Катастрофы в истории Земли

Катастрофы в истории Земли. Катастрофы в истории Земли. В последние годы накапливается все больше и больше данных о том, что нынешний облик нашей планеты сформировался не только за счет медленных эволюционных процессов, наподобие ветровой эрозии поверхности, но и вследствие относительно кратких по продолжительности, однако чрезвычайно мощных катастроф, неоднократно имевших место в геологической истории Земли. Действительно, в толщах осадочных пород геологи находят свидетельства гигантских природных катаклизмов. Так, например, начиная с позднего палеозоя, т. е. в течение последних 250 миллионов лет, в эволюции живых организмов заметны некоторые “сбои”. Палеонтологи установили, что 247, 220 и 65 миллионов лет назад на Земле погибло около 95% всего живого. В последний раз, например, вымерли гигантские динозавры. Известны еще семь случаев массового вымирания — от 20 до 50% видов.

Откладывая на геологической шкале времени эпизоды массового вымирания (по горизонтальной шкале — время в миллионах лет в обратном исчислении от нашей эпохи, по вертикальной — процент выживших видов), палеонтологи обнаружили между ними регулярные интервалы в 26 миллионов лет (рис. 5). Очевидно, что такие вымирания земных живых организмов — процессы сложные и зависящие от множества причин: резких изменений климата, оледенений, флуктуации уровня океанов, уменьшений концентрации кислорода в водах морей и океанов, что вызывает кислородное голодание, и наконец, различных внеземных обстоятельств. Однако назвать однозначную причину, определявшую упомянутые вымирания, было крайне трудно. Летопись ископаемых останков слишком неточна, трудно поддается чтению, изобилует пропусками и противоречивыми данными. Но все меняется. Появились новые геохимические методы исследований, которые позволили установить искусно замаскированные секреты древних горных пород и ископаемых останков живых организмов.

В 1980 году точными измерениями американский ученый Л. Альварес со своими коллегами обнаружил на границе мелового и третичного периодов в горах Губбио (Италия) существенное повышение концентрации иридия. Поскольку иридий редко встречается на Земле, но обычен для метеоритов, ученые предположили, что в то время Земля подверглась бомбардировке небесными телами, например крупными астероидами. Вызвавшее вначале большие возражения, это предположение было подтверждено многочисленными доказательствами из разных мест земного шара. Многие ученые сегодня согласны с тем, что в период массовой гибели динозавров произошло по крайней мере одно столкновение внеземного тела, имеющего диаметр около 10 километров, с нашей планетой. Каковы же наиболее вероятные последствия такого события? Если удар пришелся по суше, то должно было резко похолодать, если же по поверхности океана или моря, то водяной пар должен был вызвать парниковый эффект и повсеместно наступить потепление. Могли выпадать, вероятно, горячие азотнокислые дожди, воздействие которых на окружающую среду и животный мир было катастрофичным. Действительно, такие дожди способствовали торможению процесса фотосинтеза, повреждению дыхательных систем организмов, насыщению состава почв ядовитыми веществами, уничтожению листвы растений, а также растворению известковых раковин и скелетов живых существ.

Впрочем, это еще не все. Аспирантка Чикагского университета У. Уолбач обнаружила в породах, относящихся ко времени вымирания динозавров, огромное количество сажи, которое позволяет предположить, что сгорело около 90% мировых лесных массивов того времени. Однако какова истинная причина этой и других сходных с ней катастроф, которые периодически происходили в прошлом на нашей планете и которые таким непростым образом воздействовали на облик и биосферу Земли? Ни один известный нам физический процесс, а впрочем, и биологический, не происходят на нашей планете со столь растянутой во времени повторяемостью. В связи с этим было выдвинуто предположение, что причину массовых вымираний следует искать не на Земле, а в Солнечной системе или даже в Галактике. Поэтому было предложено несколько космических вариантов объяснения этого загадочного цикла. Космическими факторами, определяющими его, могут являться резкое повышение уровня космической радиации в результате близкой вспышки сверхновой звезды, вертикальные отклонения всей Солнечной системы от плоскости Галактики, влияние гипотетической звездной напарницы Солнца — Немезиды и, что наиболее вероятно, падения на Землю комет или астероидов. Известно, что следами падения крупных кометных ядер или метеоритов на земной поверхности являются кольцевые структуры, получившие название “астроблемы” — звездные раны. Сейчас на Земле более 100 таких образований. Проверить гипотезу о периодической космической “бомбардировке” Земли взялась группа астрономов и геологов (М. Рампино, Р. Стозерс и Р. Маллер).

