Космогеологические процессы и глобальное вымирание биологических видов

Среди природных явлений, воздействующих на гео­логическую среду и биосферу, особое место занимают космогеологические процессы. Эти процессы связаны с падением на Землю космических тел - метеоритов, астероидов и комет, что приводит к образованию в верхней части геологического разреза ударных, ударно-взрывных кратеров и астроблем, а также к ударно-метаморфическому (шоковому) преобразованию веще­ства горных пород.

Научная общественность не спешила принимать идею о признании ударных явлений в качестве важных и распространенных геологических процессов на поверхности земли.

Довольно долго некоторые ученые возражали против ударного происхождения Аризонского метеоритного кратера. Однако с годами число хорошо задокументированных ударных кратеров на поверхности Земли резко увеличилось. Систематические поиски кратеров в пустынных районах и на древних щитах, проводимые с помощью тщательного анализа аэрофотоснимков, привели к обнаружению десятков новых ударных кратеров, существование которых впоследствии подтвердилось при полевых исследованиях и изучении образцов.

Космогенные структуры имеют различные размеры. Ударные кратеры - в диаметре менее 100 м, ударно-взрывные - свыше 100 м. Большинство астроблем имеют поперечник 2-33 км.

В настоящее время обнаружено около 200 таких структур. На территории России одной из наиболее крупных является Попигайская астроблема, расположенная на севере Сибири и достигающая в поперечнике 100 км.

По современным представлениям за геологическую историю Земля многократно подвергалась космическим бомбардировкам, вызывающим глобальные экологические катастрофы и глобальное вымирание биологических видов.

Упоминания о камнях, падающих с неба можно найти в литературных источниках Китая, Греции и Рима. Падение метеорита часто происходит в виде выпадения тысяч каменных или железных обломков, и считается, что все эти обломки являются фрагментами одного метеоритного тела.

Практически во всех случаях обильные выпадения происходят в результате распада единого крупного метеороида на две и большие части в результате аэродинамического давления при вхождении его в плотные слои земной атмосферы с космической скоростью.

6.1. Характерные признаки космогенных структур. Выделяются четыре группы признаков космогенных структур: морфоструктурные, минералого-петрографические, геофизические и геохимические.

К морфоструктурной группе признаков относятся кольцевая или овальная кратерная форма, наличие коль­цевого вала, центрального поднятия или "центральной горки" в кратерах диаметром более 3 км, отчетливое радиально-кольцевое расположение разрывных нару­шений.

Группа минералого-петрографических признаков предполагает наличие в ударно-метаморфических кра­терах высокобарических модификаций и шоковых (планарных) структур минералов, импактитов, раздробленных и брекчированных пород.

К высокобарическим минералам относятся полиморф­ные модификации SiO₂ - коэсит и стишовит, мелкие кристаллы алмаза, морфологически отличающиеся от алмазов кимберлитов, и наиболее высокобарическая модификация углерода - лонсдейлит. Они возникают при сверхвысоких давлениях, не характерных для земной коры.

В породообразующих и акцессорных минералах мишени, таких как кварц, полевые шпаты, циркон и др., образуются планарные структуры, или деформационные ламелли, - тонкие трещины шири­ной в несколько микрон, расположенные обычно параллельно определенным кристаллографическим элементам зерен минералов. Минералы с планарными структурами называют шоковыми, например шоковый кварц.

При падении космического тела за сверхмалое время (менее 0,1 с) выделяется огромное количество энергии, расходующейся на сжатие и дробление, плавление и испарение пород в точке соприкосновения с поверх­ностью (мишенью). В результате воздействия ударной волны в мишени образуются породы, носящие общее название импактитов, а возникающие при этом структуры часто называют импактными.

Импактиты представлены стеклами плавления, часто с обломками различных пород и минералов мишени. Они подразделяются на туфоподобные - зювиты и массивные лавоподобные - тагамиты.

Среди брекчированных пород выделяются:

1) аутигенная брекчия - интенсивно трещиноватые и часто передробленные до состояния муки породы мишени, сохраняющие место первоначального залега­ния;

2) аллогенная брекчия, состоящая из крупных перемещенных обломков различных пород.

