Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

В веществе земной коры Стронций составляет около 370 миллионных долей (ppm), а 87Sr присутствует в концентрации 25,9 ppm (7 % от общего количества). Рубидий встречается реже, его концентрация достигает 90 ppm, а изотоп 87Rb сегодня составляет 27,83 % от общего количества; в ту эпоху, когда формировалась Земля – с учетом той части, которая к настоящему времени уже распалась, – на его долю приходилось 29,16 % из 91,62 ppm Рубидия, присутствующих в то время (единственный другой изотоп, 85Rb, стабилен, поэтому он не меняется со временем). Это означает, что распад 87Rb дает нам лишь 1,68 ppm современного 87Sr, и даже через миллион лет доля дополнительного изотопа 87Sr, который добавится в результате распада 87Rb, составит всего 0,00035 ppm – это совершенно ничтожная величина. Поэтому любое внезапное изменение соотношения 87Sr/86Sr должно иметь какую-то внешнюю причину.
В морской воде концентрация Стронция и Рубидия сильно отличается от тех, которые характерны для горных пород на суше: у Стронция она составляет 8,1 ppm, а у Рубидия – 0,12 ppm. Но океан очень большой, и если перевести эту долю в абсолютные величины, то окажется, что всего в нем 11 триллионов тонн Стронция и 0,77 триллиона тонн именно изотопа 87Sr. Поэтому для того, чтобы изменить общее соотношение 87Sr/86Sr, необходимо добавить огромную долю одного изотопа к другому. Сегодня соотношение 87Sr/86Sr в морской воде равно 0,7091, тогда как соотношение, поступившее в море в ходе эрозии наземных пород, приближается к 0,716. Таким образом, любое значительное увеличение соотношения 87Sr/86Sr в океанах предполагает невероятное усиление эрозии.
Именно об этом говорят некоторые исследователи, изучавшие соотношения изотопов Стронция на границе K-Pg. Анализ раковин фораминифер, найденных в слоях горных пород, показал, что содержание 87Sr/86Sr постепенно увеличивается – от 0,7077 за 10 миллионов лет до границы до 0,7078 на границе13. Это объясняется последовательным возрастанием площади суши, происходившим в тот период под влиянием тектоники плит (больше земли – больше возможностей для эрозии горных пород). Ряд измерений проведен и на самой границе, и они не очень хорошо согласуются друг с другом, хотя все они, похоже, свидетельствуют о небольшом, но резком увеличении – оценки этого скачка варьируются от 0,000214 до лишь четверти этого числа. Но, опять же, если мы обратим внимание на цифры, упомянутые выше, то увидим, что даже меньшее изменение соотношения, равное 0,00005, требует добавления примерно 5 миллиардов тонн дополнительного 87Sr. Если учесть, сколь скромным оказалось возрастание 87Sr в наземных породах, которые, по всей видимости, стали источником этого избытка, то нам потребуется в общей сложности 65 миллиардов тонн Стронция из эродированных пород или 175 триллионов тонн горных пород в целом15.
Создается впечатление, что эрозия была огромной и внезапной – но Земля велика. Континентальная кора имеет общую массу 2 × 1022 кг, и наша величина – это лишь 0,001 % от общей массы (эквивалент – сантиметр на слое породы толщиной в полтора километра). Но что могло вызвать столь резкую перемену скорости эрозии? Очевидные виновники – это два последствия столкновения с астероидом.
Во-первых, ударная волна, прошедшая по всему миру, скорее всего, превратила большую часть N2 в воздухе в азотную кислоту (HNO3) – и ее стало примерно 60 миллиардов тонн. Выше мы уже говорили о том, что из-за большого скапливания ангидрита на месте столкновения в стратосферу попало огромное количество выбросов, в конечном итоге превратившихся в серную кислоту (H2SO4). Недавние извержения вулканов позволили нам установить, что эти кислоты порождают кислотные дожди, которые идут на протяжении нескольких лет, постепенно осаждаясь из атмосферы. По одной из оценок, на каждый квадратный метр Земли выпало несколько литров сильнокислых дождей, и этого хватит, чтобы увеличить скорость эрозии и объяснить резкий скачок соотношения 87Sr/86Sr.
