Динозавров убила тьма

0

Все наземные виды животных, живущих вне нор, вымерли 66 млн. лет назад. Вину за это пытались возложить и на колоссальные по масштабу извержения декканские вулканы, и на взрыв астероида. Как стало ясно теперь, вулканы ни при чем, и вот почему.

Не уступали млекопитающим

За последние годы стало окончательно ясно, что многие — если не подавляющее большинство — динозавры были теплокровными, часто покрытыми перьями и довольно быстрыми. Благодаря своеобразному скелету с воздушными полостями и необычной дыхательной системе, они могли вырасти куда более крупными, чем любые наземные млекопитающие. К тому же часть древних «ужасных ящеров» имела не гладкие, а зубастые клювы: что-то типа страуса, только весом до десятков тонн и с зубами. Из этой картины легко понять, почему вплоть до вымирания наземных динозавров млекопитающие оставались ночными норными животными. Более крупные соперники просто не оставляли им шансов на доминирование днем.

Кроме того, палеонтологи убедительно доказали, что число видов наземных динозавров (за вычетом птиц) оставалось большим вплоть до 66,04 млн. лет назад, а затем практически мгновенно сократилось до нуля. Более того, 93 процента видов млекопитающих приказали долго жить в тот же самый момент. Из этого понятно, что млекопитающие вытеснили наземных динозавров не потому, что были чем-то лучше, а потому, что те погибли из-за каких-то внешних событий.

Поиски убийцы, или 5 миллиардов Хиросим

Примерно в то время случились сразу две катастрофы, которые могли бы объяснить Великое вымирание. На Индостане 1,5 млн. кв. км залило толстым слоем лавы (сегодня это Декканские траппы). При этом в атмосферу было выброшено очень много диоксида серы — мощного антипарникового газа. Он эффективно блокирует солнечный свет, устраивая на поверхности планеты вулканическую зиму. Извержение, создавшее Декканские траппы, было исключительно сильным. Поэтому ряд ученых предположил, что и вулканическая зима после него была такой же мощной. Холод может убивать виды: большинство крупных вымираний на Земле сопровождается именно резким снижением температур.

Около 66 млн. лет назад на планету обрушилась еще одна беда. У полуострова Юкатан упал Чиксулубский астероид диаметром не менее 10 км. При соударении крупного тела, имеющего скорость во много километров в секунду, и твердых пород произошел взрыв, чья мощность оценивается в 100 млн. мегатонн (примерно 5 млрд. Хиросим). Как и любой крупный астероидный удар, он поднял в стратосферу огромное количество пыли, вызвав астероидную зиму. Плюс астероид взметает вверх не только пыль, но и крупные обломки, те набирают скорость до километров в секунду и совершают суборбитальный космический полет. Возвращаясь оттуда на скоростях до 6 км/с, обломки сильно разогреваются. Часть из них — самые крупные и неплотные — дают вторичные взрывы в атмосфере, часть — мельче и плотнее — раскаленными докрасна падают на землю. Попутно 100 млн. мегатонн дали сильнейшее цунами.

Итак, вымирание могло быть вызвано и вулканической, и астероидной зимой. Но как понять, какой именно из них? Хорошо бы сделать это, выяснив, что случилось первым. Одна беда: извержение Декканских траппов, похоже, началось чуть раньше вымирания динозавров, на десятки тысяч лет. Хотя в полную силу пошло только после него. То есть, одними датами ситуацию не понять: нужны какие-то еще показатели.

Закислил мгновенно сразу все моря

Международная группа ученых решила ответить на этот вопрос, обратившись к отложениям былого морского дна. Они нашли ряд образцов глин возрастом в 66,04 млн. лет, включая один особо толстый, на территории современной Голландии. В этих отложениях содержатся оболочки морских одноклеточных с маленькой ракушкой — фораминифер. Авторы новой работы изучили, как менялся в этих отложениях уровень бора — элемента, накопление которого в раковинах моллюсков зависит от кислотности морей. Количественно кислотность выражается водородным показателем pH. Согласно новой работе, последние 100 тыс. лет мелового периода этот pH был крайне стабилен. Это, кстати, не особо ожидаемо: в последние 20 тыс. лет истории Земли кислотность океанов прыгала туда-сюда в довольно быстром темпе. Происходит это потому, что кислотность океана быстро реагирует на содержание углекислого газа в атмосфере. При теплом климате углекислого газа в воздухе больше, при холодном — меньше. Выходит, конец эры динозавров отличался на удивление стабильным климатом, без таких резких колебаний, как в наше время.

