Крис Терни Кости, скалы и звезды. Наука о том, когда что произошло

Глава 10

Дыра в земле

Наши знания о динозаврах сложились не так давно. Первые останки были обнаружены лишь в XVII в., в основном на северо-западе Европы. Самое раннее описание было сделано первым профессором химических наук Оксфордского университета Робертом Плотом, который в 1676 г. описал большую кость, выкопанную в оксфордширской каменоломне. Правда, профессор принял ее за кость слона, попавшего в Британию с римлянами. В 1776 г. в меловых отложениях Нидерландов был найден гигантский череп, напоминающий череп крокодила. Местные жители впали в такую панику, что находку прозвали «маастрихтским чудовищем».

Сначала все эти ископаемые фрагменты скелетов считали останками животных, погибших во время Всемирного потопа. Предполагалось, что, когда воды отступили, кости остались в отложениях, нанесенных во время бедствия. Подобные представления были настолько общепринятыми, что в 1818 г. в Оксфорде новую должность профессора геологии занял преподобный Уильям Бакленд, намеревавшийся посвятить себя сбору подтверждений Всемирного потопа.

Во времена этих открытий геология только складывалась как наука. Первопроходцам в этой области отчаянно не хватало временной шкалы, на которую можно было бы опереться. Но раз прямое датирование невозможно, остается пробовать относительное. Одну из первых попыток предпринял немецкий геолог Абраам Вернер на рубеже XVIII и XIX вв. Вернер считал, что все руды и минералы можно распределить по четырем типам, формировавшимся в строгой хронологической последовательности.

К первому типу, по мнению Вернера, должны были относиться самые примитивные, а значит, самые древние структуры, по его классификации — «первичные», граниты и сланцы. Поскольку в этих первичных породах не содержалось ископаемых останков, они считались сформировавшимися до Потопа. За первичными шли переходные породы — известняк и сланец, в которых имелось некоторое количество окаменелостей. Далее шли вторичные породы, зачастую слоистые, в том числе известняк и песчаник. Для верящих в Потоп именно этот тип представлял наибольший интерес, поскольку изобиловал окаменелостями, предположительно оставшимися после Потопа. Завершали список третичные породы, представленные рыхлыми и слабо связанными разновидностями — глиной, песком и гравием.

В своем стремлении подтвердить библейские предания о Потопе данными ископаемых геология почти сразу же забуксовала. Уже одна шкала последовательно сменяющих друг друга формаций, составленная Вернером и проверенная на европейских горных породах, никак не укладывалась в 6000 лет, отведенных теологами со времен Потопа. Геология шла вразрез с Библией.

* * *

Самой большой славы среди собирателей окаменелостей удостоилась Мэри Эннинг, которая зарабатывала на жизнь продажей ракушек, собираемых на меловых утесах Лайм-Реджиса, в английском графстве Дорсет. Мэри Эннинг стала местной знаменитостью и даже, предположительно, послужила прототипом скороговорки «She sells seashells on the seashore»⁷. Продавая окаменелости, Эннинги латали дыры в скудном семейном бюджете. Когда в 1810 г. умер ее отец Ричард Эннинг, Мэри взялась за дело всерьез — и в 1811–1812 гг. вместе со своим братом Джозефом отыскала первые останки ихтиозавра. Это ископаемое, известное также как «рыбоящер», было в числе первых рептилий, полностью адаптировавшихся к жизни в воде.

Одиннадцать лет спустя, в 1823 г., Эннинг пошла еще дальше, отыскав первый почти полный трехметровый скелет неизвестного существа. Маленькая голова, плавники, шея, равная по длине телу, — теперь мы называем это существо плезиозавром. Это было настоящее чудище. В наши дни именно оно служит наиболее популярным прообразом «реконструкций» лох-несского чудовища. Однако в те времена наука ничего подобного не знала и не ожидала. Как может существовать настолько длинная шея?

С этого момента открытия и описания ископаемых останков динозавров посыпались одно за другим. В 1822 г. британский сельский врач и геолог Гидеон Мантелл сделал первое научное описание костей динозавра, извлеченных из скальной породы в английском графстве Суссекс. Он считал динозавров похожими на гигантских ящеров. 20 февраля 1824 г. останки плезиозавра, найденные Мэри Эннинг, получили полное описание в Лондонском геологическом обществе. Там же на общем собрании, ссылаясь на останки мегалозавра — одной из самых древних двуногих хищных рептилий подобного размера, Уильям Бакленд предположил, что подобные гигантские существа могли жить и на суше. Вслед за ним в 1825 г. Мантелл охарактеризовал огромного неповоротливого травоядного игуанодона, которого он тоже отнес к рептилиям.