Геофизическими признаками космогенных структур являются кольцевые аномалии физических полей, в основном гравитационных и магнитных. Центрам кра­теров обычно соответствуют отрицательные или пони­женные магнитные поля, гравитационные минимумы, осложненные иногда локальными максимумами (если есть центральная горка).

Геохимические особенности определяются обогащенностью пород тяжелыми металлами (Pt, Os, Ir, Co, Ni, Cr), характерными для хондритов, а также изотопно-геохи­мическими аномалиями углерода и кислорода.

Одним из наиболее полно изученных объектов является Аризонский метеоритный кратер. Эта структура относится к самым молодым природным высокоскоростным ударным кратерам.

Кратер расположен в Северной Аризоне, примерно в 35 км западнее города Уинслоу. Аризонский ме­теоритный кратер достигает глубины 180 м, а его диметр составляет приблизительно 1220 м. Он образовался в пологозалегающих пермских и триасовых породах южной части плато Колорадо, причем деформации, обусловленные ударным процессом, вполне очевидны и легко выявляются при картировании. Однако даже в отношении этого кратера долгое время велись дискуссии о его происхождении.

На дне кратера и в пределах кратерного вала было пробурено большое число буровых скважин, пройдено несколько шахт в тщетных попытках обнаружить крупное метеоритное тело, сложенное никелистым железом.

Аризонский кратер не имеет абсолютно круглой формы, в плане он скорее напоминает квадрат. Ис­следователи объясняют такие контуры существованием двух крупных систем сбросов и трещин в подстилающих породах. Вокруг кратера расположен заметный вал, возвышающийся над окружающей равниной на 30-60 м, хорошо сохранились остатки обширного покрова выбро­сов. Некоторые выбросы до сих пор еще можно закартировать вдали от кратерного вала, на расстоянии равном диаметру кратера.

Выбросы содержат много мелких обломков ме­теоритного тела, однако железо, как правило, полно­стью окислено. Также в выбросах встречаются многочисленные обломки расплавленных и частично расплавленных пород, обломки со следами скалывания и с корочками стекла. Значительная масса метеоритного железа обнаруживается вокруг возвышенности, в центре которой находится обширная впадина. В Аризонском кратере Чжао с сотрудниками (1960) впервые обнаружил природные выделения коэсита и стишовита.

Возраст Аризонского метеоритного кратера точно не установлен, но, очевидно, он относится к молодым образованиям. Дно кратера частично выполнено четвертичными и современными отложениями, а плейстоценовый делювий закрывает самую нижнюю часть его стенок.

У местных индейцев существуют предания о возникновении кратера, однако похоже, что они ведут свое происхождение не от очевидцев. Возраст кратера по оценкам варьирует в диапазоне 20 000-40 000 лет.

Большую дискуссию вызвал вопрос о направлении траектории падения метеорита. Споры главным образом касались симметрии кратера, распределения выбросов и обломков железа. Однако, имеющиеся факты не дают однозначного ответа. Оценки массы ударяющегося тела, состоящего из никелистого железа, варьируют в пределах от 30 тыс. до более чем 200 тыс. т.

На территории Канады в свое время было обнаружено много крупных кольцевых структур, которые исследо­ватели рассматривали как ударные структуры и эроди­рованные кратеры (см. рис.).

Исследование кольцевых структур проводилось в соответствии с программой геофизической разведки, картирования, бурения. Метеоритное происхождение предполагаемых кратеров устанавливалось главным образом по петрографическим критериям и было основано на следах проявления ударного метаморфиз­ма в шлифах пород из поверхностных обнажений или керна буровых скважин. Однако, древний возраст канадских кратеров создает определенные трудности при их распознавании - большинство канадских крате­ров не моложе палеозойского или докембрийского возраста. Многие из них в результате длительных геологических процессов заполнились осадками, неко­торые были вовлечены в процесс регионального метаморфизма, а большинство существенно изменили свою морфологию под воздействием континентальных ледников. По мнению некоторых исследователей многие крупные кольцевые структуры на территории Канады могут принадлежать к остаточным формам ударных кратеров, однако определенные доказательства на этот счет отсутствуют.