Ученые полагают, что неизменность кислотности морей в этот момент снимает все подозрения с Декканских траппов: они не могут быть убийцами динозавров. Если бы их извержения в самом деле вызвали глобальную вулканическую зиму, то pH никак не мог оставаться стабильным. Диоксид серы выпадает из атмосферы в виде кислотных дождей. Примерно 30 тыс. лет извержения Декканских траппов до вымирания динозавров не дали резкого всплеска таких дождей. Значит, масштаб извержений тогда не был настолько велик, чтобы повлиять на климат и устроить вымирание.
Но вот 66,04 млн. лет назад от былой стабильности не осталось и следа. За срок не более тысячи лет pH океанов, судя по бору в осадочных породах, упал сразу на 0,25.

Может показаться, что 0,25 — не так много. Бесспорно, такой уровень закисления редко способен убить морских обитателей сам по себе.

Однако повышение кислотности океана — важный индикатор того, что происходит на планете. Авторы новой работы подсчитали: закисление в первую тысячу лет после падения Чиксулубского астероида говорит о резком изменении состава атмосферы. До мощнейшего астероидного взрыва диоксида углерода в атмосфере было 900 частей на миллион, а сразу после стало 1600 частей на миллион. Это огромный скачок. Но сам по себе рост содержания углекислого газа не может привести к вымиранию. В истории Земли бывал куда больший рост. Всего 10-15 тыс. лет назад рывки концентрации углекислого газа туда-сюда случались неоднократно. 50 с лишним миллионов лет назад, в период палеоцен-эоценового термического максимума, уровень углекислого газа в атмосфере поднялся примерно вдвое, до уровня выше того, что был во времена вымирания динозавров. pH океанов упал на 0,28 — сильнее, чем после Чиксулуба. Несмотря на это, число видов на планете не только не сократилось, но и быстро возросло. Значит, вымирание динозавров не было вызвано «приливом» углекислого газа. Скорее, само вымирание спровоцировало этот «прилив».

О чем рассказал взлетевший углекислый газ

Углекислый газ в атмосфере может быть не только причиной глобальных изменений типа нынешнего потепления, но и их признаком. О чем идет речь?

По современным данным, вслед за падением Чиксулубского астероида на планете на 80 лет утвердились довольно низкие температуры. Согласно исследованию 2016 г., в воздух тогда попало 325 млрд. тонн серы, которая могла дать до триллиона тонн двуокиси углерода. На первый взгляд, это не так много: того же углекислого газа сегодня в атмосфере более 3 трлн. тонн. Но серные соединения, выброшенные взрывом астероида высоко в атмосферу, блокируют солнечные лучи на самом деле эффективно. Расчеты показывают, что даже если в атмосферу от взрыва астероида попало бы только 100 млрд. тонн серы, охлаждение планеты было бы сильным.

Через три года после взрыва астероида средняя температура должна была упасть на 27 град. Цельсия. То есть, от нормальных для мелового периода плюс 22 град. она упала до минус 5 град. Действительно ли падение средней температуры на 27 град. — страшно и может вызвать вымирание?

На побережье Антарктиды — от минус 10 град. до чуть более низких отметок. Минус 20 град. — это климат внутренних частей Антарктиды, где даже пингвины не водятся. Там вообще нет крупных животных, да и мелких многоклеточных, откровенно говоря, острый дефицит. То есть, в случае повтора «чиксулубской зимы» сегодня Европа стала бы необитаемой. Падение на 27 град. сделало бы среднюю температуру Земли равной минус 12 град. Такому климату легко подобрать аналог: земля Франца-Иосифа, где среднегодовая температура именно минус 12 градусов. Там встречается меньше трех десятков видов птиц и млекопитающих: для остальных слишком холодно.

По расчетам исследователей, теплее всего после астероидной зимы было над морями. Из-за их огромной теплоемкости там просто не могло слишком сильно похолодать, так что средняя температура над открытым океаном составляла плюс 5,9 град. А вот над сушей ситуация была хуже: среднегодовая температура падала до минус 32 град. в самый холодный год астероидной зимы. Над континентальными частями тропиков конца эры динозавров среднегодовая температура после Чиксулуба понизилась с плюс 27 град. до минус 22 град., то есть, опять же, до такой, какая сейчас наблюдается только во внутренних частях Антарктики. Полное восстановление дочиксулубских температур было возможно только после как минимум трех десятилетий астероидной зимы.

