Астероид, который положил конец динозаврам: как это было
Почти все знают, что 66 миллионов лет назад на Землю упал астероид, который вроде бы привел к гибели динозавров. Однако это падение привело к загадочным последствиям. Где росли армии деревьев, вытягивающих свои ветви к небу, словно спасаясь от зарослей папоротников и кустарников, ухвативших их за корни, остались только обгоревшие стволы. Вместо непрекращающегося гула насекомых и криков гигантских динозавров остался только свист ветра, пронзающего тишину. Наступила тьма: голубое, зеленое, желтое и красное, танцующее под солнцем, все было выжжено.
Вот что произошло, когда гигантский астероид в десять километров шириной упал на нашу планету 66 миллионов лет назад.
«За несколько минут или даже часов пышный и живой мир превратился в тихий и опустошенный, - говорит Дэниел Дурда, планетолог Юго-Западного исследовательского института в Колорадо. - Особенно в области тысяч квадратных километров вокруг места удара - все было уничтожено начисто».
Собирая по частям головоломку этого падения, ученые наметили долгосрочные последствия метеоритного удара. Он унес жизни более трех четвертей всех видов животных и растений на Земле. Самыми значительными жертвами стали динозавры - но многие из них сохранились в виде птиц.
Но расписать все по деталям, особенно то, что последовало за падением и что позволило некоторым видам выжить, оказалось куда более сложной задачей.
Впервые о том, что динозавры были уничтожены ударом астероида, заговорили в 1980 году. На тот момент эта идея была спорной. Затем в 1991 году геологи обнаружили место падения - кратер диаметром 180 километров на полуострове Юкатан в Мексике. Кратер назвали Чиксулуб в честь ближайшего города.
Кратер было сложно найти, потому что он находится под землей. Северная часть также была далеко от берега, погребенная под 600 метров океанских отложений.
В апреле 2016 года ученые начали бурение на километр вниз в морской части кратера, чтобы извлечь образцы керна длиной в 3 метра. Группа ученых проанализирует извлеченные образцы, чтобы выявить изменения в типе породы, крошечные окаменелости и, возможно, даже ДНК, заключенную в камне.
«Скорее всего, мы найдем бесплодный океан в эпицентре сразу же после удара, а потом, возможно, увидим, как жизнь возвращается», говорит Шон Галик из Института геофизики Техасского университета, участвующий в бурении.
Некоторые вещи можно было узнать и без бурения кратера.
Например, учитывая размеры кратера, ученые подсчитали, как много энергии должно было высвободиться при ударе.
Используя эту информацию, Дурда и Дэвид Кринг из Института Луны и планет в Техасе смоделировали точные детали столкновения и предсказали, какая цепочка событий могла при этом произойти. Ученые смогли протестировать этот сценарий с помощью окаменелостей и проверить, насколько точны прогнозы.
«Все эти расчеты проводились кропотливо, - говорит палеоботаник Кирк Джонсон, директор Смитсоновского национального музея естественной истории. - Вы можете построить сценарий, в котором идете от момента падения, последней секунды мелового периода, а после пошагово движетесь через минуты, часы, дни, месяцы и годы после события».
И эти исследования рассказывают катастрофическую историю.
Астероид пронзил небо на скорости, в 40 раз превышающей скорость звука, и врезался в земную кору. Результатом стал взрыв в 100 триллионов тонн тротилового эквавалента - в семь миллиардов раз мощнее бомбы, сброшенной на Хиросиму.
Удар по земной коре отправил ударные волны во все стороны. В Мексиканском заливе выросли цунами высотой до 300 метров. Десятибалльные землетрясения уничтожили береговую линию, а в радиусе тысяч километров взрыв вырвал и разметал все деревья. Наконец, с неба посыпались тонны камней, которые похоронили всю оставшуюся жизнь.
«По сути, это была пуля диаметром в 10 километров, - говорит Джонсон. - Невероятная физика. Невероятный взрыв, невероятные землетрясения, невероятные цунами, и все в радиусе нескольких сотен километров усыпается камнями размером с дома».
И все же эти региональные последствия сами по себе не вызвали глобального массового вымирания.
Когда астероид упал, он выпарил большой кусок земной коры. Над местом падения факелом выросли обломки, улетающие в небо. «Был огромный, расширяющийся шар плазмы, который проник в верхние слои атмосферы, в космос», говорит Дурда. Факел расширялся на запад и на восток, пока не укрыл целую Землю. Затем, будучи гравитационно связанным с планетой, он пролился обратно в атмосферу.
По мере остывания он конденсировался в триллионы капель стекла диаметром в четверть миллиметра. Они устремились к поверхности Земли с огромной скоростью и так сильно разогрели верхние слои атмосферы в некоторых местах, что на земле вспыхнули пожары. «Мощное тепло от повторно входящего выброса создало эффект жара на планете, - говорит Джонсон. - Теперь у вас есть печь».
Сажа от пожаров, в сочетании с пылью от удара, заблокировала свет лучей Солнца и погрузила Землю в долгий, темный, зимний мрак.
В течение следующих нескольких месяцев крошечные частицы осыпались на поверхность, скрывая целую планету слоем астероидной пыли. В настоящее время палеонтологи могут увидеть этот слой, сохранившийся в палеонтологической летописи. Это мел-палеогеновая граница, поворотный момент в истории нашей планеты.
В 2015 году Джонсон прошел пешком 200 километров оголенного мел-палеогенового слоя в Северной Дакоте в поисках окаменелостей. «Если заглянуть под слой, можно увидеть динозавров, - говорит он. - Но если смотреть выше, никаких динозавров».
