Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

Еще лучше взять образцы вещества напрямую. Как описывается в главе 3, японский космический аппарат «Хаябуса» опустился ненадолго на астероид Итокава и вернулся на Землю в 2010 году с небольшим количеством материала, взятого с его поверхности. После этого аппарат «Хаябуса-2» посетил еще один околоземный астероид, Рюгу, и собрал вещество с его поверхности; в декабре 2020 года эти образцы попали на Землю. Также в 2020 году американская межпланетная станция OSIRIS-REx села на астероид Бенну и взяла пробы вещества; по новым оценкам, его количество существенно больше, чем обнаруживалось предыдущими экспедициями[4]. Сейчас станция летит на Землю; прибытие запланировано на сентябрь 2023 года. Эти миссии стали удивительным достижением инженерной мысли, а собранные образцы вещества астероидов должны помочь нам узнать больше о природе околоземных объектов.

Одним из самых ожидаемых полетов к околоземным астероидам является путешествие американского аппарата DART (название — аббревиатура слов Double Asteroid Redirection Test, то есть испытания перенаправления двойного астероида) к двойному астероиду Дидим. Цель этой миссии — выяснить, может ли столкновение космического аппарата с астероидом помешать встрече космического тела с нашей планетой.

Астероид Дидим — на самом деле пара объектов, двигающихся по одной орбите: более крупный имеет в диаметре три четверти километра, а его спутник Диморф — около 160 метров. DART, запуск которого запланирован на ноябрь 2021 года, должен достичь этой пары в сентябре 2022 года[5]. План состоит в том, чтобы врезаться космическим аппаратом в Диморф на высокой скорости (6,6 километра в секунду), а потом пронаблюдать за изменением его орбиты вокруг более крупного компонента с помощью наземных телескопов. Согласно прогнозу, отклонение будет небольшим, но заметным. В случае успеха попадание в такую крохотную цель на расстоянии 11 миллионов километров от Земли станет еще одним выдающимся достижением человеческой техники. Это также окажется первым шагом на пути к защите человечества от разрушительного удара, подобного тому, который создал кратер Чикшулуб и вызвал вымирание примерно половины всех видов, живших тогда на земле.

Удары внеземных объектов — не единственное явление, связанное с массовыми вымираниями. В главе 10 рассказывается, что с вымираниями совпадали извержения в так называемых крупных магматических провинциях (КМП). Во всех случаях предполагаемая причина вымирания — выброс в атмосферу огромного количества парниковых газов от лавы; это вызывает повышение температуры, увеличение кислотности океана, снижение содержания кислорода в морской воде и, возможно, иные последствия для среды. Проблема здесь в том, что примерное совпадение по времени извержений КМП и массового вымирания еще не доказывает причинно-следственную связь между ними. Более того, массовые исчезновения видов происходят резко и быстро по геологическим меркам, в то время как извержения КМП могут происходить гораздо большее время и включать отдельные интервалы вулканической активности, перемежаемые относительно долгими (тысячи лет) периодами покоя.

Большая часть исследований связи между КМП и вымираниями, проведенных за последнее десятилетие, сосредоточена в трех областях: 1) получение более точной хронологии — и для летописи окаменелостей при вымираниях, и для извержений КМП; 2) разработка новых косвенных показателей (измеримых величин, которые отражают параметры среды, например, температуру) для отслеживания меняющихся условий среды во время вымираний; 3) разработка новых более точных численных моделей для таких меняющихся условий.

Возможно, лучше всего эти подходы иллюстрируют исследования Сибирских траппов (одной из крупнейших магматических провинций планеты) и связи с пермско-триасовым массовым вымиранием — самым смертоносным событием в геологической летописи (тогда погибло более 90 % морских видов и 75 % наземных; см. главу 10). Решающее значение для такой работы имеет детально проработанная геохронология. Измерения, проведенные в одной лаборатории с использованием одних и тех же методов (что устраняет искажения, связанные с различными условиями разных лабораторий), четко показывают взаимосвязь между временем вымирания и вулканической деятельностью КМП. Если коротко, то датирование осадочных слоев показывает, что пермско-триасовое вымирание началось 251,941 миллиона лет назад (обратите внимание на точность этого числа!) и длилось недолго, не более 60 тысяч лет. Напротив, вулканическая деятельность Сибирских траппов продолжалась примерно миллион лет[6]. Кроме того, масштабные излияния лавы начались примерно за 300 тысяч лет до вымирания. Такие наблюдения приводят к очевидному вопросу: что же послужило спусковым механизмом вымирания?

На этот вопрос удалось ответить благодаря тщательному изучению того, как развивалась магматическая активность во время излияния Сибирских траппов. Геохронологические исследования показывают, что в течение 300 тысяч лет — то есть до вымирания — основная активность была представлена излияниями поверхностных потоков лавы. Хотя их общий объем сложно оценить, слои этих потоков достигали толщины в несколько километров и, вероятно, выбрасывали в атмосферу значительное количество парниковых газов. Однако летопись окаменелостей показывает, что биологическая реакция при этом была незначительной или вовсе отсутствовала. Затем — возможно, в ответ на увеличившуюся нагрузку со стороны вышележащих лав — поверхностная вулканическая активность прекратилась. Расплавленный материал из мантии продолжал подниматься в кору, однако доминантной формой магматизма стало появление силлов — крупных плоских тел магмы, которые не доходили до поверхности, а простирались горизонтально по осадочным породам, подстилавшим поверхностные потоки лавы. Некоторые силлы достигают 350-метровой толщины, а их общий объем во всей провинции оценивается в два с лишним миллиона кубических километров.

Хронологические исследования показывают, что начало образования силлов точно соответствует началу пермско-триасового вымирания. Сибирские траппы формировались в Тунгусском бассейне — регионе, который в то время был покрыт толстыми слоями осадочных пород, включая эвапориты, карбонаты и уголь — как раз те породы, которые выделяют огромное количество летучих парниковых газов, если их станут нагревать и видоизменять появившиеся силлы. Последовало быстрое глобальное потепление. С помощью показателей, которые можно использовать для расчета температуры морской воды, исследователи выявили, что в экваториальных зонах температура воды на поверхности достигала 40 °C — величины, смертельной для многих видов животных. Наземные температуры были еще выше. Другие ученые использовали другой показатель — количество изотопов лития в океанических отложениях — чтобы продемонстрировать, что в это время шло интенсивное химическое выветривание континентов. Вывод был таков: значительно увеличившаяся концентрация углекислого газа в атмосфере приводила к выпадению кислотных осадков, быстро разрушавших поверхностные породы.

Если рассмотреть совместно результаты недавних исследований по хронологии магматизма Сибирских траппов и измерения различных косвенных показателей для интервала вымирания, то они убедительно подтверждают, что появление силлов в осадочных породах Тунгусского бассейна вызвало массовое выделение парниковых газов в атмосферу. Это привело к быстрому, интенсивному глобальному потеплению и длинному списку побочных эффектов, что в