Издательство «Альпина нон-фикшн» выпустило книгу британских палеонтологов Дарена Нэйша и Пола Баррета «Динозавры: 150 миллионов лет господства на Земле». Даррен Нэйш (Darren Naish) – специалист по палеонтологии позвоночных и автор более десятка научно-популярных книг, основатель известного блога Tetrapod Zoology. Профессор Пол Барретт (Paul Barrett) возглавляет отдел наук о Земле Музея естественной истории в Лондоне. Он объездил весь мир, изучая динозавров, и написал о них более 150 научных работ. Благодаря любезному разрешению издательства мы публикуем фрагмент из последней главы этой книги, где рассказывается о возможных причинах вымирания динозавров.
Внешнее воздействие
Из множества гипотез, за долгие годы предложенных для объяснения мел-палеогенового вымирания, одной из самых правдоподобных всегда была та, в которой объект из космоса — осколки кометы или астероид — сталкивался с нашей планетой и вызывал глобальное опустошение. В конце концов, мы знаем, что такого рода события происходили на протяжении всей истории. Луна покрыта доисторическими кратерами, самые большие из которых достигают 50 км в ширину, а на поверхности Земли имеется несколько крупных отметин, например кратеры Метеор в Аризоне и Маникуаган в Квебеке. До 1980-х гг. метеоритная гипотеза о вымирании конца мелового периода оставалась всего лишь интересным предположением.
В 1980 г. физик Луис Альварес и его коллеги объявили о находке металлического иридия в отложениях конца мела в Италии и Дании. На Земле иридий встречается редко, и, как правило, он попадает к нам из космоса вместе с метеоритами. Исследования показали, что иридий, присутствующий в этих породах, имеет химический состав, характерный для внеземных объектов. Исходя из этих данных, Альварес и его команда предположили, что в конце мелового периода гигантский космический объект врезался в Землю, что и стало причиной вымирания. Они описали, как от удара огромное количество пыли поднялось в атмосферу, затмило небо на многие годы и стало препятствием для фотосинтеза растений. Смерть растений привела к гибели большинства экосистем и в конечном итоге к вымиранию целых групп живых существ. Гипотеза сразу привлекла внимание многих ученых и общественности и получила известность как гипотеза Альвареса.
Вскоре нашлись и другие геологические данные, подтверждающие ударную гипотезу. Остывшие капли расплавленного стекла — тектиты, — выброшенные далеко от места удара, были найдены в отложениях конца мелового периода, как и осколки минерального кварца с микротрещинами, характерные для последствий крупных взрывов или ударных воздействий.
Наконец, в отложениях полуострова Юкатан в Мексике было обнаружено самое убедительное доказательство — гигантский кратер как раз подходящего возраста. Кратер под названием Чиксулуб в 1978 г. обнаружили геологи-нефтяники, ищущие новые перспективные месторождения, но до 1990 г. его не связывали с данными Альвареса и его команды. Возраст кратера соответствует предположительному времени удара, а его размер — более 180 км в поперечнике — по расчетам указывает на первоначальный объект диаметром около 10 км. Подходит и расположение кратера, так как геологические свидетельства удара (тектиты, ударнопреобразованный кварц и т. д.) в основном происходят из Карибского региона и прилегающих частей североамериканского континента.
В конце мелового периода полуостров Юкатан находился под водой, так что падение Чиксулуба было скорее «всплеском», чем ударом об землю. Гигантские приливные волны высотой 100–300 м прошлись по побережью Северной и Южной Америки. Это подтверждают разбросанные и расколотые горные породы в Карибском бассейне и Техасе. А скальные породы в Мексике говорят, что от удара произошли массовые землетрясения.
Обломки, разлетевшиеся по окрестностям, возможно, были достаточно горячими, чтобы начались лесные пожары, и некоторые эксперты полагают, что залежи древесного угля — это как раз свидетельство древних пожаров, бушевавших по всему миру. Высказывались также предположения, что тепловой импульс от удара был настолько мощным, что животные в буквальном смысле запекались живьем. Обе гипотезы — о разрушительных лесных пожарах и «глобальном тепловом импульсе» — противоречивы и не подтверждаются геологическими данными и компьютерным моделированием удара. Древесный уголь присутствует в отложениях конца мелового периода (это свидетельство древних лесных пожаров, вызванных ударами молнии), но он есть в отложениях всего мезозоя, и в конце мела его даже меньше, чем в более ранних слоях.
