Книга: Космос

Массовые вымирания — следствие космических катастроф?

Массовые вымирания — следствие космических катастроф?

Геолог С.А. Вишневский в одной из своих работ справедливо заметил, что ещё несколько десятилетий тому назад почти все исследователи изучали Землю как тело, изолированное от влияния космоса. Но уже в начале XX в. были такие провидцы, как К.Э. Циолковский, В.И. Вернадский, А.Л. Чижевский и другие, которые в своих пионерских работах обосновали неразрывную связь и взаимодействие Земли и космоса. С середины XX века сначала в астрономии, планетологии, метеоритике, а спустя десятилетия — в науках, изучающих нашу планету, стало проявляться понимание огромного влияния на Землю космических воздействий.

Является ли великое массовое вымирание животных и растений на рубеже мелового и палеогенового периодов исключительным в истории Земли, или катастрофы, приходящие из космоса, вполне закономерны?

Есть по крайней мере два обстоятельства, которые заставляют всерьёз рассматривать космическую угрозу. Во-первых, как нам уже известно, на Земле, Луне, других планетах и спутниках, имеющих твёрдую непластичную поверхность, сохранились следы многократных катастрофических столкновений с другими небесными телами. Говорили мы и о других космических опасностях.

Во-вторых, поданным палеонтологии, на протяжении истории Земли не раз происходили массовые вымирания живых организмов. Только во время фанерозоя это случалось около полутора десятков раз.

^{Раковины последних обитавших на Земле аммонитов находят в отложениях мелового периода}

Попробуем сопоставить эти ряды событий, а также рассмотрим другие возможные причины биологических катастроф. Вообще говоря, вымирание групп организмов на Земле — процесс естественный и постоянный. Одни группы вымирают, их экологические ниши занимают вновь появляющиеся. Для достаточно продолжительных и спокойных периодов геологической истории скорость и интенсивность этого процесса различны и являются определённым фоном, на котором разыгрываются настоящие биотические кризисы. (Биота — совокупность микроорганизмов, животных и растений.) Во время кризисов происходит кратковременное, по геологическим масштабам, массовое вымирание большого числа организмов, принадлежащих различным систематическим и экологическим группам. В итоге на миллионы лет видовое и родовое разнообразие биосферы на планете снижается.

Начало биотического кризиса совпадает с каким-либо кратковременным событием в природе, которое нарушает спокойное течение жизни, дестабилизирует биосферу. Катастрофические изменения в условиях обитания организмов приводят к «ливнеподобному» массовому вымиранию. Процесс вымирания длится значительно дольше, чем событие, которое его породило. Вымирание может продолжаться сотни тысяч лет. Причём разные группы организмов исчезают с различной скоростью. Такая «замедленная реакция» биосферы даже на очень мощное, но кратковременное воздействие объясняется двумя основными причинами. Во-первых, громадностью и сложностью биосферы, взаимной связанностью её элементов. Поэтому даже на планетарную катастрофу она реагирует не сразу, а постепенно. Во-вторых, биосфера обладает способностью к саморегулированию и потому является системой весьма устойчивой. Биосфера как бы стремится залечить нанесённую ей травму, восстановить нарушенное равновесие. Это стремление присуще и самой биосфере, и тем оболочкам планеты, которые она охватывает (атмосфере, гидросфере, литосфере). Далеко не каждое даже мощное воздействие способно привести к значительным изменениям биосферы. Только если случившееся событие обладает мощностью выше некоторого критического рубежа, наступает кризисная перестройка биосферы, сопровождаемая особенно масштабными вымираниями.

^{Строение фуллерена — сложной молекулы углерода}

В 1995 г. была опубликована работа Дж. Сепкоски, который обобщил сведения о 34 625 вымерших в фанерозое родах морских животных. По данным этого исследования, на фоне непрерывного вымирания выделяются периоды с очень высоким уровнем вымираний. Их назвали эпохами массовых вымираний. Но среди них есть эпохи наиболее катастрофические. Такие события называют великими массовыми вымираниями. Вымирания меньшего масштаба учёные называют малыми. По характеру развития они бывают постепенными, катастрофическими и ступенчатыми.

Великие массовые вымирания играют очень большую роль в биологической эволюции. Порой они меняют направление развития жизни на Земле. Причем предвидеть, по какому пути пойдёт после катастрофы и массового вымирания развитие жизни, на основании предыдущей истории невозможно.

По мнению А.С. Алексеева, существует цепочка событий, характеризующих биотический кризис, каждое из которых является причиной для последующего. Следовательно, надо говорить о системе причин. Начинать надо с поиска первого звена в цепочке причин. Сегодня учёные установили: в геологической истории не раз случались глобальные катастрофы космического происхождения, некоторые из которых действительно приводили к резким изменениям в ходе геологической и биологической эволюции.

