Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Хелфанд Дэвид

Достигнув уровня, характерного для нее перед столкновением, температура продолжает возрастать до 32,5 °C, затем останавливается на высоте 85 см выше границы в образце отложений, и снова снижается до 30 °C. Это также согласуется с одним из ожидаемых последствий. Когда огненное облако, возникшее при ударе, испарило большую часть Мексиканского залива, в атмосферу было выброшено огромное количество водяного пара, а также более 1 триллиона тонн CO₂ из кальцита (CaCO₃) и других минералов и углеводородов, составлявших значительную долю остальной части залива в том месте, где произошел удар. Внезапный выброс парниковых газов привел к наблюдаемому повышению температуры, которое, по всей видимости, сохранялось по крайней мере на протяжении тысячелетия. С конца XVIII столетия, когда началась эпоха промышленного развития, антропогенный выброс CO₂ в атмосферу достиг сопоставимого уровня (приблизительно 1 триллион тонн), а наблюдаемое повышение температуры на границе K-Pg аналогично тому, какое предсказывают современные

климатические модели на конец нашего века.

⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в морской воде

Еще один интересный признак столкновения астероида получен в результате анализа изотопов Стронция (38-й элемент), который имеет четыре стабильных изотопа: ⁸⁴Sr (0,56 %), ⁸⁶Sr (9,86 %), ⁸⁷Sr (7,00 %) и ⁸⁸Sr (82,58 %). Содержание ⁸⁷Sr на самом деле со временем растет (очень медленно), поскольку он возникает в результате бета-распада Рубидия-87, период полураспада которого составляет 48,8 миллиарда лет. (Это означает, что с тех пор, как образовалась Земля – а это произошло 4,5 миллиарда лет назад, – распалось только 6,3 % ⁸⁷Rb, поэтому, когда я говорю «медленно», я имею в виду «очень медленно».) Датирование при помощи рубидий-стронциевого метода сыграет важную роль в будущих главах, поэтому стоит уже сейчас потратить немного времени и изучить взаимосвязь этих двух изотопов. Для наших целей важно отметить, что Стронций находится непосредственно под Кальцием в Периодической таблице и, следовательно, химически подобен ему, благодаря чему становится прекрасным заменителем Кальция в маленьких раковинах фораминифер, состоящих из CaCO₃.

В веществе земной коры Стронций составляет около 370 миллионных долей (ppm), а ⁸⁷Sr присутствует в концентрации 25,9 ppm (7 % от общего количества). Рубидий встречается реже, его концентрация достигает 90 ppm, а изотоп ⁸⁷Rb сегодня составляет 27,83 % от общего количества; в ту эпоху, когда формировалась Земля – с учетом той части, которая к настоящему времени уже распалась, – на его долю приходилось 29,16 % из 91,62 ppm Рубидия, присутствующих в то время (единственный другой изотоп, ⁸⁵Rb, стабилен, поэтому он не меняется со временем). Это означает, что распад ⁸⁷Rb дает нам лишь 1,68 ppm современного ⁸⁷Sr, и даже через миллион лет доля дополнительного изотопа ⁸⁷Sr, который добавится в результате распада ⁸⁷Rb, составит всего 0,00035 ppm – это совершенно ничтожная величина. Поэтому любое внезапное изменение соотношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr должно иметь какую-то внешнюю причину.

В морской воде концентрация Стронция и Рубидия сильно отличается от тех, которые характерны для горных пород на суше: у Стронция она составляет 8,1 ppm, а у Рубидия – 0,12 ppm. Но океан очень большой, и если перевести эту долю в абсолютные величины, то окажется, что всего в нем 11 триллионов тонн Стронция и 0,77 триллиона тонн именно изотопа ⁸⁷Sr. Поэтому для того, чтобы изменить общее соотношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, необходимо добавить огромную долю одного изотопа к другому. Сегодня соотношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в морской воде равно 0,7091, тогда как соотношение, поступившее в море в ходе эрозии наземных пород, приближается к 0,716. Таким образом, любое значительное увеличение соотношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в океанах предполагает невероятное усиление эрозии.

Именно об этом говорят некоторые исследователи, изучавшие соотношения изотопов Стронция на границе K-Pg. Анализ раковин фораминифер, найденных в слоях горных пород, показал, что содержание ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr постепенно увеличивается – от 0,7077 за 10 миллионов лет до границы до 0,7078 на границе¹³. Это объясняется последовательным возрастанием площади суши, происходившим в тот период под влиянием тектоники плит (больше земли – больше возможностей для эрозии горных пород). Ряд измерений проведен и на самой границе, и они не очень хорошо согласуются друг с другом, хотя все они, похоже, свидетельствуют о небольшом, но резком увеличении – оценки этого скачка варьируются от 0,0002¹⁴ до лишь четверти этого числа. Но, опять же, если мы обратим внимание на цифры, упомянутые выше, то увидим, что даже меньшее изменение соотношения, равное 0,00005, требует добавления примерно 5 миллиардов тонн дополнительного ⁸⁷Sr. Если учесть, сколь скромным оказалось возрастание ⁸⁷Sr в наземных породах, которые, по всей видимости, стали источником этого избытка, то нам потребуется в общей сложности 65 миллиардов тонн Стронция из эродированных пород или 175 триллионов тонн горных пород в целом¹⁵.