Некоторые ученые предположили, что в тот же период были и другие падения метеоритов. Образования в Северном море — кратер Сильверпит — и Болтышский кратер на Украине могли появиться от ударов меньших объектов. Более крупный кратер Шивы в Индии тоже приписывают удару метеорита в конце мела. Геологические данные, из-за которых эти образования называют ударными кратерами, не столь убедительны, как у Чиксулуба. Гипотеза, что несколько столкновений могли произойти почти одновременно, не так уж неразумна. В 1994 г. комета Шумейкеров — Леви‑9 распалась более чем на 20 отдельных кусков, прежде чем столкнуться с Юпитером.
Независимо от разногласий по поводу лесных пожаров, тепловых импульсов и множественных ударов, данные о падении метеорита в Мексике убедительны. Поскольку существовали сомнения насчет точного возраста кратера Чиксулуба, то отложения в этом регионе были неоднократно изучены с помощью нескольких разных методов. Насколько мы можем судить, столкновение действительно произошло одновременно с мел-палеогеновым вымиранием.
Плохие времена для динозавров
Гипотеза, что в конце мелового периода произошло катастрофическое столкновение с внеземным объектом, не вызывает серьезных сомнений, как и то, что это столкновение сильно повлияло на жизнь на Земле. Но есть веские причины думать, что это не единственный фактор, вызвавший мел-палеогеновое вымирание, и что другие, более продолжительные события тоже внесли свою лепту в исчезновение нептичьих динозавров.
Мы уже давно предполагаем, что сообщества динозавров в самом конце мелового периода были не такими, как в более ранние времена. Примерно 76 млн лет назад, во время так называемого кампанского века позднего мела, несколько групп динозавров были обильны и разнообразны. Запад Северной Америки — один из регионов с самыми разнообразными сообществами динозавров — был домом для пяти видов анкилозавров, целых десяти разных цератопсов, семи или более разных гадрозавров и трех или более тираннозаврид.
Нет никаких признаков, что это сообщество динозавров клонилось к упадку. Если же сравнить жизнь в кампанском веке с жизнью в том же регионе в последней части мелового периода — позднем маастрихте, около 68 млн лет назад, — картина получается совершенно другая. Из крупных цератопсов остались только трицератопс и торозавр. Единственный утконосый динозавр позднего маастрихта — это эдмонтозавр, а все виды с вычурными костными гребнями на голове давно исчезли, как и гадрозавры со сплошными гребнями и крючковатыми носами, которые жили вместе с животными вроде эдмонтозавра в кампанском веке. А среди крупных хищников лишь один вид — знаменитый тираннозавр — остался из целой родословной похожих друг на друга животных.
Что бы ни произошло в конце мелового периода, цератопсы, гадрозавры, тираннозавры и др. стали куда менее разнообразны, чем всего за несколько миллионов лет до того.
Одной из причин может быть изменение или потеря среды обитания. В конце маастрихта уровень моря упал, и вода отступила от континентов. Это явление называется морской регрессией. Маастрихтская морская регрессия привела к появлению примерно 29 млн км2 суши во всем мире. Казалось бы, появление огромных новых участков суши — это хорошо для наземных животных вроде динозавров. Но на самом деле регрессии вызывают такие изменения береговых сред обитания, что разнообразие крупных животных, наоборот, уменьшается. Из-за регрессий исчезают плодородные прибрежные области, возникают сухопутные мосты и падает глобальная температура.
Разумеется, животные более уязвимы при низком разнообразии — группа, в которой всего один вид, вымрет скорее, чем та, в которой одновременно существует несколько видов. Таким образом, сообщество динозавров позднего маастрихта на западе Северной Америки можно отнести к категории «склонное к вымиранию».
Но можем ли мы быть уверены, что в таком положении оказались все сообщества динозавров того времени? И что насчет других животных, которые вымерли при мел-палеогеновом вымирании? На самом деле все не так просто. Похоже, что сообщества динозавров в Европе и Азии были здоровы, без каких-либо признаков снижения разнообразия перед вымиранием. Некоторые сообщества морских рептилий, например длинношеие плезиозавры, тоже не показывали признаков упадка. В то время как другие ископаемые животные, в том числе морские мозазавры и некоторые важные группы планктона и моллюсков, похоже, в то время постепенно приходили в упадок.
Влияние вулканизма
В позднем маастрихте сообщества животных менялись, по крайней мере в некоторых местах, так как падение уровня моря повлияло на их среду обитания и экосистемы. Но, возможно, на сообщества животных и растений повлиял и другой фактор.
Это было время высокой вулканической активности. Вулканы извергались вдоль берегов Тихого океана, вокруг Гренландии и на островах Южной Атлантики. Продолжительная вулканическая активность привела к увеличению уровня углекислого газа и количества пыли в атмосфере, что, как известно, способствует изменению климата. Но все померкло на фоне масштабного события в центральной Индии. Массовое излияние лавы, продолжавшееся несколько сотен тысяч лет, породило так называемые Деканские траппы. Примерно 2 млн км2 лавы изверглись из вулканических трещин и залили площадь, большую, чем Франция, Германия и Испания вместе взятые, размером примерно с Мексику. Некоторые потоки лавы, из которых состоят траппы, достигали в толщину 50 м, а некоторые — невероятных 150 м.