Ученые изучили распределение возрастов. Рис. 5. Периодичность массовых вымираний живых организмов. крупных ударных кратеров на поверхности Земли. Для этого брались только кратеры диаметром более К) километров, а их возраст определялся геологическими методами с точностью ±20 миллионов лет. Количество таких кратеров с возрастом от 5 до 250 миллионов лет оказалось незначительным — всего 13. Однако и эта информация позволила сделать вывод о том, что крупные космические тела падали на Землю не равномерно, а в виде своеобразных периодических ливней с промежутками между ними в 28,4 миллиона лет. В результате анализа имеющихся данных удалось установить циклическую взаимосвязь между событиями в земной биосфере и эпохой кратерообразования на нашей планете, которая была вызвана падением комет и метеоритов. Для последних 100 миллионов лет четко прослеживается синхронность этих двух процессов. Так, последний пик вымирания и “бомбардировки” датируется 11 миллионами лет до нашей эры. Предыдущие три пика массового вымирания расположены в такой последовательности: 38, 65 и 91 миллион лет назад. Все эти пики совпадают с эпохами кратерообразования на Земле. В результате проведенного анализа с большой достоверностью ученые установили, что массовые вымирания животных и эпохи кратерообразования повторяются каждые 27—28 миллионов лет. Наиболее вероятными причинами, устанавливающими эту взаимосвязь, как полагают многие исследователи, являются внеземные события. Время от времени рой комет срывается со своего “законного места”, которое расположено в облаке Сорта, окружающем Солнечную систему, и направляется к нашему светилу, встречаясь “по дороге” и с Землей. Подсчитано, что облако Оорта посылает к Солнцу примерно пять комет в год. А в процессе воздействия “кометного ливня” в центральном районе нашей планетной системы за сравнительно короткое время может появиться до 200 комет, причем продолжительность таких “ливней” в 1000 раз короче, чем промежутки между самими ливнями. По данным американского астрофизика Дж. Хилса, бывали периоды, когда кометы падали па поверхность Земли с промежутками около 2000 лет. Предложено три возможных механизма, объясняющих эффект возникновения “кометных ливней”, действующих в течение нескольких миллионов лет. Одни считают, что кометы возмущаются Немезидой, другие — десятой планетой X, а третьи — характером движения Солнечной системы в плоскости Галактики. Во Вселенной существует большое количество парных звезд, обращающихся вокруг общего центра. Немезида (но имени древнегреческой богини, каравшей всех возвысившихся за надменность), полагают астрономы, если она действительно существует, должна совершать оборот но своей орбите за 26 миллионов лет. Сейчас она от Солнечной системы далеко, но примерно через 15 миллионов лет должна подойти на достаточно близкое расстояние к Солнцу (рис. 6). Неизвестная нам пока планета X, по мнению авторов другой гипотезы, совершает один оборот вокруг Солнца за 1000 лет. Примерно раз в 28 миллионов лет эта планета сильно будоражит плотное облако Оорта. И наконец, по мнению сторонников третьей гипотезы, наша Солнечная система периодически проходит через плотную звездную спираль Галактики — Млечный Путь Считается, что кометное облако нашей планетной системы возбуждается, когда пересекает ту или иную ветвь спирали. Рис. 6. Солнечная система и Немезида. Согласно всем вышеизложенным версиям, следующий смертоносный пик должен наступить на Земле еще не скоро или, другими словами, мы живем в, казалось бы, безопасном периоде. Но опять же такое предположение поддерживают не все исследователи. Как считают некоторые специалисты, такой кризис уже начался несколько миллионов лет тому назад. Ученые (сторонники такого мнения) утверждают, что сейчас наша планета переживает период крупнейшего за последние 66 миллионов лет вымирания животных и растений. Причина этого одна: бомбардировка нашей планеты кометами. Однако возникает важный вопрос: где же кратеры от таких столкновений? Прежде всего в данном случае надо иметь в виду тот факт, что значительная часть кратеров может располагаться в местах, покрытых сейчас водной поверхностью, а также может быть уничтожена эрозией и другими геологическими процессами. Известный американский ученый М. Рампино указывает на три больших кратера — Бозумтви в Гане с диаметром 10,5 километра и два в Советском Союзе — Эльгыгытгын и Жаманшин с диаметрами соответственно 23 и 13 километров. Все эти кратеры появились на лике Земли 3,5 миллиона лет тому назад. Далее. Ученые, проводящие исследования в Антарктиде, установили, что ледяной панцирь этого материка может периодически исчезать и восстанавливаться. Последний раз такое восстановление произошло 2 миллиона лет назад в связи с резким похолоданием в этом районе земного шара. И еще один интригующий факт. Недавно на дне океана в 600 километрах от мыса Горн обнаружены осколки значительного по размерам небесного объекта, который столкнулся с Землей 2, 3 миллиона лет тому назад. О чем говорят все эти данные? “Мы все еще находимся в потоке комет,— считает М. Рампино.