Создается впечатление, что эрозия была огромной и внезапной – но Земля велика. Континентальная кора имеет общую массу 2 x 10²² кг, и наша величина – это лишь 0,001 % от общей массы (эквивалент – сантиметр на слое породы толщиной в полтора километра). Но что могло вызвать столь резкую перемену скорости эрозии? Очевидные виновники – это два последствия столкновения с астероидом.

Во-первых, ударная волна, прошедшая по всему миру, скорее всего, превратила большую часть N₂ в воздухе в азотную кислоту (HNO₃) – и ее стало примерно 60 миллиардов тонн. Выше мы уже говорили о том, что из-за большого скапливания ангидрита на месте столкновения в стратосферу попало огромное количество выбросов, в конечном итоге превратившихся в серную кислоту (H₂SO₄). Недавние извержения вулканов позволили нам установить, что эти кислоты порождают кислотные дожди, которые идут на протяжении нескольких лет, постепенно осаждаясь из атмосферы. По одной из оценок, на каждый квадратный метр Земли выпало несколько литров сильнокислых дождей, и этого хватит, чтобы увеличить скорость эрозии и объяснить резкий скачок соотношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr.

Другие свидетельства удара

Катастрофический сценарий подтверждается и множеством других свидетельств. По всему Мексиканскому заливу вблизи пограничного слоя K-Pg залегает песчаник – сжатые слои песка, отложенные на территории, удаленной от моря. Их тщательное изучение показало, что в них, за исключением самого верхнего слоя, нет ни одного маленького червячного следа, повсеместного для всех отложений песчаника всех возрастов по всему миру. Это свидетельствует об очень быстром осаждение, чего и следовало ожидать от огромных цунами (высотой до полутора километров), вызванных столкновением Земли и астероида. Кроме того, в данном случае мы зафиксировали еще и резкое повышение уровня Иридия в илистом слое прямо поверх песчаника. Это объясняется тем, что тяжелые крупицы песка оседали первыми, а уже вслед за ними шла мелкозернистая грязь и соединенное с ней измельченное в порошок вещество астероида¹⁶.

Во многих местах мира, от Европы до Новой Зеландии, с глиной, отмечающей границу K-Pg, смешивается сажа от сгоревшего органического вещества. Венди Вольбах и ее коллеги оценивают общее количество сгоревшего Углерода в 70 миллиардов тонн, что сравнимо с 10 % всего растительного материала, присутствующего сегодня на Земле¹⁷. Это свидетельство глобального лесного пожара подтверждается резким снижением доли ¹³C в морских раковинах по обе стороны границы. Напомним, что растения не столь охотно поглощают ¹³C при фотосинтезе, поэтому внезапный выброс CO₂ из сгорающих растений приведет к уменьшению содержания ¹³C в атмосфере и океане (примерно то же самое мы наблюдаем сегодня при сжигании ископаемого топлива). Кроме того, выше границы K-Pg неожиданно возрастает количество папоротниковых спор – это знак того, что на земле, где прекратился пожар, восстанавливается растительная жизнь (которая часто начинается с видов, подобных папоротникам).

Другие исследователи выступали против гипотезы о глобальном разрушении и считали, что сажа возникла в результате масштабных пожаров, вызванных сгоранием ископаемого Углерода (угля и нефти) на месте столкновения и рядом с ним (напомним, что именно здесь добывала нефть компания Pemex). Против представления о глобальных лесных пожарах приводился и еще один довод: предполагаемое отсутствие древесного угля в пограничных слоях. Тем не менее повторный анализ частиц древесного угля, присутствующих в слое, и детальное моделирование как изначального огненного облака (которое могло непосредственно воспламенить весь растительный материал в радиусе свыше 2400 км), так и падения обломков из верхних слоев атмосферы, способных вызвать пожары в любой точке мира, позволяет предположить, что, хотя планета и не сразу окуталась дымом, повсеместные пожары были обычным явлением¹⁸. Более того, месяцы тьмы, наставшие после столкновения, по всей видимости, погубили большую часть флоры, сделав ее более уязвимой для лесных пожаров, вызванных ударами молний.

Недавно в Северной Дакоте был обнаружен богатый тайник окаменелостей, прямое свидетельство катастрофы, в мгновение ока уничтожившей жизнь. Исследователи описывают свою находку так: «Этот слой был переполнен спутанной массой пресноводных рыб, наземных позвоночных, деревьев, веток, бревен, морских аммонитов и других морских существ… У нас даже есть одна рыба, которая ударилась о дерево и разломилась пополам». Во внутренностях некоторых рыб оказались скрыты крошечные стеклянные шарики, выброшенные в результате удара и попавшие в жабры¹⁹. Прямо над этими окаменелостями находится слой пыли, богатый Иридием. Авторы утверждают, что скопление окаменелостей было вызвано сейшей – похожей на цунами волной. Изучив окаменелые отложения и измерив современные сейши, причиной появления которых, как сегодня известно, становятся землетрясения, ученые подсчитали, что высота волны превышала 10 метров, и ее породило землетрясение магнитудой от 10 до 11,5 балла – проявление ударной волны от столкновения, которое случилось на расстоянии в 3000 километров, причем между самим событием и прибытием волны прошло от шести до тринадцати минут. Более крупные стеклянные шарики, образовавшиеся в результате удара, и другие обломки упали примерно через пятнадцать минут после столкновения, поэтому мы находим их выше слоя окаменелостей. Мелкая пыль, обогащенная Иридием, осела еще позже, о чем свидетельствует ее присутствие над веществом выброса. Эта находка позволяет нам ярко представить картину хаоса, последовавшего за этим взрывом мощностью во много миллионов мегатонн.