В начале XIX в. все эти ископаемые находки начали сильно осложнять буквальное толкование библейской версии происхождения мира. Библия не предполагала ни доисторического периода, ни доисторических животных, однако земля почему-то изобиловала их ископаемыми останками. При подробном изучении текста всплывали и другие противоречащие действительности детали, например создание насекомых после млекопитающих, что никак не вязалось с геологическими данными.

Геологи уже признали к тому времени по крайней мере одно массовое вымирание. Правда, относительно вызвавших его причин ученые разделились на два лагеря — «катастрофистов» и «униформистов». Великий французский ученый Жорж Кювье предполагал, что геологическая летопись хранит следы лишь местных вымираний. Уильям Бакленд, напротив, поддерживал теорию одновременного исчезновения живых существ по всей Земле в результате Всемирного потопа. Луи Агассис предлагал другую причину — ледниковый период, и ему удалось переубедить Бакленда, пообщавшись с ним в Британии в 1840 г. (см. главу 7). В то же время Чарльз Лайель полагал, что вымирание происходит постоянно, в ходе естественного развития, — он придерживался униформистской точки зрения.

Осознание того, что в прошлом уже вымирали животные, повлекло за собой другую крамольную идею. Если вид может исчезнуть, значит, он не вечен. А значит, жизнь на Земле не была создана одним махом. Следовательно, происходило развитие во времени. Переход к более сложным формам. Весьма многообещающая теория.

Несмотря на то, что все больше ученых склонялось к эволюционному объяснению геологических данных, были и обратные тенденции. Находились инакомыслящие, среди которых самую большую известность обрел британский биолог Ричард Оуэн. Он попытался отстоять версию божественного происхождения жизни на Земле. Выдающийся анатом, Оуэн первым описал многих представителей исчезнувшей австралийской и новозеландской мегафауны, включая дипротодона и моа. К сожалению, он также любил приписывать себе чужие достижения. В одном из таких случаев в 1844 г. он представил Геологическому обществу результаты описания белемнитов — морских кальмароподобных хищников, живших во времена динозавров. Несколькими годами ранее аналогичная работа была предложена высокому собранию другим ученым. Мало того, Оуэн не упускал возможности преуменьшить достижения Мантелла и значимость открытий своего соперника.

Однако при всем неблагородстве характера он совершенно точно определил в 1842 г., что ископаемые останки игуанодона и мегалозавра, найденные и описанные Мантеллом и Баклендом, отличаются от современных рептилий. Оуэн считал, что эти виды не могут быть их предшественниками в эволюционной цепи, поскольку представляют собой совершенно отдельную ветвь. И предложил для этих вымерших существ новое название — «динозавры» (от греческого «динос» — «пугающе огромный» и «заврос» — «ящер» — или, проще говоря, «ужасный ящер»). Озвучивая свои выводы, Оуэн не предполагал, какую яму роет сам себе. Когда накопилось достаточно окаменелостей и ископаемых останков, выделение динозавров в отдельную подгруппу очень помогло эволюционистам, в том числе Дарвину, проиллюстрировать череду переходов от одной жизненной формы к другой, от простых мокрицеобразных трилобитов в переходных горных породах к млекопитающим в третичных.

* * *

Поскольку прямого датирования еще не существовало и в распоряжении геологов имелась лишь приблизительная классификация различных горных пород, началась неизбежная путаница. Теперь ясно, что исследователи тех лет зачастую смешивали между собой вымерших животных из разных эпох, например, динозавров и мегафауну. Из пяти массовых вымираний, зафиксированных в геологической летописи, исчезновение динозавров было не самым масштабным, просто оно сильнее бросалось в глаза тогдашним ученым. Более ранние события аналогичного порядка происходили 200, 251, 375 и 444 млн лет назад. Сомнительные лавры самого крупного из них принадлежат пермскому вымиранию, называемому также великим, которое разразилось 251 млн лет назад, когда планета лишилась около 95% всех своих видов. Надо отметить, что исчезновение мегафауны, описанное в главе 8, до массового вымирания по геологическим меркам даже не дотягивает.

Теперь известно, что «время динозавров» относится к мезозойской эре. Она состоит из трех периодов: триасового (200–251 млн лет назад), юрского (146–200 млн лет назад) и мелового (65–146 млн лет назад). Рост численности динозавров пришелся на окончание триасового периода, видимо, вслед за массовым вымиранием других видов около 200 млн лет назад. За время юрского периода успели развиться более крупные разновидности, и к меловому периоду наблюдалось наибольшее разнообразие видов динозавров. Однако почему же эти великолепные создания вдруг исчезли на самом пике своего развития?

Конец эпохи динозавров часто для краткости называют «рубежом K-T». K — от немецкого слова «kreide», мел, обозначает меловой период, а T — от третичного периода по классификации Вернера (Tertiary). С тех пор как появилось это обозначение, геологическую стратификацию успели пересмотреть, и, строго говоря, «третичный» следовало бы заменить в названии на «палеогеновый», однако акроним уже прижился.