Формирование Деканских траппов — это не внезапное одиночное событие, что резко контрастирует с мгновенным эффектом от столкновения с метеоритом. Непрерывная вулканическая активность должна была привести к высвобождению огромного количества углекислого газа и двуокиси серы. Вероятно, эти газы способствовали глобальному потеплению, которое произошло во время позднего мела, впрочем, и сегодня они продолжают удерживать тепло в атмосфере и способствуют глобальному потеплению. Также они могли вызывать выпадение кислотных дождей. Кислотный дождь разрушает экосистемы суши и на моря. От него увядают растения, а морские животные погибают, так как их скелеты ослабевают или вовсе растворяются, а химический состав воды изменяется.
Вулканические события также вызывают глобальное похолодание, поскольку взвешенные в воздухе частицы пыли отражают солнечный свет и понижают температуру атмосферы. Крупные вулканические явления вызывают как потепление, так и похолодание, поэтому глобальные температуры в позднем маастрихте колебались очень сильно: постепенное похолодание, быстрое потепление и быстрое похолодание случились за последние 1,5 млн лет мелового периода. Такие изменения погружают экосистемы в хаос, циклы размножения и миграций животных нарушаются, а рост растений в некоторых местах становится непредсказуемым.
Вероятно, вулканические события маастрихта — в частности, образование Деканских траппов — вызвали глобальное изменение климата, привели к кислотным дождям и в целом ухудшили окружающую среду в разных частях мира. Соответственно, сообщества живых существ пострадали и пришли в упадок. Прямым доказательством этой точки зрения служит ископаемый планктон из маастрихтских отложений в Индийском океане. Видно, что разнообразие планктона в целом сильно уменьшилось, зато виды, приспособленные к условиям с низким уровнем кислорода, бурно размножаются, и в конечном итоге эти виды, способные процветать в бедной питательными веществами воде, становятся невероятно разнообразными. Кстати сказать, хотя основное внимание при изучении мел-палеогенового вымирания сосредоточено на динозаврах, на самом деле крошечные многочисленные окаменелости вроде планктона дают куда больше информации о происходивших тогда переменах.
«Интегрированный сценарий»
В течение 1980-х и 1990-х гг. годов считалось, что гипотеза о вулканической активности как причине мел-палеогенового вымирания — прямой конкурент гипотезы Альвареса о внеземном ударе. Ученые, интересующиеся причинами вымирания, утверждали, что виновато либо одно, либо другое событие. Некоторые приверженцы гипотезы вулканизма даже отрицали, что столкновение с метеоритом вообще было. Сегодня общепризнано, что кратер Чиксулуб появился в результате столкновения с метеоритом и одновременно с этим происходили крупные вулканические извержения. Может быть, вымирание произошло из-за сочетания этих событий?
Падение метеорита мгновенно уничтожило бы множество животных, оно оказало бы огромное влияние на места обитания в радиусе сотен километров от места удара, что сказалось бы на местах обитания и сообществах животных на следующие несколько веков и более. Палеонтологи никогда не сомневались в том, что такое воздействие принесло бы большой ущерб животным. Проблема в том, что, по некоторым данным, часть динозавров и других животных вымирали еще до столкновения. Поэтому часто считают вероятным, что удар стал «последней каплей», ужасным событием, которое окончательно подкосило животные сообщества, и так уже приходившие в упадок.
Даже если не учитывать значение внеземного воздействия, стоит представить себе мир, в некоторых частях которого разнообразие динозавров было опасно низким и где устойчивая вулканическая активность и долгосрочные экологические изменения уже влияли на климат и здоровье экосистем. Многие динозавры, которые жили далеко от вулканических событий Южной Азии, выжили бы и породили новые виды, и те, кто жил далеко от кратера Чиксулуб, тоже могли бы пережить эти трудные времена. Но этого не случилось. Во всем мире условия ухудшились достаточно, чтобы уничтожить большинство видов динозавров и множество других живых существ.
Это можно назвать «интегрированным сценарием». Он сочетает в себе катастрофические внеземные и вулканические воздействия в конце мелового периода с более долгосрочной картиной снижения разнообразия динозавров.
Выходные данные книги
Даррен Нэйш, Пол Барретт
Динозавры: 150 000 000 лет господства на Земле / Пер. с англ. К. Рыбакова; Научный редактор А. Аверьянов; Редактор А. Никольский — М. : Альпина нон-фикшн, 2018.