Средняя температура Земли после Чиксулуба не могла стать выше нуля градусов в первые пять лет после удара. Так что крупные животные выжить просто не могли. В мезозое было тепло, очень тепло, даже нынешняя Антарктида и Арктика имели климат, который мы бы определили как умеренный. Плюс исчезли все взрослые растения. Семена в почве могут остаться — так и случилось: покрытосеменные сравнительно быстро восстановились, но за пять лет зимы без растительной пищи умрут почти все травоядные. И чем крупнее они будут, тем быстрее погибнут. А за ними плотоядные не заставят себя ждать: пять лет без травоядной добычи они никак не протянут. Массы погибших животных и растений постепенно должны были гнить, снабжая атмосферу углекислого газа. Однако прежней по размаху растительности не могло быть.

Другая научная группа показала, что сажа и диоксид серы, выброшенные в стратосферу ударом астероида, уронили уровень солнечного освещения в 100 раз на период до двух лет. Земные растения не могут эффективно фотосинтезировать при освещении в одну сотую нормального солнечного. То есть, брать углекислый газ из воздуха, чтобы получать из него кислород на пару лет, стало некому. После того как солнечный свет медленно вернулся, мгновенного возврата к нормальному климату тоже не случилось. Десятки лет астероидной зимы привели к резкому разрастанию морских льдов. Лед хорошо отражает солнечные лучи, дополнительно охлаждая Землю. Доударное богатство флоры просто не могло быстро вернуться.

Еще более важным источником углекислого газа мог оказаться сам удар астероида. Он неизбежно должен был выбросить в атмосферу немало углеродсодержащего материала. Вдобавок глобальные пожары от всепланетного огненного дождя тоже внесли в атмосферу немало углекислого газа. По некоторым оценкам, общий вклад Чиксулубского астероида в атмосферу Земли мог составить сотни миллиардов тонн. В норме диоксид углерода может повысить температуру планеты, поскольку удерживает инфракрасное излучение. Однако при астероидной зиме это не работает: диоксид серы в атмосфере не дает солнечным лучам достигнуть плотной тропосферы. Углекислый газ не может удержать у поверхности достаточно тепла, если этого тепла туда доходит слишком мало.

Почему выжили птицы?

Итак, взрыв в 100 млн. мегатонн на пару лет погрузил планету в сплошную ночь, на много лет — в экстремально холодный климат. Но все-таки часть живых существ выжила. Из динозавров выжили птицы. Почему же наземные динозавры погибли? Допустим, крупным животным в сложных условиях тяжело прокормиться. Но среди динозавров было немало мелких — размером с человека. Почему они не выжили и потом не дали начало более крупным видам? Наиболее вероятный ответ на этот вопрос сводится к одному: яйца. Динозавры, как сегодня ясно, их высиживали (в отличие от холоднокровных ящериц) и подолгу. Если птицы обычно сидят на яйцах от 11 до 85 дней, то у наземных динозавров высиживание шло 3-6 месяцев. Ученые считают, что главной причиной длительного высиживания было время, нужное для развития у эмбриона зубов. У современных птиц их нет, что и позволяет им высиживать яйца быстро. Но без зубов многие экологические ниши занять трудно. Беззубым птичьим клювом тяжелее рвать крупную добычу или перетирать грубую растительную пищу. В общем, большинству нелетающих видов зубы явно нужны.

Но после Чиксулубской катастрофы длительное высиживание яиц из плюса стало жирным минусом: с едой было сложно, живых растений нет, травоядные умирают, падаль портится, а выжить может только тот, кто постоянно перемещается, отбирая редкую пищу у обитателей все новых земель. Отложив яйца, перенести их в другое место очень сложно, а в пути трудно согреть (астероидная зима — не шутка). Прокормиться на одном месте даже три месяца невозможно: кругом апокалиптических масштабов катастрофа, нельзя сидеть на одном месте. Птицы, особенно мелкие, могут высидеть яйца быстро, поэтому они выжили, а число их видов и сегодня почти вдвое больше, чем у млекопитающих. Млекопитающие же не вымерли потому, что их беременные самки носят своих детенышей с собой, то есть, они не привязаны к одному месту.

Выяснить причину гибели динозавров – не просто вопрос абстрактного любопытства. Извержения вулканов не предотвратить. А вот падение на Землю крупных астероидов и комет человечество вполне способно остановить — если создаст нужные ракеты с термоядерными боеголовками необходимой мощности. Но без ясных научных данных о том, что именно астероиды — самый опасный фактор для земной жизни, никто не станет вкладывать средства в защиту от них.

Александр Березин
Naked-science.ru

Поделиться.

Комментарии закрыты