— Комета Галлея часть его. Мы еще не выбрались из этого душа”. Можно согласиться с этим мнением. Таким образом, сегодня наблюдается своеобразный возврат к теории катастроф. Этот взгляд на историю нашей планеты включает учет как длительных эволюционных изменений, так и происходящих периодически катаклизмов. Метеориты — скульпторы лика Земли. Падение одних небесных тел на другие — самое обычное и даже заурядное явление в Солнечной системе. Земля, будучи одним из тел Солнечной системы, не может в этом плане быть каким-то исключением: она не является закрытой мишенью для метеоритного “обстрела” из космоса. Таким образом, кратеры — самая распространенная форма рельефа на Луне, Меркурии, Венере, Марсе, спутниках Марса — Фобосе и Деймосе. На Земле в отличие от других небесных тел кратеры обнаружить труднее. Однако космическое фотографирование и аэрофотосъемка, выполненные в косом солнечном освещении, в сочетании с исследованиями на местах подтвердили предположение, что Земля действительно несет на себе следы встреч с небесными телами. Изучение метеоритных структур Земли началось недавно. До 60-х годов нашего века, кроме нескольких малых кратеров и кратерных полей, был известен только Аризонский кратер диаметром 1,2 километра. Затем по мере обнаружения в различных районах земного шара многочисленных метеоритных кратеров самых разнообразных размеров достоверные сведения о количестве геологических структур на Земле, связанных с космическим происхождением, стало непрерывно изменяться. Число доказанных метеоритных кратеров и структур удваивается каждые 5—6 лет. Как уже отмечалось выше, к настоящему времени установлено около 100 “астроблем”. Распределены они следующим образом (рис. 10): в Европе их насчитывается 30, в Северной Америке— 26, в Африке — 18, в Азии — 14, в Австралии — 9, в Южной Америке — 2. Хотя в связи с биологическими катастрофами, происходившими на нашей планете, ученых, как было показано выше, интересуют преимущественно столкновения Земли с кометами, необходимо отметить, что значительно чаще она должна была сталкиваться с относительно мелкими космическими телами — метеоритами. Метеориты — родные братья комет. Основным источником метеоритов (буквально “парящие в воздухе”) служит пояс астероидов (малых планет) — кольцеобразной группы небольших небесных тел, которые обращаются по гелиоцентрической орбите ме-жду Марсом и Юпитером. Общее число астероидов очень велико. Самый крупный из них — Церера — имеет диаметр 1025 километров. Большинство же астероидов — это просто глыбы и мелкие обломки, несущиеся в пространстве; их число превышает многие миллионы. Астероиды движутся по своим орбитам беспорядочно, испытывая бесчисленные возмущения, обусловленные влиянием главным образом гравитационного поля Юпитера. Вследствие этого происходят непрерывные изменения параметров орбит астероидов, что приводит к многочисленным взаимостолкновениям и как следствие дроблению этих небесных тел на более мелкие фрагменты. Общее число сближающихся с Землей малых планет, изучение которых только начинается, достигает 1000, но вместе с более мелкими осколками их количество значительно больше. Астероиды или их отдельные фрагменты и осколки, которые вырвались из пределов пояса малых планет и попали в сферу притяжения Земли, а затем вошли в ее атмосферу и достигли земной поверхности,— это и есть, по существу, метеориты. Польский астроном Я. Гадомский в одной из своих работ привел размеры земных площадей, которые могут пострадать вследствие столкновения Земли с метеоритом, в зависимости от его геометрических размеров. К счастью, столкновение нашей планеты с метеоритами происходит достаточно редко. Вероятность встречи с метеоритным телом диаметром 250 метров не превышает, по расчетам, одного раза в 120 тысяч лет. Долгое время считалось, что основным источником “поставки” на нашу планету всех метеоритов является пояс астероидов. Однако в последние годы появилось множество свидетельств о возможном происхождении части метеоритов из короткопериодических или кометоподобных объектов. Это подтверждают, в частности, исследования распределений малых космических тел по определенной комбинации элементов орбит. Оказывается, большая часть метеоритообразующих тел генетически связана с астероидами, а менее 10% из них могут иметь исключительно кометное происхождение. Отметим наконец и тот момент, что орбиты некоторых астероидов с большим эксцентриситетом очень близки к орбитам короткопериодических комет и практически неотличимы от них. В качестве примера можно отметить сильно вытянутую орбиту астероида Гидальго, расположенную между орбитами Сатурна и Марса. При среднем расстоянии пояса астероидов от Солнца 2,7— 2,8 а. е. астероид Гидальго удаляется в перигелии от Солнца на 5,8 а. е., что дает некоторым специалистам основание считать его кометным ядром, захваченным планетами околосолнечного расположения. Упомянем еще об одном источнике появления в окрестностях Земли метеоритов, который в некоторой степени связан с кометами.