Великие массовые вымирания случались на рубеже периодов ордовик — силур, пермь — триас, триас — юра и мел — палеоген. На шкале геохронологии фанерозоя вы видите, что катастрофические вымирания были около 430, 240, 200 и 65 миллионов лет тому назад. Беспримерным по масштабам было пермско-триасовое великое массовое вымирание, оно произошло около 240–250 млн. лет тому назад. Тогда с лица Земли исчезли примерно половина семейств и свыше 80% родов всех морских животных. Оно, как говорят учёные, «сдвинуло часы эволюции». Это вымирание даже по геологическим меркам отличалось особой длительностью. Космическая природа этой величайшей катастрофы у учёных давно не вызывает сомнения. В слоях горных пород пограничного периода была установлена необычно высокая концентрация сложных молекул углерода — так называемых фуллеренов. Каждый фуллерен представляет собой сферу из 60 (и более) атомов углерода, заполненную атомами благородных газов гелия и аргона. Изотопные соотношения для этих благородных газов сильно отличаются от земных и могут образоваться в атмосферах углеродных звёзд, где давление и температуры достаточно велики, чтобы связать гелий и аргон внутри молекул фуллеренов. Причём возникли они задолго до формирования Солнца и планет. Следовательно, такие сложные молекулы, скорее всего, могли быть занесены из космоса на Землю небесным телом — крупным астероидом или ядром кометы.

^{Ландшафт Антарктиды}

^{Фотография Антарктиды, сделанная со спутника}

^{Суперконтинент Пангея существовал в конце палеозоя — начале мезозоя}

Только в начале XXI в. с помощью современных исследовательских методов с высокой степенью достоверности было определено место падения астероида. В 2006 г. в Антарктике был открыт самый большой на Земле метеоритный кратер. Приборы спутника «GRACE» космического агентства NASA отмечали малейшие смещения ледяных пластов. Характер смещений зависит от рельефа, по которому медленно скользят ледяные массы. Так удалось получить представление о строении подлёдной поверхности Антарктиды. В частности, была обнаружена 482-километровая кольцевая структура на Земле Уилкса в Антарктиде. Такой гигантский кратер мог «вырыть» взрывной удар астероида диаметром около 50 километров! Нашлось и иное подтверждение сказанному. Другой летательный аппарат, оснащённый гравиметром — прибором, измеряющим вариации силы земного притяжения, обнаружил в том же районе Антарктиды округлую область диаметром более 300 км с аномально высокой силой притяжения. Это можно было объяснить относительно более высокой массивностью залегающих здесь горных пород. Области повышенной концентрации масс геологи называют масконами (сокращение от английских слов Mass concentration). Благодаря космическим аппаратам масконы впервые были обнаружены на Луне, где их оказалось около двух десятков. Они располагаются под морскими бассейнами, имеющими округлую форму. Затем несколько масконов нашли на Земле. Есть масконы и на Марсе. Однако вернёмся к кольцевой структуре, открытой в Антарктике. Наложение гравитационной «картинки» маскона на радарное изображение кратера показывает их генетическую связь. Маскон центрально расположен в пределах кольцеобразного горного хребта, ограничивающего кратер Земля Уилкса.

Какова природа концентрации масс? Масконы образуются в местах падения на поверхность планеты с космической скоростью наиболее крупных астероидов или комет. Мощный удар вызывает встречный подъём плотных масс мантии и внедрение их в лежащие выше горизонты земной коры. Здесь под кратером мантийные массы остывают и задерживаются. Так рождаются масконы.

Наличие маскона, его сохранность позволяют судить о времени образования кратера. Под действием активных внутренних геологических процессов, характерных для нашей планеты, масконы постепенно разрушаются, а их фрагменты со временем смещаются относительно кратера. К примеру, под сопоставимым по размерам ударным кратером Вредфорт маскон отсутствует. И это вполне объяснимо: кратер Вредфорт на Юге Африки — древнейшая из известных на Земле ударных кольцевых структур — имеет возраст около 2 миллиардов лет.

Лишь на Луне, где внутренняя активность минимальна, крупные кольцевые структуры и масконы под ними могут сохраняться столь длительное время.

