Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

Обнаружение слоя, богатого иридием, быстро привело к гипотезе удара, поскольку этого металла мало в земной коре, зато много в метеоритах, и единственное разумное объяснение его высокого содержания в породах мел-палеогеновой границы — то, что его источником был внеземной объект. Как указали первооткрыватели — группа исследователей из Калифорнийского университета в Беркли во главе с геологом Уолтером Альваресом и его отцом, лауреатом Нобелевской премии по физике Луисом Альваресом — иридий из крупного испарившегося астероида был выброшен в атмосферу и разлетелся по всему миру. Ученые из Беркли утверждали, что одновременность удара и массового вымирания не может быть простым совпадением, и столкновение с астероидом стало причиной исчезновения видов.

По количеству иридия на мел-палеогеновой границе группа Альвареса рассчитала размер упавшего тела, оценив его в 10–11 километров, и последующие работы не сильно затронули эту оценку. Серьезным возражением против теории был тот факт, что ни один из известных кратеров на Земле не имел подходящего возраста — а ведь упавший астероид такого размера обязательно оставил бы большой след. В течение десяти лет ситуация оставалась без решения, но огромный вал междисциплинарных исследований, стимулированных ударной гипотезой, привел к бесспорному доказательству — кратеру диаметром примерно 180 километров на полуострове Юкатан в Мексике. Несмотря на размеры, на него не обращали внимания, поскольку он погребен под 600-метровым слоем осадочных пород. На поверхности нет никаких признаков того, что внизу находится кратер.

На самом деле кратер не был совсем упущен из виду. Его обнаружили в конце 1940-х мексиканские геологи-нефтяники с помощью метода дистанционного зондирования, когда строили карты недр; однако тогда решили, что это вулканический кратер. В последующие десятилетия о нем не знали даже геологи. Однако после того как группа Альвареса предложила свою теорию столкновения, ученые начали перепроверять породы мел-палеогеновой границы в поисках подтверждения или опровержения и быстро обнаружили, что осадочные породы из Карибского региона содержат более явные призраки удара, чем в других точках мира, включая слои раздробленных пород, предположительно выброшенных из кратера, и многочисленные стеклянные шарики, выглядящие как застывшие капельки расплава, образовавшегося при ударе. Другие отложения в регионе показывали признаки разрушения гигантскими волнами — вероятно, цунами, вызванными ударом. В областях, удаленных от Карибского бассейна, признаки удара были менее явными, и все согласились, что кратер должен находиться где-то в районе Мексиканского залива.

Затем геолог Алан Хильдебранд из Аризонского университета в Тусоне и его коллеги повторно изучили данные зондирования для структуры на Юкатане и быстро поняли, что это должен быть огромный ударный кратер. Важно отметить, что образцы из скважин (как и данные зондирования, собранные во время нефтеразведки) показывали, что породы, расположенные непосредственно поверх этой структуры, по возрасту относятся к палеоцену — иными словами, это отложения той геологической эпохи, которая следовала непосредственно за мел-палеогеновой границей. В 1991 году Хильдебранд с коллегами опубликовали результаты исследований и предположили, что именно этот кратер и есть искомое место столкновения.

Кратер получил имя Чикшулуб — по названию близлежащего поселения. Его тщательно изучали, и сейчас нет никаких сомнений, что он образовался в результате удара, а точная датировка его появления и другие свидетельства недвусмысленно связывают его с мел-палеогеновой границей. Толща осадочных пород, закрывающих кратер, затрудняет подробную фиксацию его характеристик, но эти слои поверх лежащих пород одновременно и предотвратили эрозию кратера, и почти идеально сохранили его первоначальную форму и особенности.

На карте видно, что Чикшулуб делится береговой линией полуострова Юкатан почти точно пополам: половина его лежит под сушей, а половина — под водами Мексиканского залива (рисунок 6). Однако во время удара вся эта область находилась под водой: астероид ударился о мелководье континентального шельфа рядом с нынешней Мексикой, пробил слои воды и океанических отложений, а затем выбил кратер в лежащих ниже магматических породах коры. После периода первоначального хаоса (о котором будет рассказано ниже) произошел возврат к нормальным условиям, и кратер начал заполняться отложениями. Впоследствии эти осадочные породы поднялись и ныне составляют часть мирного тропического ландшафта современного Юкатана. Однако под мирным покрывом таится рассказ о катастрофе таких масштабов, которые редко встречаются на Земле.

Что происходит, когда на Землю падает астероид или комета размером с тело, которое образовало кратер Чикшулуб? Факторы, влияющие на объекты, попадающие в атмосферу планеты из космоса, были очень хорошо изучены, когда ученые выясняли, как без возгорания доставить на Землю шаттл или межконтинентальную баллистическую ракету. Для астероидов вычислять приходится значительно больше, но эти расчеты дают ключ к тому, что должно было происходить, а данные геологической летописи дают возможность проверить такие экстраполяции. В зависимости от своих траекторий внеземные тела ударяются о Землю с различной скоростью и под разным углом, однако все они двигаются со скоростью, многократно превышающей скорость звука — обычно 13–19 километров в секунду и даже еще быстрее. При таких скоростях воздух перед астероидом сжимается, оказывая огромное давление на летящее тело, и раскаляет его или как минимум его поверхность (если вы когда-нибудь накачивали ручным насосом велосипедную шину, то знаете, что даже умеренное сжатие быстро нагревает воздух). Такое явление четко зафиксировано у метеоритов, которые не только теряют значительную часть первоначальной массы из-за плавления и разрушения поверхности при погружении в атмосферу, но и часто сохраняют тонкую корку расплавленного материала, которую геологи называют «корой плавления».

Рисунок 6. Местоположение скрытого кратера Чикшулуб на полуострове Юкатан в Мексике. Данные о кратере получены с помощью геофизических методов дистанционного зондирования. (Основано на данных работы Пилкингтона и др., 1994).

Моделирование удара астероида, создавшего мел-палеогеновую границу, показывает, что он сильно нагрел атмосферу при падении, и интенсивность излучения огненного шара была поразительной: в центре шара температура достигала десяти тысяч градусов Цельсия и выше. Рядом с местом падения должно было сгореть все живое. Растительность сожгло в радиусе примерно 3 тысяч километров — сегодня в этот круг попали бы Чикаго, Монреаль, Сан-Диего, Лима и Каракас. Кроме того, часть материала из кратера выбросило вверх с такой скоростью, что она вылетела из атмосферы в космос, а затем вернулась и еще больше нагрела атмосферу при повторном входе. Дождь из выброшенных фрагментов поднял температуру воздуха во всем мире, возможно, иссушив леса и сыграв определенную роль в массовом вымирании. Последние расчеты показывают, что какое-то короткое время — возможно, несколько часов — наземная температура повсюду на планете превышала 250 градусов Цельсия.

Когда группа Альвареса впервые предположила наличие связи между ударом и массовым вымиранием,