Сначала кембрия (540 млн. лет назад) наша планета пережила пять крупнейших катастроф, приводивших к массовым вымираниям живых организмов. Они происходили в конце ордовика (438 млн. лет), девона (370 млн. лет), перми (251 млн. лет), триаса (200 млн. лет) и мела (65 млн. лет). Во время последнего из этих событий погибло почти 75% всех наземных и морских организмов, в том числе и динозавры*, появившиеся на Земле около 230 млн. лет и благополучно существовавшие на протяжении последующих 170 млн. лет, т.е. в течение всей мезозойской эры. Что же привело к их исчезновению? Новой попытке ответа на этот вопрос посвящена статья главного научного сотрудника Института физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН, доктора геолого-минералогических наук Андрея Грачева в журнале "Земля и Вселенная".

В 1980 г. американский физик Луис Альварес (нобелевский лауреат 1968 г.) подсказал своему сыну Уолтеру, геологу по профессии, использовать только появившийся тогда метод нейтронной активации для изучения элементов платиновой группы, обнаруженных в глинах разреза Губбио в Италии. Оказалось, что в слое толщиной всего 2 см на границе меловых и палеогенных отложений концентрация иридия на несколько порядков больше, чем фиксировали ранее в земных породах. Такое явление, как установили специалисты, характерно для метеоритов, потому Альваресы сделали вывод о связи массового вымирания биоты с падением крупного космического тела (астероида). Появлению этой гипотезы способствовало открытие на полуострове Юкатан в Мексике крупнейшего на Земле метеоритного кратера Чикхулуб, возраст которого 65 млн. лет, т.е. совпа-

* См.: Ю. Авсюк и др. Внезапно ли вымерли динозавры? - Наука в России, 2002, N 3; В. Алифанов, А. Аверьянов. Время динозавров. - Наука в России, 2003, N 5 (прим. ред.).

дает с границей меловой и палеогеновой систем. Кроме того, в ряде разрезов осадочных пород на этой границе нашли кварц с признаками ударного воздействия.

Исследования, проведенные после публикации работ Альваресов, показали: аномалия иридия в переходном слое присутствует практически во всех изученных разрезах как на континентах, так и в скважинах глубоководного бурения. Казалось, проблема массового вымирания биоты на границе мела и палеогена решена, хотя на фоне всеобщего единомыслия некоторые ученые сомневались в справедливости предложенной парадигмы и высказывали соображения в пользу магматической (плюмовой) природы образования переходного слоя. Иными словами, его геохимические особенности они объясняли вулканической активностью.

Тем временем появились данные о том, что аномалия концентрации иридия встречается как ниже, так и выше границы мела и палеогена, более того, ее обнаружили в породах вне всякой связи с этой границей. Выходит, саму аномалию этого элемента теперь уже нельзя было рассматривать как геохимический индикатор массового вымирания биоты. Более того, американский геолог У. Цоллер, изучая с коллегами в 1983 г. дегазацию вулканов на Гавайских островах, установил: иридий поступает в атмосферу вместе с фтором в виде гексафторида и далее разносится вулканическим аэрозолем.

А в конце 1980-х годов было сделано два важнейших открытия. Во-первых, было установлено, что динозавры жили и в полярных районах. В 2004 г. геолог Эрик Буффето из Национального центра научных исследований Франции на основе находок следов данных животных, обнаруженных в отложениях мелового периода на Аляске, пришел к выводу: климатические изменения, а именно похолодание, как предполагало большинство специалистов, не могли быть причиной их гибели (в то время Аляска, согласно палеографическим реконструкциям, находилась севернее ее теперешнего положения). Во-вторых, важное исследование в том же году осуществили китайские ученые во главе с Чжао Дзи-Ку из Палеонтологического института Академии наук в Пекине. В провинции Гуандонг на юге Китая в речных отложениях они нашли несколько кладок яиц динозавров. Возраст вмещающих их пород соответствовал границе мела и палеогена.

Последовательное изучение скорлупы этих яиц снизу вверх по разрезу выявило аномальные изменения ее толщины и патологическое перерождение микроструктуры. Его сопровождало резкое колебание концентрации таких химических элементов, как мышьяк, свинец, цинк, никель, иридий. Все они поступали в организм динозавров через пищу, воду и воздух, что делало невозможным нормальное эмбриональное развитие гигантских пресмыкающихся.

Важно отметить, что указанные перемены происходили постепенно, на протяжении примерно 250 тыс. лет. Таким образом, вымирание динозавров не было мгновенным событием, что противоречит упомянутой выше астероидной гипотезе.