^{Галактика Млечный Путь, вид сбоку}

Состояние кратера и маскона на Земле Уилкса, сведения о геологической истории восточной части Антарктиды свидетельствуют о том, что этот гигантский кратер возник около 250 миллионов лет назад. И хоть удар космического «убийцы» пришёлся на безжизненные районы, последствия взрыва привели к гибели почти всего живого на Земле. Все протекало по уже известному нам сценарию, только в масштабе гораздо большем, чем во время мелпалеогеновой катастрофы. Выброшенные в воздух колоссальные массы продуктов взрыва и водяных паров, последовавшие мощнейшие вулканические извержения, излияние потоков лавы, лесные пожары — все это резко изменило химический состав атмосферы, сделало её малопрозрачной для солнечных лучей. Ядовитые дожди отравили водные бассейны, растительный покров планеты. На много лет на Земле наступила непрерывная зима. Абсолютное большинство видов животных и растений не смогло приспособиться к изменившимся условиям. Началось великое массовое пермско-триасовое вымирание, длившееся не одно тысячелетие. Итогом катастрофы стало уничтожение 90% обитателей моря и 70% позвоночных на суше.

В команде, обнаружившей и исследующей кратер Земли Уилкса, работают ученые NASA и университетов США, специалисты из России и Южной Кореи. Учёные считают, что катастрофа произошла, когда земная суша была единым континентом, названным Пангея. Удар был так силён, что активизировал геологические процессы в глобальном масштабе. Специалисты обратили внимание, что крупнейшие за последние 300 миллионов лет площадные излияния лавы на полуострове Индостан и в Сибири по времени примерно совпадают с двумя наиболее известными катастрофическими космическими ударами.

Ближайшее к нам по времени массовое вымирание было всего 10–11 тысяч лет тому назад, т.е. произошло в четвертичный период, так сказать, на глазах первобытных людей. О нем мы ещё расскажем в связи с гибелью легендарной страны Атлантиды. За очень короткое время этого вымирания исчезла значительная часть родов и видов, по преимуществу наиболее крупных млекопитающих. Обычно говорят о вымерших гигантах Евразии — мамонтах. Но наряду с ними там же вымерли саблезубые тигры и шерстистые носороги, не стало мастодонтов и гигантских ленивцев в Америке, крупных сумчатых животных в Австралии, исчез гигантский лемур на Мадагаскаре и др. В то же время в морских отложениях это вымирание почти не прослеживается. И всё-таки изменение животного мира на суше оказалось настолько значительным, что специалисты назвали его «великой органической революцией».

Существует ли закономерная периодичность в геологических и биологических событиях? Цикличность некоторых процессов в истории Земли геологи установили довольно давно. Так удалось проследить климатические изменения в масштабе планеты с периодами 3, 11 и 22, 90–100 лет. Периодичность изменений климата находит своё отражение в ритмичном строении слоев осадочных пород в земной коре. Эта периодичность связана с циклами изменения активности Солнца.

Циклы изменений климата длительностью 19, 24, A3 и 100 тыс. лет, по теории М. Миланковича, могут быть связаны с изменениями ориентации в пространстве земной оси и вариациями орбитального движения Земли вокруг Солнца. Некоторые учёные полагают, что самые большие циклы в эволюции Земли и её биосфере длительностью в десятки и сотни миллионов лет имеют галактическую природу. Если брать во внимание четыре массовые вымирания, то никакой периодичности не прослеживается. Если же учитывать и малые вымирания, можно усмотреть их некоторую цикличность. Уже давно выдвигалось предположение, что массовые вымирания повторяются с периодом около 30 млн. лет.

^{Пыль и газ в туманности Карина. Снимок телескопа «Хаббл»}

Чередование периодов, когда Солнечная система то погружается на миллионы лет в спиральные ветви Галактики, изобилующие звёздами и межзвёздной материей, то попадает в области, гораздо менее наполненные веществом, не может не сказаться на характере взаимодействия Земли и космоса. По-разному в эти периоды должен происходить обмен веществом и энергией между космосом и сферами планеты: магнитной, воздушной, водной и каменной. Положение Солнечной системы в той или иной части Галактики оказывает влияние на интенсивность и состав идущих от звёзд первичных космических лучей, на напряжённость магнитного поля. Солнце и его ансамбль испытывают «гравитационные удары» при тесном сближении со звёздами и плотными пылевыми облаками. Такие «встряски», по-видимому, не проходят бесследно для процессов в ядре и мантии Земли. Они сказываются на «поведении» литосферных плит, движение которых становится интенсивнее. А это, как мы знаем, приводит к активному горообразованию, землетрясениям, к усилению вулканической деятельности. Влияние Галактики определяет также периодичность глобальной трансгрессии и регрессии (чередование наступлений и отступлений океана), изменяет состав атмосферы и гидросферы. Всё это может настолько ухудшить условия обитания живых организмов, что наступит период массового вымирания.