 
 Другие свидетельства удара 
Катастрофический сценарий подтверждается и множеством других свидетельств. По всему Мексиканскому заливу вблизи пограничного слоя K-Pg залегает песчаник – сжатые слои песка, отложенные на территории, удаленной от моря. Их тщательное изучение показало, что в них, за исключением самого верхнего слоя, нет ни одного маленького червячного следа, повсеместного для всех отложений песчаника всех возрастов по всему миру. Это свидетельствует об очень быстром осаждение, чего и следовало ожидать от огромных цунами (высотой до полутора километров), вызванных столкновением Земли и астероида. Кроме того, в данном случае мы зафиксировали еще и резкое повышение уровня Иридия в илистом слое прямо поверх песчаника. Это объясняется тем, что тяжелые крупицы песка оседали первыми, а уже вслед за ними шла мелкозернистая грязь и соединенное с ней измельченное в порошок вещество астероида16.
Во многих местах мира, от Европы до Новой Зеландии, с глиной, отмечающей границу K-Pg, смешивается сажа от сгоревшего органического вещества. Венди Вольбах и ее коллеги оценивают общее количество сгоревшего Углерода в 70 миллиардов тонн, что сравнимо с 10 % всего растительного материала, присутствующего сегодня на Земле17. Это свидетельство глобального лесного пожара подтверждается резким снижением доли 13C в морских раковинах по обе стороны границы. Напомним, что растения не столь охотно поглощают 13C при фотосинтезе, поэтому внезапный выброс CO2 из сгорающих растений приведет к уменьшению содержания 13C в атмосфере и океане (примерно то же самое мы наблюдаем сегодня при сжигании ископаемого топлива). Кроме того, выше границы K-Pg неожиданно возрастает количество папоротниковых спор – это знак того, что на земле, где прекратился пожар, восстанавливается растительная жизнь (которая часто начинается с видов, подобных папоротникам).
Другие исследователи выступали против гипотезы о глобальном разрушении и считали, что сажа возникла в результате масштабных пожаров, вызванных сгоранием ископаемого Углерода (угля и нефти) на месте столкновения и рядом с ним (напомним, что именно здесь добывала нефть компания Pemex). Против представления о глобальных лесных пожарах приводился и еще один довод: предполагаемое отсутствие древесного угля в пограничных слоях. Тем не менее повторный анализ частиц древесного угля, присутствующих в слое, и детальное моделирование как изначального огненного облака (которое могло непосредственно воспламенить весь растительный материал в радиусе свыше 2400 км), так и падения обломков из верхних слоев атмосферы, способных вызвать пожары в любой точке мира, позволяет предположить, что, хотя планета и не сразу окуталась дымом, повсеместные пожары были обычным явлением18. Более того, месяцы тьмы, наставшие после столкновения, по всей видимости, погубили большую часть флоры, сделав ее более уязвимой для лесных пожаров, вызванных ударами молний.
Недавно в Северной Дакоте был обнаружен богатый тайник окаменелостей, прямое свидетельство катастрофы, в мгновение ока уничтожившей жизнь. Исследователи описывают свою находку так: «Этот слой был переполнен спутанной массой пресноводных рыб, наземных позвоночных, деревьев, веток, бревен, морских аммонитов и других морских существ… У нас даже есть одна рыба, которая ударилась о дерево и разломилась пополам». Во внутренностях некоторых рыб оказались скрыты крошечные стеклянные шарики, выброшенные в результате удара и попавшие в жабры19. Прямо над этими окаменелостями находится слой пыли, богатый Иридием. Авторы утверждают, что скопление окаменелостей было вызвано сейшей – похожей на цунами волной. Изучив окаменелые отложения и измерив современные сейши, причиной появления которых, как сегодня известно, становятся землетрясения, ученые подсчитали, что высота волны превышала 10 метров, и ее породило землетрясение магнитудой от 10 до 11,5 балла – проявление ударной волны от столкновения, которое случилось на расстоянии в 3000 километров, причем между самим событием и прибытием волны прошло от шести до тринадцати минут. Более крупные стеклянные шарики, образовавшиеся в результате удара, и другие обломки упали примерно через пятнадцать минут после столкновения, поэтому мы находим их выше слоя окаменелостей. Мелкая пыль, обогащенная Иридием, осела еще позже, о чем свидетельствует ее присутствие над веществом выброса. Эта находка позволяет нам ярко представить картину хаоса, последовавшего за этим взрывом мощностью во много миллионов мегатонн.