Жизнь вернулась в кратер Чиксулуб почти сразу после падения астероида

Рис. 1. Гравитационная карта кратера Чиксулуб. Разными цветами показана величина гравитационной аномалии (mgal — миллигал, см. гал). Современная береговая линия полуострова Юкатан показана белым; Mérida — город Мерида, столица мексиканского штата Юкатан. Сиреневая звездочка (Site M0077) — точка, где проводилось бурение и был обнаружен «переходный слой», образовавшийся сразу после импакта. Crater Rim — приподнятый край кратера, Peak Ring — кольцевое поднятие, характерное для центральных частей очень крупных ударных кратеров. Черные точки — сеноты.
Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

К настоящему времени у большинства специалистов не осталось сомнений в том, что массовое вымирание на рубеже мела и палеогена было вызвано падением астероида диаметром 10–15 км, оставившего на поверхности планеты след в виде кратера Чиксулуб (см.: Радиоизотопные датировки подтвердили связь между падением Чиксулубского метеорита и усилением траппового вулканизма, «Элементы», 05.10.2015). Астероид упал в мелкое море, подняв в воздух огромное количество соединений серы (сера входит в состав гипса, присутствующего в мелководных морских отложениях), что, вероятно, и обусловило столь тяжелые для биосферы последствия. В наши дни половина кратера находится на дне Мексиканского залива, половина — на суше (на полуострове Юкатан, рис. 1).

Изучение пограничных отложений, образовавшихся незадолго до и вскоре после импакта, показало, что в разных регионах восстановление морских экосистем после кризиса шло с разной скоростью. В Мексиканском Заливе, Северной Атлантике и Западном Тетисе — то есть в бассейнах, ближайших к эпицентру катастрофы, — морские экосистемы, по-видимому, восстанавливались медленнее, чем в большинстве других регионов. Это наводит на мысль, что падение астероида могло оказать на ближайшие морские бассейны какое-то локальное негативное воздействие, которое продолжало ощущаться довольно долго (десятки и даже первые сотни тысячелетий). В роли такого локального фактора гипотетически могло бы выступить, например, отравление морской воды тяжелыми металлами. Чтобы проверить это предположение, важно выяснить, как развивались события в самом эпицентре, то есть непосредственно в кратере Чиксулуб.

В 2016 году в рамках международных проектов International Ocean Discovery Program и International Continental Drilling Program было проведено бурение на дне Мексиканского залива, в том месте, где под 600-метровым слоем кайнозойских отложений сохранилось кольцевое поднятие (peak ring), окружающее центр кратера (рис. 1). Большой международный коллектив геологов и палеонтологов сообщил 30 мая на сайте журнала Nature о важных результатах, полученных в ходе изучения добытых образцов.

В изученной точке на глубине около 750 м под поверхностью морского дна залегают растрескавшиеся граниты и импактные расплавы, то есть породы, переплавленные выделившимся при ударе теплом. Выше лежит 130-метровая толща суевита (suevite) или импактной брекчии — породы, состоящей из частично переплавленных обломков, размер которых постепенно уменьшается в направлении снизу вверх. Всё это –непосредственные следы катастрофы, образовавшиеся немедленно после импакта.

Между суевитом и залегающим выше раннепалеоценовым пелагическим известняком был обнаружен чрезвычайно интересный 76-сантиметровый слой, который авторы назвали «переходным». Как выяснилось, этот слой сохранил бесценную информацию о самых первых этапах возвращения жизни в эпицентр катастрофы.

«Переходный слой» образовался в результате оседания поднятой астероидом мути. Чудовищный удар раздробил в мелкий порошок огромную массу донных отложений мелководного мезозойского моря. В этих отложениях было много ископаемых остатков мелких организмов — фораминифер и известкового нанопланктона. Среди них были виды, вымершие задолго до импакта. Все это смешалось с морской водой, пока по кратеру проносились туда-сюда гигантские цунами, а затем осело на дно.

В нижних 56 см переходного слоя нет следов ползания и рытья (см. Trace fossil), зато сохранилась характерная слоистость, свидетельствующая о мощных придонных течениях, вызванных, скорее всего, теми самыми цунами. Авторы полагают, что нижняя часть переходного слоя сформировалась буквально в первые дни после импакта.