6.2. Возможная связь глобального вымирания видов с космической бомбардировкой Земли. На общем фоне увеличения разнообразия и числен­ности органического мира в истории Земли отчетливо фиксируются кратковременные эпизоды, в течение которых происходило исчезновение значительного числа видов, родов, семейств, отрядов и даже отдельных классов живых организмов. Именно эта прерывистость в развитии биоты позволила создать стратиграфическую школу фанерозоя.

В фанерозое насчитывается не менее семи таких наиболее значительных эпизодов, соответствующих кон­цу ордовика, позднему девону, рубежу перми и триаса, концу триаса, границе мела и палеогена, концу эоцена, рубежу плейстоцена и голоцена (рис.). Из этих эпизодов наибольшее внимание исследователей привлекают события на границе мела и палеогена, что опре­деляется масштабом вымирания биологических видов. В отличие от других крупных «биотических кризисов» (А. Фишер, 1986), выделенных на основании данных о вымирании семейств животных, мел-палеогеновый кри­зис отличается своей внезапностью. Даже в областях преимущественно непрерывного морского осадконакопления он может быть привязан к определенной поверх­ности напластования или тонкому слою «пограничной глины». В это время исчезли динозавры, морские рептилии, аммониты, белемниты, многие двустворки и некоторые другие организмы. В истории Земли этот возрастной рубеж знаменует крупнейшую глобальную экологическую катастрофу, для объяснения которой было предложено несколько гипотез.

Наиболее оригинальной является импактная гипотеза калифорнийских ученых Луиса и Уолтера Альваресов (1979). Основываясь на находке в Северной Италии тонкого слоя с повышенным содержанием иридия на границе мела и палеогена, они предположили, что в этот период произошло столкновение Земли с относительно крупным (не менее 10 км в диаметре) болидом -астероидом или кометой. Удар вызвал изменение температуры приземных слоев атмосферы, наступление темноты, образование азотной кислоты в атмосфере, возникновение сильного цунами и испарение океанской воды (в случае падения болида в океан).

Импактная гипотеза Альваресов стимулировала изуче­ние пограничных слоев между мелом и палеогеном. К 1992 г. иридиевая аномалия в них была обнаружена более чем в 105 местонахождениях на разных континентах и в керне буровых скважин в океанах. В тех же пограничных слоях были обнаружены микросферулы минералов, предположительно образовавшихся при взрыве болида, обломочные зерна шокового кварца, изотопно-геохи­мические аномалии ¹³С и ¹⁸О, а также обогащение пород Pt, Os, Co, Ni, Cr, Аи, характерным для некоторых типов хондритовых метеоритов, и наконец примесь сажи. Последнее интерпретируется как доказательство лесных пожаров, вызванных падением метеоритов.

В настоящее время появляются данные, что на рубеже мела и палеогена Земля испытала воздействие не одного болида, а роя метеоритов или же весьма крупного болида, отдельные фрагменты которого породили целую серию кратеров. Предполагается, что наиболее крупной импактной структурой, образовавшейся в результате этой бомбардировки, является погребенный кратер Чиксулуб на севере полуострова Юкатан близ города Мерида в Мексике, имеющий в диаметре 180 км и глубину предположительно 15 км.

Этот кратер, центр которого расположен чуть запад­нее г. Прогресо, обнаружен бурением и оконтурен по гравитационной и магнитной аномалиям. В керне сква­жины были выявлены брекчированные породы, импактные стекла, шоковый кварц и шоковый полевой шпат. Выбросы из данного кратера отмечены на о. Гаити, в Северо-Восточной Мексике, в ряде скважин глубоко­водного бурения к северу и югу от Юкатана. В этих районах, в пограничном слое между мелом и палеогеном, обнаружены повышенные содержания тектитов - шари­ков (сферул) оплавленного стекла, рассматривающихся в качестве импактных капель, выброшенных из Чиксулубского кратера.

Кратер Чиксулуб располагается на карбонатно-эвапоритовом платформенном чехле. В результате плавления карбонаты выделяют углекислый газ и созда­ют парниковый эффект, а ангидриты могли проду­цировать сернистый газ и вызывать выпадение кислотных дождей.