В Северной Америке, до удара Чиксулуб, окаменелости нарисовали картину пышных лесов, между которыми текли реки, и густого подлеска из папоротников, водных растений и цветущих кустарников.
Тогда климат был теплее, чем сейчас. На полюсах не было ледяных шапок, и некоторые динозавры бродили по северным землям Аляски и далеко на юге на Сеймуровых островах Антарктиды.
«Мир был так же биологически богат и разнообразен, как и все, что мы видим вокруг сегодня, - говорит Дурда. - Но впоследствии, и особенно возле места падения, среда стала похожей на лунную. Пустынной и бесплодной».
Последствия падения астероида ученые вывели, изучая мел-палеогеновый слой, который нашли в 300 местах по всему миру.
«В отличие от любого другого геологического процесса, падение астероида происходит мгновенно. Все это не было растянуто на сотни или десятки миллионов лет. Все это произошло мгновенно, - говорит Джонсон. - После того как мы определили слой мусора в ударном кратере астероида, мы можем уходить ниже и выше, сравнивать, что было до и после».
Ближе к месту удара животные и растения погибли либо от выжигающих температур, от диких ветров, от землетрясений, цунами или валунов, падающих с неба. Дальше, даже на другой стороне земного шара, виды страдали от цепной реакции вроде отсутствия солнечного света.
В тех регионах, где живая среда не была уничтожена пожарами, температуры уничтожили еду для животных, а кислотные дожди испортили запасы воды. Что еще хуже, мусор в воздухе привел к тому, что на поверхности Земли стало так же темно, как и в неосвещенной пещере, поставив точку в фотосинтезе и уничтожив пищевые цепочки.
По мере того, как растительность ушла, травоядным стало нечего есть. Если травоядные умирают, становится нечего есть плотоядным. Выжить стало невозможно. Все, что не сгорело, умерло от голода.
Окаменелости показывают, что не выжило ничего больше енота. Небольшие существа получили шанс, поскольку их обычно больше, они меньше едят и могут быстрее воспроизводиться и адаптироваться.
Пресноводные экосистемы, в принципе, чувствовали себя лучше сухопутных. Но в океане все пошло прахом, все пищевые цепочки коллапсировали.
В то время как длинная зима остановила фотосинтез, ее воздействие было больше в том полушарии, которое вступало в период вегетации. «Если вы находитесь в начале лета в северном полушарии, например, и вам выключают свет во время вегетационного периода, возникают проблемы».
Окаменелости указывают на то, что в Северной Америке и Европе после этого ада было лучше всего. Это говорит о том, что в северном полушарии начиналась зима, когда упал астероид.
Но даже в наиболее пострадавших районах жизнь вскоре поползла обратно.
«Массовое вымирание - это палка о двух концах. На одном конце: что убило жизнь. На втором конце: какие способности нужны были растениям и животным, чтобы выжить, развиться и восстановиться?».
Восстановление заняло много времени. Потребовались сотни, если не тысячи лет, чтобы восстановить экосистемы. Ученые предполагают, что в океанах потребовалось три миллиона лет, чтобы органический материал смог вернуться к нормальной жизни.
Как и после лесного пожара сегодня, папоротники быстро заселили обгоревшие места. В экосистемах, которые избежали нашествия папоротников, преобладали заросли водорослей и мхов.
В тех районах, которые избежали худших разрушений, некоторые виды выжили, чтобы заново заселить планету. В океанах выжили акулы, крокодилы и некоторые виды рыб.
Исчезновение динозавров означало, что открыты новые экологические ниши. «Именно миграция млекопитающих видов в эти пустые экологические ниши привела к тому обилию млекопитающих, которое мы наблюдаем в современном мире», говорит Дурда.
Когда ученые будут бурить кратер этой весной, они снова будут пытаться получить более четкое представление о том, как сформировался кратер, и о последствиях падения для климата.
«Мы сможем осуществить более качественный анализ изнутри кратера, - говорит Джонсон. - Узнаем много нового о распределении энергии и особенно о том, что случается с Землей, когда на нее падает нечто таких размеров».
Кроме того, ученые взглянут на минералы и трещины в породах и попытаются понять, что там могло жить. Бурение поможет нам понять, как восстанавливалась жизнь.
«Наблюдая за тем, как возвращается жизнь, можно найти ответы на пару вопросов, - говорит Галик. - Кто вернулся первым? Что это был за вид? Когда появилось эволюционное разнообразие и как быстро?».
Хотя многие виды и отдельные организмы погибли, другие формы жизни начали процветать в их отсутствие. Это двойная картина бедствия и возможности повторялась многократно в течение всей истории падений Земли.
В частности, вполне вероятно, что если бы астероид не ударил Землю 66 миллионов лет назад, ход эволюции был бы совершенно другим - и люди могли не появиться. «Иногда я говорю, что кратер Чиксулуб стал тиглем человеческой эволюции», говорит Кринг.
Он также предположил, что падения крупных астероидов могли помочь жизни зародиться.
Когда астероид упал, сильное тепло вызвало сильную гидротермальную активность в кратере Чиксулуб, которая могла продолжаться 100 000 лет.
И она могла позволить термофилам и гипертермофилам - экзотическим одноклеточным организмам, которые процветают в горячих, химически обогащенных средах - обосноваться внутри кратера. Бурение позволит проверить эту идею.
С самого своего рождения Земля регулярно подвергалась бомбардировкам. В 2000 году Кринг предположил, что эти удары создали подземные гидротермальные системы вроде тех, что, возможно, сформировалась в кратере Чиксулуб.
Эти горячие, химически богатые, влажные места могли дать начало первым формам жизни. Если это так, то жароустойчивые гипертермофилы были первыми формами жизни на Земле.
Астероид, который положил конец динозаврам: как это было Илья Хель