В 1954 г. профессор МГУ П.П. Паренаго установил, что Солнечная система в течение галактического года перемещается не только в плоскости Галактики, но и поперек её. Солнце со своей свитой оказывается то «выше» галактической плоскости, то «подныривает» под неё. Такие волнообразные колебания следуют одно за другим с периодом около 85 миллионов лет. Геологи, заинтересовавшиеся этим открытием, предположили, что именно поэтому каждые 38–45 млн. лет из-за пересечения Солнечной системой плоскости Млечного Пути и наступают эпохи наиболее активного горообразования.

Л. Альварес и его сотрудники опубликовали свою гипотезу о космической причине мелпалеогенового великого вымирания в 1980 г. Спустя четыре года вышла в свет работа Д. Раупа и Дж. Сепкоски, в которой импактные события предлагались в качестве причины всех массовых вымираний. Они считали общей первопричиной биотических кризисов, повторяющихся, по их данным, с периодом около 26 млн. лет, кометные ливни. «Впрыскивание» комет из облака Оорта авторы объясняли повторяющимся прохождением Солнечной системы через плоскость Галактики либо тяготением Немезиды — гипотетической звезды-спутника Солнца.

По расчётам московских учёных С.С. Григоряна, В.В. Адушкина и И.В. Немчинова, ледяные ядра большинства комет, не достигая земной поверхности, взрываются в воздухе. Порождённая взрывом ударная волна со всей силой обрушивается на поверхность Земли, вызывая гигантские разрушения. В отличие от астероидов встреча Земли со снежно-ледяной кометой не порождает взрывной кратер? (На Луне и других твёрдых телах, лишённых атмосферы, взрыв кометы оставит кратер на поверхности.) Кометная бомбардировка поднимает в земную атмосферу массу рассеянного вещества, экранирующего значительную часть солнечных лучей. Воздействие кометных ливней со временем могло приводить к значительному снижению температуры и распространению покровного оледенения на значительной части Земли. В особенности если кометная бомбардировка приходилась на полярные области, где возникавший ледниковый покров не успевал растаять в промежуток до следующего кометного ливня.

Сопоставление и анализ астрономических и геологических данных позволяет сделать важный вывод: временам наиболее интенсивных кометных бомбардировок соответствуют границы геологических периодов, а менее интенсивным бомбардировкам — границы эпох этих периодов.

В книге «Угроза с неба: рок или случайность?» (под редакцией академика А.А. Боярчука) сопоставлены наличие, размер и возраст астроблем с границами периодов и эпох геохронологической шкалы.

Оказалось, что начала абсолютного большинства геологических периодов и эпох совпадают со временем образования импактных кратеров поперечником более 20 км. Такой кратер мог образоваться в результате удара астероида поперечником 1,5 км со скоростью около 20 км/с. Это не значит, конечно, что всякий подобный удар становился причиной смены геологических эпох и периодов, но в некоторых случаях причинная связь может считаться установленной достаточно надёжно. Ещё предстоит выяснить, кометная или астероидная бомбардировка Земли играли в этом большую роль. Однако так или иначе, это были взрывные удары космических тел.

В середине 1980-х г. известные зарубежные специалисты Д. Мак-Ларен и Л.М. Ван-Валлен в своих работах сопоставили эпохи глобальных вымираний животных организмов с выявленными пиками содержания иридия в геологических отложениях. Во многих случаях учёные независимо друг от друга выявили совпадение этих явлений во времени. Массовые вымирания особенно возрастали в тех случаях, когда в период кометных ливней, продолжающихся миллионы лет, на Землю падали один или несколько очень крупных астероидов. Падение каждого достаточно крупного астероида вызывало пиковый рост вымираний. Если астероид имел меньшие размеры, то спровоцированные его падением вулканизм, климатические изменения и массовые вымирания проявлялись с наибольшей силой только в районе катастрофы.

^{Изображение сверхновой 1987А спустя 20 лет после образования}

Некоторые гипотезы объясняют наступление периодов похолоданий и покровных оледенений не ударами небесных тел, а другими космическими причинами: изменением угла наклона земной оси, периодическим снижением уровня излучаемой Солнцем энергии.

Мы познакомились с возможными космическими причинами земных катастроф. Надо отметить, что обладающие меньшей энергетикой внутренние силы Земли также могли быть спусковым механизмом кризисов биосферы. В процессе эволюции нашей планеты внутренние области Земли — ядро и мантия, вероятно, изменяются (вполне возможно, циклически).

Активные процессы в них, отражаясь в земной коре, могут приводить к горообразованию, землетрясениям и бурному вулканизму. Всё это, в особенности вулканическая деятельность, могло способствовать определённому изменению климатических и иных условий, что в свою очередь иногда становилось первопричиной биотического кризиса и массовых вымираний.

^{Сверхновая в Большом Магеллановом Облаке}