В качестве второго кратера - результата космической бомбардировки на рубеже мезозоя и кайнозоя - рас­сматривается Карская астроблема, расположенная на восточном склоне Полярного Урала и хребта Пай-Хой и имеющая размеры около 140 км в поперечнике. В последнее время получены достаточно надежные радио­логические данные о приуроченности этой астроблемы к границе мела и палеогена.

По-видимому, имеются и другие импактные структуры "граничного" возраста. Доказательством тому является присутствие импактных сферул в пограничных мел-палеогеновых слоях на поднятии Шацкого в Тихом океане. Присутствие их в этом районе трудно объяснить попаданием из Чиксулубского и Карского центров, находящихся на расстоянии до 10 тыс. км.

Целостности данной гипотезы мешает отсутствие данных о кризисе морской фауны.

Альтернативой импактной причины вымирания видов является вулканическая гипотеза, поддерживаемая рядом исследователей (Ч. Оффисер, Ч. Дрейк, США; В. Куртийо, Франция). Согласно этой гипотезе, мощные излияния базальтов на плато Декан в Индии на рубеже мела и палеогена могли привести к последствиям, сходным с последствиями падения астероида или кометы. Акти­визация вулканической деятельности могла привести к глобальному потеплению, благодаря парниковому эффек­ту, связанному с усиленным выделением углекислоты в атмосферу, а также к разрушению озонового слоя, что доказывается недавним извержением вулкана Пинатубо на Филиппинах.

Однако вулканизм не может объяснить таких осо­бенностей пограничного слоя, как резкое повышение иридия, присутствие шоковых минералов, тектитов и др. Это обстоятельство делает импактную гипотезу более предпочтительной, возможно, в сочетании с вулкани­ческой.

Для других уровней массовых вымираний данные менее однозначны и противоречивы.

В связи с изложенными выше гипотезами интересной и в какой-то степени обобщающей представляется работа А. Фишера (Принстонский университет), где автор высказывает предположение, что все изменения во внеш­ней оболочке Земли - это сочетание случайно возни­кающей направленности развития и некой иерархии колебаний и циклов, которые время от времени пре­рываются катастрофическими событиями. Ученый обращается к идее влияния на климатические осо­бенности нашей планеты астрономических факторов (циклов), связанных с вращением Земли и ее движением по орбите.

Впервые идея о влиянии на климат Земли астроно­мических циклов была высказана Адемаром еще в 1860 г. для объяснения чередования ледниковых и межледни­ковых эпох в плейстоцене (J.A. Adhemar, 1860). Дальнейшие исследования позволили точнее установить природу и значение астрономических циклов и более определенно выявить их влияние на резкие климати­ческие изменения, имеющие периодичность от 18 тыс. до 500 тыс. лет.

Фишер не просто обращается к идее Адемара. Он развивает ее с учетом данных геодинамики - науки о глубинных силах и процессах, возникающих в результате эволюции Земли как планеты и обусловливающих движение масс вещества и энергии внутри Земли и в ее верхних твердых оболочках (Зоненшайн, Савостин, 1979). А. Фишер предполагает, что изначаль­ной причиной глобального изменения климата на нашей планете является активность плит и в конечном счете конвекция мантийного вещества - процесса цик­лического, с периодом порядка 300 млн. лет, приблизительно совпадающим с продолжительностью галактического года.

К астрономическим факторам он относит: долго­периодные изменения частоты и (или) интенсивности излучения, обусловленные солнечной эволюцией; гипоте­тические кратковременные вариации в потоке солнечной радиации; изменения, связанные с галактическим вра­щением, и изменения в потоке солнечной энергии, происходящие в результате возмущений земной орбиты. Кратковременные климатические аномалии (катастрофы) могли быть вызваны такими космическими событиями, как вспышки сверхновых, или в результате столкновения Земли с кометами или астероидами.

Последней крупнейшей катастрофой в новейшей истории Земли, возможно вызванной столкновением Земли с кометой, явился Всемирный потоп, описан­ный в Ветхом Завете. В 1991 г. австрийские ученые супруги Эдит Кристиан-Толман и Александр Толман по годичным кольцам деревьев, резкому увеличению содержания кислот в ледниковом покрове Гренландии и другим источникам установили даже точную дату события - 23 сентября 9545 г. до н.э. Одно из доказательств возможной связи Всемирного потопа с космической бомбардировкой - выпадение дождя из тектитов на огромном пространстве, охватывающем Азию, Австралию, Южную Индию и Мадагаскар. Возраст тектитсодержащих слоев (10 тыс. лет) совпадает с датировкой потопа супругами Толман.

По-видимому, основные фрагменты-обломки кометы упали в океан, что породило катастрофические земле­трясения, извержения вулканов, цунами, ураганы и ливни глобального масштаба, резкое повышение тем­пературы, лесные пожары, общее затемнение, а затем похолодание. В результате исчез ряд представителей наземной фауны, в том числе и мамонты, а первобытные люди уцелели лишь в пещерах.

Несомненно, что нельзя пренебрегать идеями и концепциями, пусть даже самыми фантастичными, направленными на поиск недостижимой истины. Однако исследователь должен стремиться связать воедино все имеющиеся факты. Только так можно реконструировать во всей полноте события, происходившие или происходящие в мире, окружающем человека. Так, если говорить о потопе, то здесь необходимо привлекать и данные археологии.

В 1922-1929 гг. археологом Вулли были установлены следы «потопа» в нижнем течении рек Ефрат и Тигр. Раскопки Уры (Ур - один из древнейших городов-государств Южной Месопотамии) показали, что первые поселения человека здесь перекрыты 2,5-3,5 м слоем речного ила и песка, которые Вулли считал следами «потопа» (Г.Н. Матюшин, 1996 г.). Песок и ил полностью заполнили дома древних обитателей. Однако в городах, удаленных от дельты, речных наносов обнаружено меньше. Так, в Кише слой песка был лишь 0,5 м. В Ниневии на глубине 18 м от дневной поверхности был обнаружен «потопный» слой толщиной от 1,5 до 2 м. Вулли датирует слой «потопа» в Уре 3500 г. до н.э. и говорит следующее «...мы убедились, что потоп действительно был, и нет нужды доказывать, что именно об этом потопе идет речь в списке царей, в шумерийской легенде, а следовательно и в Ветхом Завете... В Библии говорится, что вода поднялась на 8 м. По-видимому так оно и было. Шумерийская легенда рассказывает, что люди до потопа жили в тросниковых хижинах. Мы нашли эти хижины в Уре и Эль-Убейде... Большая часть обитателей долины вероятно погибла, и лишь немноги пораженные ужасом жители городов дожили до того дня, когда бушющие воды наконец стали отступать от городских стен».

Другой археолог Стивен Лангдон, обнаруживший аналогичный по составу слой в Кише, датирует его 3100 г. до н.э. Слои «потопа» в Уруке и Шуруппаке датируются примерно тем же временем (нижнее течение междуречья Тигра и Ефрата).

Знаменитый археолог Г. Чайлд писал, что «отложения, свидетельствующие о наводнениях, были действительно обнаружены в Уре, Уруке, Шуруппаке и Кише, хотя в совершенно различных археологических горизонтах». Таким образом, мы не можем ни определить какое из этих наводнений считалось «потопом»... ни точно утверждать, что именно этот потоп был исторически зафиксированным фактом». Скорее всего это были всплески предшествующего периода высокого стояния вод в Мировом океане и бассейнах рек.

Исследователи Библии указывают время «потопа» - III-IV тыс. лет до н.э. По системе библейской хронологии, разработанной архиепископом Ушером, «потоп» был в октябре 2349 г. до н.э. Другой богослов, скрывающийся под инициалами Ф.Р., дал дату в 3553 г. до н.э. По др.-греч. переводу Библии «потоп» был в 3213 г. до н.э. Примерно в это время озерные жители Южного Урала покинули свои поселения вблизи озер. Скорее всего, что этот «потоп» был последним за последние 6 тыс. лет.

Возможно супруги Толман в своих исследованиях приблизились к разгадке причины первого экологического кризиса - Всемирного потопа, когда 80-85 веков назад началась длительная дагестанская трансгрессия Каспия (X тыс. лет до н.э. - уровень Каспийского моря упал до 60 м, а затем - VIII тыс. лет до н. э. - поднялся на 50 м). В этот период воды всех крупных озер Африки также выходили за свои берега. По оценке археолога Г.Н. Матюшина (1996) это был самый длительный период «потопа». Как рассуждает ученый «...несомненно, что по всему полушарию в это время, а может быть и по всей Земле происходил очень большой «подъем» влажности и обычно засушливые долины Анатолии (так древние греки называли Малую Азию, а с 20-х г. нашего века так называют азиатскую часть Турции) покрылись буйной растительностью. Здесь водились стада онгра, кабана, благородного оленя, медведя, льва и леопарда. Росли виноград, груши, яблоки, гранаты, грецкие орехи, фиговые пальмы».

В древности люди придавали огромное значение космосу. В затемнениях Солнца, появлении комет, падении метеоритов и других небесных явлениях они видели причину земных катастроф и бедствий. Современная наука, как пишет в предисловии к книге А.Л. Чижевского «Земное эхо солнечных бурь» академик О.Г. Газенко, признает «наличие причинно-следственной связи между массовыми заболеваниями, стихийными бедствиями в природе и космическими факторами».

Приведенные выше гипотезы и предположения ученых объединяет одна мысль, высказанная в 30-е гг. XX в. академиком В.И. Вернадским, что данные астрономических наук так же важны для геолога, как данные наук геологических - для астронома, поскольку Земля представляет собой лишь одно из тел Солнечной системы. Профессор А.Л. Чижевский подробно исследовал различные типы влияния Солнца на неорганический и органический земные миры, на ритмы и другие особенности этих взаимодействий. В Меморандуме международного конгресса по биологической физике и биологической космологии, состоявшемся в сентябре 1939 г. в Нью-Йорке отмечалось: «Тот факт, что жизнь биосферы Земли зависит от солнечных явлений, давно стало трюизмом. Но впервые профессор Чижевский показал степень этой зависимости и ее глубину. В этом заключается его огромная заслуга. Чижевский раскрыл механизмы, тщательно скрываемые природой, показав, что живая клетка является тончайшим и избирательным резонатором для определенных корпускулярных и электромагнитных процессов внешней среды».

История Земли как космического тела - это непрерывная цепь преобразований и взаимодействия геофизических и геохимических процессов, протекающих за счет внешних и внутренних источников энергии.

По данным Английского Королевского общества астрономии в настоящее время в направлении Земли уверенно движутся 50 метеоритов и астероидов диа­метром до 9,5 км. По расчетам, на поверхность Земли метеориты приземляются раз в 15 месяцев, а столк­новение с астероидом возможно раз в 300 тыс. лет. Реальная возможность такого столкновения и вызванной этим глобальной экологической катастрофы заставляет искать способы борьбы с опасностью. В США серьезно обсуждается предложение, поддерживаемое "отцом" водородной бомбы профессором Э. Теллером, расстре­ливать крупные космические объекты по мере их при­ближения ракетами с ядерными боеголовками.

В феврале 2001 г. США объявили о том, что американский космический зонд NEAR сможет успешно сесть на астероид Эрос, на орбите которого он сейчас находится. NEAR задумывался как инструмент для изучения природы околоземных астероидов, небесных тел, несущих потенциальную угрозу Земле. Он стал первым межпланетным аппаратом, которому удалось закрепиться на астероидной орбите, он первым использовал солнечные батареи на столь гигантском удалении от Солнца.

Посадка на астероид, которая никогда прежде не осуществлялась, всегда считалась сложнейшей задачей. Тем более, что на такой объект, как Эрос, который имеет форму вытянутой, бугристой картофелины длиной 33 км. Здесь гравитация меньше земной в 1000 раз, множество кратеров и огромных каменных валунов. Шансы американцев сесть на астероид Эрос довольно высоки. В истории изучения космоса ничего подоб­ного не было. «Мы обязаны собрать максимум данных об этих объектах, - говорит один из ведущих экспертов НАСА Эд Вейлер. - Астероид, подобный Эросу, когда-нибудь снова может столкнуться с нашей планетой, как это уже случилось 65 млн лет назад, когда вымерли динозавры.

Дата добавления: 2015-04-24