найти объяснение внезапному исчезновению многих видов животных, которое произошло в конце мелового периода истории планеты. Обычно при этом вспоминают о гибели динозавров. На самом деле тогда с лица земли исчезли более сотни видов рептилий, включая летающих ящеров — птеродактилей и предпочитавших водную стихию плезиозавров. А ведь до катастрофы на протяжении почти 150 млн. лет пресмыкающиеся занимали главенствующее положение в животном царстве планеты. На рубеже мелового и палеогенового периодов в океанах погибли почти все виды моллюсков, включая широко распространённых белемнитов и аммонитов, закрученные раковины которых являются украшением многих коллекций окаменелостей. Погиб даже планктон — водные микроорганизмы. Но многие учёные в связи с глобальной катастрофой, случившейся 65 млн. лет назад, вспоминают лишь о гибели гигантов-динозавров. Почему?

^{Череп тираннозавра}

^{Луис Альварес с сыном Уолтером у геологического разреза вблизи г. Губбио (Италия)} 

Такой стереотип сложился благодаря кино и телевидению, не раз показывавших нам этих животных — действительно крупнейших из когда-либо ходивших по земной поверхности. Мир динозавров (в переводе «ужасные ящеры»), процветавших в мезозойскую эру, был многообразен. Особо выделялся среди хищных динозавров мелового периода тираннозавр (Tyrannosaurus rex) — длина его тела превышала 1 5 м. В мезозойскую эру произошёл расцвет морских рептилий, среди которых до мелового периода дожили ихтиозавры («рыбоящеры»), внешне похожие на дельфинов и достигавшие в длину 12 м. Это были первые живородящие рептилии, все другие, существовавшие до них, откладывали яйца. Ещё один вид водных рептилий — плезиозавры — внешне напоминали некоторые виды динозавров. Те и другие обитатели морей были хищниками.

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!

^{В центральной части астроблемы Чиксулуб — маленькое озеро} 

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.

^{Кратерное озеро Маникуаган в Канаде} 

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.

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?

^{На геологическом разрезе в Северной Америке среди осадочных пород хорошо виден тонкий слой ППГ} 

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. 

Рассчитанная группой московских учёных глобальная масса иридия в отложениях приблизительно составляет 4,5?10¹¹ г (450 000 т).

Эти же авторы на основе соотношений иридия с другими принесёнными «ударником» элементами установили, что, скорее всего, гибель динозавров и других видов животных и растений принёс на Землю астероид типа «С». Напомним, что такие астероиды по своей природе близки к каменным метеоритам типа углистых хондритов. Для большей надёжности получаемых результатов в первую очередь учитывали аномальное содержание элементов-маркеров в наиболее полных разрезах морских отложений, сложенных карбонатным материалом, т.к. именно они меньше всего содержат те же элементы земного происхождения.

^{На фотографии, полученной с помощью электронного микроскопа, хорошо видна сферула диаметром 40 миллимикрон}

^{Метеоритная бомбардировка планеты в представлении художника} 

В отложениях конца мелового периода найдено много следов внутренней активности земной литосферы. В это время отмечено одно из самых грандиозных наступлений океана на сушу (трансгрессия). Уровень океана был на 200–300 м выше, чем в наши дни. В то же время некоторые участки земной коры испытали поднятие. Это подтверждает исследование слоев горных пород в Южном Урале, в Саратовской области, Горном Крыму и в Южной Америке. Однако на исходе мелового периода учёные выявили кратковременные углубления морей в том же Крыму и в Саратовской области, а также в Прикаспии — в районе Мангышлакского полуострова, на севере Западной Европы, в других районах. Такие местные поднятия и опускания отдельных участков земной поверхности говорят о мощных внутренних процессах в земной коре.

На рубеже мел — палеоген найдены отложения, которые геологи называют цунамигенными, т.е. принесёнными огромными волнами цунами. Сначала, в 1987 г., их нашли на территории США в Техасе. Позднее — по всему побережью Мексиканского залива, в географической близости от предполагаемого места импактного события. В разных местах толщина цунамигенных слоев колеблется от 2 до 4 м. Судя по структуре отложений, огромная волна 9 раз накрывала значительные области суши.

Волны цунами оставили свои следы и на противоположной стороне Атлантики. На юге Голландии в подземных каменоломнях Геулхеммерберг на самой границе мел — палеоген обнаружена значительно менее мощная, чем в Америке, «пачка» цунамигенных слоев. Здесь можно наблюдать тонкое чередование слоев (1–1,5 см) грубых песчанистых известняков и чистых глин. Учёные объясняют их происхождение действием наступавших и отступавших штормовых волн цунами на опустившиеся в конце мела низменности. Похожие отложения обнаружены в Польше, в Крыму и других удалённых от импактного взрыва районах. Всё это подтверждает давнее предположение учёных, что столь мощный взрыв должен был привести к образованию цунами и вызвать масштабные наводнения.

Все эти факты указывают на то, что на рубеже мел — палеоген Земля столкнулась с одним или несколькими астероидами, что и привело в конечном счете к катастрофическим последствиям для значительной части биосферы планеты. Взрывы выбросили в воздух колоссальные массы пыли и водяного пара. Взрывная волна вызвала цунами, волны которой одна за другой обрушивались на сушу. Разразившиеся грозы привели к многочисленным пожарам, которые благодаря поднявшимся штормовым ветрам распространились на огромные территории. В результате импактного события и пожаров атмосфера Земли на длительное время стала почти непрозрачной для солнечных лучей. Это, а также начавшиеся кислотные ливни привели почти к полной приостановке процесса фотосинтеза у фитопланктона. Судя по отложениям этого времени, большая часть планктона с известковым скелетом погибла. Поскольку планктон являлся основой пищи для многих морских обитателей, которые в свою очередь были кормом для морских хищников, волна массового вымирания прокатилась по всем океанам. Изменившиеся природно-климатические условия привели к резкому сокращению растительных сообществ на суше. Их место стали занимать папоротниковые и моховые сообщества. Со временем их вытеснили и сменили холодолюбивые леса. Таким образом, исчезла привычная растительная база для рептилий, обитавших на суше и в пресноводных бассейнах. Это привело к полному вымиранию по пищевой цепочке гигантских растительноядных и хищных ящеров и в этой среде обитания. Существовавшие в то время мелкие млекопитающие скрылись в норах, «пересидели» там это страшное время, а когда природные условия несколько улучшились и стабилизировались, вновь «вышли на волю». В дальнейшем, занимая освободившиеся экологические ниши, млекопитающие стали бурно развиваться и распространяться по планете.

В последнее время гипотеза Альвареса о космической причине гибели многих видов животных в конце мелового периода получает всё более широкое признание и поддерживается многими учёными.

^{Так представил художник, как крупный астероид врезается в планету Земля}