В 2004 - 2008 гг. российские ученые доктор геолого-минералогических наук Андрей Грачев, кандидат физико-математических наук Владимир Цельмович (Институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта РАН), кандидат геолого-минералогических наук Олег Корчагин (Институт геологии РАН) в содружестве с австрийским палеонтологом Хайнцем Холлманном из Музея естественной истории в Вене изучали разрез в Национальном парке "Айзенвурцен", недалеко от деревни Гаме в Восточных Альпах, где местная река в нескольких местах вскрывает границу мела и палеогена. Результаты комплексного анализа показали сильно выраженную вертикальную зональность переходного слоя (мощность его равна примерно 2 см), позволившую разделить его на две части. Нижняя характеризуется высокими концентрациями мышьяка, цинка, меди, свинца, хрома, иридия, кобальта, никеля, в то время как в верхней части содержание этих элементов существенно ниже. Особенно важно отметить высокие концентрации мышьяка, достигающие 60 г/т, что в 12 раз превосходит предельно допустимую норму для живых организмов (наступает летальный исход). Этот факт не может быть объяснен в рамках "астероидной" парадигмы, поскольку концентрация того же элемента в метеоритах не превышает 2 г/т.

Самородные металлы из разреза Гаме: a - серебро (слева вверху - кристалл серебра, внизу - массивные выделения серебра), золото и медь (справа), обнаруженные в вулканических аэрозолях (Гавайи) и в базальтах мантийных плюмов (Гренландия, Восточная Сибирь); b - платина (вверху - дендритовидное зерно, внизу - окатанное зерно циркона, покрытое тонкой пленкой платины); с - рений - результат дегазации расплавов, поступающих к поверхности из нижней мантии (в земной коре чистый рений не встречается).

Андрей Грачев указал на обнаруженные им и его коллегами четыре аномалии иридия: одна на самой границе в переходном слое, две другие ниже него и одна - выше. Изучение минералогического состава показало: нижняя часть разреза Гаме характеризуется присутствием самородных металлов (золото, серебро, медь, платина, рений), сульфидов (пирит, арсенопирит, молибденит и др.), сульфатов (барит). Важно подчеркнуть, что здесь впервые были найдены чистая платина и самородный рений. А ведь такой парагенезис минералов характерен для современных гидротермальных систем. Среди оксидов выявлен титаномагнетит, по своему составу отвечающий аналогам из базальтов. В средней части переходного слоя эти минералы отсутствуют.

При детальном изучении самой верхней части переходного слоя были обнаружены шарики чистого никеля и алмазы, в том числе гексагональной модификации - лонедалеит, типичный минерал железных метеоритов. Помимо того найдены такие минералы, как аваруит и муассонит.

Далее. Исследование бентосных (обитающих на грунте и в грунте водоемов) и планктонных фораминифер (т.е. одноклеточных простейших, "одетых" в известковую раковину), проведенное Олегом Корчагиным, показало: в средней части переходного слоя они отсутствуют, но выше по разрезу вновь появляются. Такое "исчезновение" фораминифер связано с резким изменением среды обитания, вызванным поступлением в морской бассейн токсичных металлов. Кстати, как показал анализ разрезов морских отложений на границе мела и палеогена в других районах мира, аномальное содержание мышьяка типично для первых миллиметров переходного слоя. Скажем, в разрезе Каравака (Испания) концентрация мышьяка в 400 раз превышает предельно допустимую норму.

В итоге автор статьи отметил, что аномальное содержание токсичных металлов в морских отложени-

Никель и алмазы, найденные в разрезе Гаме: a, b - сферулы чистого никеля, который в земной коре отсутствует; c - гексагональная модификация алмаза (лонедалеит), характерная для железных метеоритов.

ях на границе мела и палеогена - глобальное явление. Они обнаружены в скорлупе яиц и костных остатках динозавров. Следовательно, поступление этих металлов в осадочные бассейны как в пределах морских акваторий, так и на континентах было связано с вулканическим аэрозолем (влияние последнего на окружающую среду хорошо изучено на примере исторических извержений вулканов).

Однако важно, что изучая разрез Гаме, впервые удалось установить два этапа в развитии переходного слоя на границе мела и палеогена. В течение первого (длительностью около 1500 лет при консервативных оценках скорости осадконакопления) формирование проходило под влиянием вулканического аэрозоля, с которым связаны присутствие самородных металлов, сульфидов и высокие концентрации токсичных металлов. Тем же объясняется и появление аномалии иридия, как и других элементов, в нижней части переходного слоя.

В течение второго этапа на характер осадконакопления повлияло падение астероида (метеорита), следы которого фиксируются шариками чистого никеля, минерала аваруита и кристаллами алмаза.

Полученные выводы российских ученых резко отличаются от данных других исследователей, изучавших переходный слой на границе мела и палеогена, и позволяют выяснить, с чем связано массовое вымирание организмов 65 млн. лет назад. Очевидно, нет необходимости противопоставлять вулканизм событию, связанному с падением астероида: они оба имели место, но изменение биоты связано исключительно с вулканизмом, как и появление иридиевой аномалии, поскольку падение космического тела произошло позже.

В заключение отметим, что результаты этих исследований обсуждались на Международном симпозиуме по границе мела и палеогена в Австрии в 2009 г. и опубликованы в монографии, изданной Геологической службой Австрии.

Грачев А. Тайна вымирания динозавров. - "Земля и Вселенная", 2010, N3

Материал подготовил Сергей МАКАРОВ

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: