Рис. 1. Распределение астроблем по поверхности Земли.
Вообще-то, гипотез «динозавроцида» достаточно много, но наиболее распространены три:Попробуем разобраться в них и начнём с метеоритной гипотезы. Для начала коротко перечислим известные на сегодня случаи падения на Землю метеоритов, способных при своём падении вызвать более или менее заметные глобальные эффекты.метеоритная гипотеза (столь излюбленная СМИ), в которой динозавров убил упавший на Землю астероид; вулканическая, по которой динозавров погубило массовое синхронное извержение вулканов; извержение супервулкана.
На протяжении всей истории человечества людей интересовали падающие с неба камни. Когда-то они считались вестниками богов и хранились в храмах как святыни. Уже в 77 году н. э. знаменитый римский естествоиспытатель Плиний Старший писал в своей 37-томной «Естественной истории» «... но, что камни часто на землю падают, в этом никто сомневаться не будет». Однако за историческое время наблюдались падения на Землю лишь сравнительно небольших обломков космических тел до единиц метров поперечником и весом до 1,0-1,5 т. При этом образовывались небольшие (диаметром в десятки метров) воронки и лунки, как, например, при выпадении Сихотэ-Алиньского железного дождя 12 февраля 1947 года в Приморье.Более крупные воронки (размером в сотни метров) очень долго изучали геологи, прежде чем становилось ясно, что и они также представляют собой результат столкновения с поверхностью нашей планеты космических тел. Так, кратеры Каали на острове Сааремаа в Эстонии интриговали исследователей с 1827 до 1927 года (100 лет!), пока, наконец, эстонский геолог И. А. Рейнвальд не доказал их метеоритную природу. И лишь в 40-50-х годах нашего века, когда геологи начали широко применять аэрофотосъемку, выяснилось, что на поверхности земного шара имеется много округлых геологических структур необычного строения. Комплексное их изучение показало – это следы ударов космических тел. В 1960 году американский геолог Р. Дитц предложил называть их астроблемами, что в переводе с греческого означает «звёздная рана». Точность и образность этого термина обеспечили ему мгновенное и повсеместное признание.
| Наименование | Диаметр (км) | Возраст (млн. лет) |
| Попигай (Popigai), Россия |
|
|
| Чиксулуб, Мексика |
|
|
| Акраман, Австралия |
|
|
| Садбэри, Онтарио, Канада |
|
|
| Вредефорт, Южная Африка |
|
|
Гибель динозавров связывают с примерно совпадающей по времени астроблемой Чиксулуб в Мексике, глобальное влияние которой обычно подтверждают обнаружением повышенного содержания иридия в современных с астроблемой геологических слоях (довод довольно слабый, так как равномерное распределение какого-либо элемента по Земле характерно скорее для метеорного дождя или, в крайнем случае, для диспергированных метеоритов типа Сихотэ-Алиньского или Тунгусского).Но оставим в стороне предположения и попробуем количественно оценить глобальный эффект Чиксулуба с энергетической точки зрения. Энергия соударения космического тела с поверхностью планеты зависит от его массы и скорости. Скорость сближения двух тел (для Земли и астероида) лежит в пределах от 11,2 до 72,8 км/с. Минимальная величина определяется второй космической скоростью, а максимальная – векторной суммой второй космической скорости и скорости движения метеора относительно Земли (векторной разности скорости движения Земли вокруг Солнца и скорости метеорного тела вдали от Земли).
Мощная и плотная атмосфера тормозит космическое тело тем сильнее, чем больше его диаметр, так как оно перемещает впереди себя газ, сжимая его и постепенно затормаживаясь. Если уплотнённая масса газа достаточно велика (при Мгаза > 10 Мметеор скорость движения падает на 90% и более), то скорость соударения приближается к нулю. В Намибии (Южная Африка) на поверхности земли лежит железный метеорит Хоба, вес которого около 60 т. Ни кратера, ни даже лунки при его падении не образовалось – метеорит приземлился как бы на воздушной подушке, скорость соударения была практически нулевой.При скоростях соударения до 3-5 км/с образуются ударные кратеры (лунки, воронки, по размеру соответствующие метеориту-ударнику). Породы мишени дробятся и выбрасываются из воронки, распределяясь равномерно вокруг неё при вертикальном падении или вперёд по направлению падения при ударе под углом. При больших скоростях соударения происходит взрыв. Причинами взрыва являются резкое торможение космического тела при столкновении и переход его кинетической энергии частично в механическую, частично в тепловую. Суммарная энергия, реализуемая в процессе соударения, может достигать 1019 – 1021 Дж. Если сравнить эту величину с энергией катастрофических вулканических извержений (1,44 x 1020 Дж при извержении вулкана Тамбора в 1815 году или 1,81 x 1019 Дж для вулкана Кракатау в 1883 году), то она примерно того же порядка.
|
|
|
|
|
|
| Везувий | Италия |
|
|
|
| Хатепе (Таупо) | Новая Зеландия |
|
|
|
| Пэктусан | Китай/Северная Корея |
|
|
|
| Уайнапутина | Перу |
|
|
|
| Тамбора | Индонезия |
|
|
|
| Кракатау | Индонезия |
|
|
|
| Санта-Мария | Гватемала |
|
|
|
| Катмай | США, Аляска |
|
|
|
| Сент-Хеленс | США, Вашингтон |
|
|
|
| Эль-Чичон | Мексика |
|
|
|
| Невадо-дель-Руис | Колумбия |
|
|
|
| Пинатубо | Филиппины |
|
|
|
Вызванные взрывом чудовищные волны вздымались наподобие гор, доходя до 30 м в высоту. Грохот взрыва Кракатау слышался на огромном расстоянии. В Байдензорге, на острове Ява в 150 км от вулкана, удар был такой силы, что окна и двери во многих домах сорвались с петель, а со стен обваливалась штукатурка. Грохот извержения был слышен в городе Маниле, отстоящем на 2 тыс. км от Кракатау, в Центральной Австралии на расстоянии 3600 км и на Мадагаскаре в 4775 км от Кракатау.В атмосфере также происходили бурные изменения. Вблизи Кракатау свирепствовали сильные ураганы. В Европе, в Северной Америке и в других частях света движение воздуха было отмечено метеорологическими приборами, и всюду замечалось сильное колебание барометра. Воздушная волна, вызванная извержением Кракатау, обошла земной шар три раза, что было доказано барометрическими наблюдениями в разных местах.
В Берлине первая воздушная волна наблюдалась через 10 час. после катастрофы. Если допустить, что она пришла по кратчайшему пути, то скорость её движения равнялась приблизительно 1000 км/ч. Через 16 час. опять произошло колебание барометра. Его вызвала та же воздушная волна, но пришедшая с другой стороны земного шара, пройдя над Америкой.Двигаясь дальше, первая волна вновь обогнула земной шар и через 36 час. вернулась в Берлин. Волна, совершавшая свой путь через Америку, вторично появилась в Европе через 34 – 35 час. Такое её ускорение объясняют тем, что в верхних слоях атмосферы воздушные токи направлены преимущественно с запада на восток. В третий раз это движение воздуха дошло до Берлина через 37 час. Потом сила воздушных колебаний постепенно уменьшилась.
Вскоре после катастрофы, ещё в конце августа, солнце приняло своеобразную зелёную окраску. Сначала это явление было заметно только вблизи Кракатау, а затем и на значительном удалении от него. Оно наблюдалось на Цейлоне, немного позже на острове Маврикий, потом на западном берегу Африки и, наконец, в Бразилии, в Центральной Америке и во многих других местах.В конце ноября 1883 г. в Европе было отмечено, что при солнечном закате лучи солнца давали на небосклоне пурпурный отблеск, который не исчезал очень долго, после чего наступал полный мрак. Скоро отовсюду стали приходить подобные известия. Примерно в то же время во многих местах Европы прошёл дождь из пыли и словно снегом покрыл землю. Исследование показало, что эта пыль состоит из мельчайших кристалликов, таких же, как в пепле Кракатау.
Продукты извержения Кракатау состояли преимущественно из пемзы и мелкого пепла. Предполагают, что объём их доходил до 18 км3. На 6 км в радиусе вулкана изверженные породы нагромоздили пласты толщиной 20 – 40 м. Как видим, локально очень похоже на то, что нам описывают в метеоритной гипотезе, да и энергия выброса (1,81x1019 Дж) соизмерима. Значительная часть вулканической постройки Кракатау разлетелась в радиусе до 500 км, что на порядок больше радиуса выброса Чиксулуба.Однако результаты вулканического взрыва и импактного события при примерно равных энергиях весьма различны. Это связано с различиями в динамике происходящих процессов:
1. В вулканическом процессе энергия расходуется не одномоментно, а в серии следующих друг за другом пароксизмов на протяжении 103 – 105 сек. В импактном процессе реализация кинетической энергии космического тела занимает промежуток времени от нескольких миллиардных долей секунды до единиц секунд, то есть при примерно равных энергиях мощности импактов на десятки порядков превосходят мощности извержений. Огромная мощность определяет колоссальные градиенты параметров (давления и температуры) и как следствие – очень большие скорости протекания механических и тепловых процессов. Например, скорость механического деформирования пород в эндогенных геологических процессах составляет 10-13 – 10-16 м/сек., а при импактных соударениях 103 – 104 м/сек, то есть на 17-20 порядков больше.Дело в том, что резкое торможение космического тела при столкновении его с поверхностью планеты приводит к возникновению ударной волны сжатия, которая движется от точки столкновения вперёд (в породах мишени – земной коры) и назад (в веществе ударника – космического тела). Сила сжатия при этом может составлять 100 – 300 ГПа, а время достижения максимальной величины сжатия измеряется миллиардными долями секунды (10-9 с). Сжатие естественно вызывает нагрев вещества до нескольких десятков тысяч градусов за столь же краткие промежутки времени. Чем больше общая энергия соударения, тем дольше вещество останется в сжатом состоянии (от нескольких наносекунд до секунд) .
2. В вулканическом процессе поступающая из глубин энергия в течение длительного времени накапливается и, наконец, получив выход, исторгается вовне в виде выбросов газов, пепла, осколков и лавы. В импактном процессе выделяющаяся практически мгновенно энергия направлена вовнутрь «мишени» – земного шара. При этом основная доля энергии удара уходит на переплавку земных пород в месте удара (и, к примеру, образования особо твёрдых алмазов, как в кратере Попигай), почти вся остальная – на механическую деформацию горных пород и образование ударной волны и только доли процента остаются на взрывной выброс породы (качественно оценить эту долю можно по высоте вала вокруг кратера).
Ударное сжатие сменяется разрежением (разгрузкой), которое сопровождается механическим преобразованием породы, её дроблением и адиабатическим охлаждением вещества. Эти процессы происходят медленнее, чем рост давления и температуры. И самое главное, если давление в горных породах при разгрузке возвращается к исходному, то температура нет. Это связано с тем, что нагрев вещества при сжатии требует много больше энергии (до 70% и более от общего её запаса), чем сжатие, а падает температура медленнее, чем давление. Поэтому послеударная температура вещества в точке удара оказывается очень высокой, достигая 10 000 – 15 0000С.Ударная волна от точки соударения движется во все стороны и в первые моменты её фронт имеет сферическую форму. Однако очень быстро эта форма искажается из-за неоднородности свойств пород мишени, а амплитуда ударной волны падает на краю кратера до 0,001 ГПа и менее. Механическое и тепловое воздействие на породы мишени также быстро падает. Поэтому в образующемся метеоритном кратере в центре (у точки удара) возникает зона испарения вещества (где породы нагреваются до многих тысяч градусов), затем располагается зона плавления вещества (при нагреве 15000С и выше) и, наконец, зона дробления пород (в которой нагрев не превышает десятков – нескольких сотен градусов).
Продукты дробления, плавления и испарения горных пород мишени (и, конечно, ударника) вовлекаются ударной волной в центробежное движение – вверх, в атмосферу планеты и в стороны, за пределы кратера. Расширение пара опережает движение расплава и твёрдых обломков и благодаря очень высокой скорости создает эффект взрыва. Следовательно, импактный процесс, начинаясь как удар, заканчивается как взрыв. Описанная последовательность элементарных процессов характерна для любой точки в кратере, но в целом все эти процессы идут одновременно по всему кратеру – сразу, мгновенно (в человеческом масштабе времени) благодаря очень высокой скорости движения ударной волны, измеряемой километрами в секунду, от точки удара. После затухания ударной волны формирование астроблемы продолжается: падают выброшенные в атмосферу обломки, оседают борта воронки, деформируется её дно, перемешиваются в движении обломки и расплав, кристаллизуется расплав, остывают породы кратера – импактиты. Стадия переработки (модификации) метеоритного кратера – это уже геологический процесс (по скорости протекания) и он растягивается на десятки тысяч, сотни тысяч и миллионы лет.Общая энергия Кракатау и Чиксулуба примерно одинаковы. Однако, ни 300-метрового цунами, ни многолетнего мрака, погубившего, по гипотезе «динозавроцида», всю или почти всю растительность на Земле после взрыва Кракатау не было. Так же, как и при более мощных извержениях (Хатепе, Тамбора). Тем более, с учётом изложенного, нельзя ожидать таких эффектов от Чиксулуба. Иначе говоря, единственный краеугольный камень метеоритной гипотезы – Чиксулуб – на свою роль глобального «киллера динозавров» попросту не дотягивает на несколько порядков.
Отметим также, что и следов одновременного взрыва нескольких вулканов тоже не обнаружено. Нужно искать более мощные факторы, и, как оказывается, на самой Земле время от времени случаются события, намного превосходящие по своим последствиям падения астероидов. Речь может идти о «супервулканах». Супервулканы – это древнейшие вулканы, которые ещё остались на Земле. Они отличаются от того явления, которое мы называем вулканами. О существовании супервулканов науке стало известно совсем недавно. Если обычный вулкан образует гору, то супервулкан внешне выглядит как большая впадина на поверхности Земли и называется кальдерой.Чтобы понять, что такое супервулкан, нужно обратиться к истории нашей планеты. В начале своей истории планета представляла собой раскалённую массу, которая постепенно остывала и на поверхности её образовывалась твёрдая корка, которая вначале была тонкой и неустойчивой. Её часто прорывали потоки огненной магмы, часть корки проваливалась, и на планете снова был огненный океан. Тем временем постоянно идущие дожди, из которых впоследствии образовался мировой океан, делали своё дело. Поверхность остывала, корка становилась всё толще, преобразовываясь в земную кору. Поверхность планеты покрывали моря, но это ещё была не вода, а щёлочь слабой концентрации, которая со временем превратилась в солёную воду.
На ранней стадии развития земной коры вулканов было больше, чем сейчас, магма была намного ближе. Часто случалось, что после извержения вулканов огромные куски земной коры обваливались в пустоты под поверхностью, образующиеся после выброса магмы. Поэтому земная кора развивалась неравномерно. В отдельных местах формировались надёжные твёрдые платформы, более толстые, чем окружающие слои поверхности планеты.Такие утолщения коры остались до сих пор (их называют кратонами). А в тех местах, где происходили провалы в земной коре, сформировались супервулканы. Супервулкан представляет собой впадину довольно больших размеров, в несколько десятков километров в длину и ширину. Размеры кальдеры таковы, что её не увидишь, стоя на поверхности земли. Их можно увидеть только со спутника или, по крайней мере, с самолёта.
Последний по времени взрыв супервулкана состоялся 74 000 лет назад, когда взорвался супервулкан Тоба на острове Суматра в Индийском океане. Тоба почти 100 км в поперечнике, а энергия его извержения – 4,4 Гт (гигатонны) в тротиловом эквиваленте. Для сравнения, общее мировое потребление электроэнергии за 2005 год (5·1020 Дж) равно 120 Гт ТНТ или в среднем 3,8 кт в секунду (Тоба: 4,4 Гт = 1,8 1019 Дж, Кракатау – 1,81 x 1019 Дж). Как видим, энергия вполне соизмерима с энергией обычного вулкана, но... Площадь выброса на три порядка больше таковой у обычного вулкана, поэтому взрыв Тоба сопровождался выбросом 1500 км3 магмы, его эрруктивный столб высотой до 80 км выбросил ещё 1000 км3 пепла в атмосферу (общий выброс Кракатау составил около 18 км3).Исследуя вулкан Тоба, геолог Майкл Рампино из Нью-Йоркского университета восстановил картину его катастрофического извержения. По его расчётам, из чудовищного кратера вместе с тучами пыли и пепла было выброшено тогда до трёх миллиардов тонн сернистого ангидрида. В результате губящие растительность сернистые дожди лились на землю в течение шести лет, – это показали образцы из глубинных слоев ледяного щита Гренландии. Если добавить к этому пылевые тучи, надолго закрывшие солнце, – то получается нечто похожее на картину «ядерной зимы» (в результате чего средняя температура упала на 5-6°С).
Рампино считает, что это «мега-извержение» и явилось причиной зафиксированного антропологами именно в ту эпоху демографического краха, когда, как считают, на всей Земле осталось не больше десяти тысяч наших первобытных предков. Как видим, энергия извержения Тоба и того же Кракатау довольно близки, но результаты очень разные! Резюмируя сказанное, легко увидеть, что наименьший глобальный эффект сопровождает как раз падения метеоритов, так как влияние события на Землю в целом зависит не столько от энергии, сколько от объёмов и состава атмосферных выбросов.Супервулканы отличаются от обычных по многим параметрам. Как известно, обычные вулканы имеют форму башнеобразного конуса. Супервулканы же представляют собой огромные котлообразные впадины или понижения в земле с ровным дном, называемые кальдерами. Когда обычный вулкан извергается, лава постепенно поднимается по жерлу вулкана до кратера на вершине горы и изливается вниз.
Раскалённая магма под поверхностью кальдеры начала подниматься ещё в 1928 г. В настоящее время подземный резервуар вулкана заполняется магмой с угрожающей скоростью (считается, что Йеллоустоунский супервулкан имеет объём, превышающий 1000 км3). На основании полученных данных исследователями был сделан прогноз о возможной активации вулкана к 2075г., а, возможно, и раньше (вообще-то, экстраполяции на стотысячелетние промежутки времени результатов столетних наблюдений не могут отличаться особой точностью, а ведь даже 1% от такого интервала составляет 6 тыс. лет).Но по современным данным давление магмы под коркой этого супервулкана в последнее время значительно возросло. Как только давление магмы в этом районе станет выше критической нормы, произойдёт взрыв (ориентировочно, мощностью до 2,5 Гт ~ 1019Дж). Сначала всё будет похоже на простой вулкан с выбрасыванием потоков магмы, но вот потом последует обвал земной коры со страшным взрывом, который поднимет скальные породы на высоту до ста километров.
Однако, вернёмся к динозаврам. Для общепринятого сценария гибели динозавров подходит только извержение супервулкана, беда лишь в том, что во времена «динозавроцида» признаков такого извержения, по крайней мере, до сих пор, не обнаружено. Таким образом оказывается, что и «Чиксулуб», и обычные вулканы слабоваты для глобального истребления какого-либо вида, динозавров в том числе, а потенциально способные сделать это супервулканы в то время не взрывались.Нужно искать иную, пусть менее экзотическую и красочную, чем прямое уничтожение, гипотезу, и опыт земной эволюции такую гипотезу может предложить – это лишение вида необходимой ему кормовой базы. Способ не менее результативен, чем прямое убийство, но менее эффектен и намного менее затратен. А основания для такой гипотезы есть. Вспомним о тектонике плит, которую очень часто эволюционисты упускают из вида. Напомним, что во времена благоденствия динозавров материки образовывали сочленённую моноплиту, седлавшую экватор (рис. 6):
Литература:1 . Сихотэ-Алиньский железный метеоритный дождь . М . Наука, 1959 . Т . 1 . 304 с . ; 1963 . Т . 2 . 372 с .