В верхних 20 см переходного слоя нет признаков мощных течений, но есть отчетливые следы ползания и рытья (см.: Planolites, Chondrites). Сразу над переходным слоем залегает белый раннепалеоценовый известняк. Он содержит руководящие виды фораминифер, о которых известно, что они впервые появились в палеоцене, а в мелу (до катастрофы) их еще не было. Судя по набору ископаемых, нижние слои этого известняка сформировались спустя 30 000 лет после импакта.

Поскольку бесспорные свидетельства присутствия донных животных (следы ползания) впервые появляются в верхней части переходного слоя, важно понять, когда она сформировалась. Данные биостратиграфии (то есть набор ископаемых остатков живых организмов) позволяют лишь утверждать, что формирование переходного слоя завершилось не позднее, чем через 30 000 лет после импакта. Но эта оценка наверняка сильно завышена. По мнению авторов, между завершением формирования переходного слоя и началом накопления пелагического палеоценового известняка был долгий перерыв, возможно, связанный с послекризисным упадком планктонных сообществ, ответственных за формирование таких известняков.

Скорость осадконакопления можно оценивать по концентрации в осадочных породах изотопа ³He, который поступает на Землю с космической пылью. Скорость его поступления с некоторыми оговорками можно считать примерно постоянной, а падение чиксулубского метеорита само по себе не привело к заметным скачками концентрации ³He в осадочных породах (то есть метеорит не принес с собой дополнительную неучтенную порцию гелия-3). Применение этого метода позволило ограничить максимальное время формирования переходного слоя восемью тысячами лет после импакта. Если же при этом еще и учесть, что часть ³He могла попасть в переходный слой не из постепенно оседающей космической пыли, а из взбаламученных астероидом древних отложений (что почти наверняка так и было), то получается, что переходный слой сформировался менее чем за тысячу лет.

Более того, если принять, что переходный слой состоит в основном из поднятой астероидом мути (а все факты говорят именно об этом), то время его формирования можно оценить по размеру составляющих слой частиц, используя закон Стокса). В таком случае получается, что весь слой, включая верхнюю часть со следами ползания, сформировался менее чем за шесть лет. Авторы считают именно эту датировку наиболее достоверной.

С таким выводом согласуются и другие данные, полученные в ходе изучения керна (рис. 2). Например, ископаемые фораминиферы и известковый нанопланктон в переходном слое представляют собой так называемый «мел-палеогеновый пограничный коктейль» (Cretaceous/Palaeogene boundary cocktail), ранее обнаруженный в пограничных отложениях в разных точках Мексиканского залива и Карибского бассейна. «Коктейль» состоит из переотложенных меловых (в основном маастрихтских и кампанских) ископаемых. Доля видов, действительно переживших кризисный рубеж, в нижней части переходного слоя минимальна и постепенно растет снизу вверх. Резкое преобладание выживших видов характерно лишь для верхней части слоя, там, где уже есть следы ползания.

Таким образом, следы ползания и рытья, обнаруженные в верхних 20 см переходного слоя, говорят о том, что уже через несколько лет после импакта в кратере кипела какая-то донная жизнь. Следы были оставлены, пока осадок был еще очень мягким, то есть во время или сразу после формирования переходного слоя.

Полученные результаты не подтверждают гипотезу о том, что метеорит отравил окружающие воды или каким-то иным способом задержал восстановление экосистем в непосредственной близости от эпицентра. Упомянутая выше задержка восстановления биоты, отмеченная в некоторых районах Северной Атлантики и Западного Тетиса, по-видимому, объясняется другими причинами: местными условиями, набором уцелевших видов, конкуренцией между ними или чем-то еще.

Изучение раннепалеоценового известняка, залегающего над переходным слоем, показало, что сообщество планктонных организмов, обитавшее в толще воды над кратером спустя 30 000 лет после катастрофы, было вполне здоровым и высокопродуктивным (на это указывают, в частности, высокие показатели Ba/Ti и Ba/Fe на втором сверху графике на рис. 2). Признаков аноксии (пониженной концентрации кислорода) обнаружить не удалось. Этим чиксулубский кратер отличается от более позднего и меньшего по размеру чесапикского (см. Chesapeake Bay impact crater), образовавшегося в конце эоцена, 35,5 млн лет назад. Скорее всего, чиксулубский кратер «выручило» то обстоятельство, что он, в отличие от чесапикского, не был изолирован от окружающего океана. Поэтому и жизнь смогла так быстро вернуться в эпицентр катастрофы, погубившей 76% обитавших на планете видов.

Статья опубликована в журнале Nature
Источник: Александр Марков elementy.ru