Некоторые известняки мелового периода, изначально отложившиеся на морском дне, теперь обнажились и представляют собой часть суши в Италии, в Дании, в Новой Зеландии и США. Оказываясь вблизи какого-нибудь из них, чувствуешь себя песчинкой — ведь это самая настоящая геологическая машина времени, способная перенести человека в конец другой эпохи. Чтобы увидеть рубеж K-T воочию, можно отправиться, например, в Новую Зеландию, в Вудсайд-Крик. Двадцатиминутная прогулка в сторону от шоссе, к холмам, и вы на месте. Там вас будет ждать известковый утес позднемелового и ранненеогенового периода, слегка накренившийся и прорезанный насквозь бегущим потоком. Ближе к подножию утеса кремовый известняк мелового периода отсекается слоем темной глины сантиметровой толщины. Эта граница почти у самой земли, поэтому вы можете без труда прикоснуться к рубежу, за которым мир стал другим. Выше этой глинистой полоски известняк темнеет, там начинается палеоген, эпоха T.

В нижней части мелового известняка кремового цвета часто находят морские окаменелости, иногда попадаются настолько крупные, что видны невооруженным глазом. А вот выше глиняной границы, в более темной палеогеновой части утеса окаменелостей практически нет, а если и встречаются, то микроскопические. И подобная картина — такое же чередование отложений — повторяется на всех участках, относящихся к этому периоду. Другими словами, рубеж K-T был глобальным явлением. Но что его вызвало?

К 1960-м гг. в качестве объяснения предлагалось несколько версий: климатические изменения, вулканическая активность, воздействие одного или нескольких метеоритов. Но определить точную причину можно было лишь датированием следов, оставленных этими событиями, и выяснением, совпадают ли они по времени с рубежом K-T. Датирование было решено проводить с помощью калиево-аргонового и аргонно-аргонового методов, которые нам уже знакомы по главе 9, где они рассматривались применительно к ископаемым останкам древних людей.

Многих сторонников завоевала теория, согласно которой динозавры вымерли в результате серии вулканических извержений, случившихся на рубеже K-T. Подтверждением тому служат траппы (базальты) Деканского плоскогорья в Индии, представляющие самую масштабную стадию вулканической активности той эпохи. Во время мелового периода распределение материков по поверхности Земли разительно отличалось от нынешнего. Индия смещалась на север к Азии, проходя над «горячей точкой», которая сейчас находится под островом Реюньон в Индийском океане. В результате начавшихся извержений образовались обширные слои лавы, сформировавшие гигантское плоскогорье. Эти траппы, также известные как «излившиеся базальты», покрывают территорию размером с Францию — около 500 000 км2 и содержат примерно 1 млн км3 застывшей лавы.

Чтобы излить такое количество лавы, извержения на Деканском плоскогорье должны были длиться достаточно долго. Помимо лавы вулканы выбрасывали в атмосферу пепел и газы, которые заслоняли земную поверхность от солнечных лучей, приводя к похолоданию. Такие катаклизмы должны были резко снизить фотосинтез и изменить климат, что могло повлечь за собой глобальное вымирание. Такая картина событий вполне подтверждалась датированием, проведенным на Деканском плоскогорье в 1960-х и 1970-х. С помощью калиево-аргонового и аргонно-аргонового методов было установлено, что извержения произошли от 40 до 100 млн лет назад. К сожалению, эти приблизительные цифры не давали представления о том, повлекла за собой, пришлась на самый пик или завершила эта вулканическая активность смену эпох K-T, случившуюся около 65 млн лет назад.

Одновременно с исследованием траппов Деканского плоскогорья развивалась и другая, альтернативная гипотеза. В 1980 г. группа под руководством отца и сына Луиса и Уолтера Альваресов из Калифорнийского университета попыталась измерить соотношение разных химических элементов в тонкой глинистой границе K-T. Прежде всего их интересовали те, что чаще встречаются в составе метеоритов, чем в земной коре и верхней мантии, например иридий. При сгорании метеорита в земной атмосфере иридий и прочие элементы попадают на поверхность нашей планеты — предположительно с постоянной регулярностью. Таким образом, измерив содержание этих элементов в глинистой прослойке, можно узнать, сколько времени она откладывалась. Чем ниже концентрация, тем быстрее образовалась прослойка.

Результаты оказались совершенно неожиданными. Вместо небольших вкраплений в глинистом слое концентрация искомых элементов на границе K-T зашкалила далеко за те показатели, которые получились бы в случае периодического высыпания метеоритной пыли. Так, например, по иридию на разных участках наблюдалось 40-330-кратное превышение нормы. Очевидно, метеоритной пылью дело не ограничилось, и требовались другие объяснения.

Единственное приемлемое объяснение группа Альваресов видела в метеоритном воздействии. Метеорит 10±4 км в поперечнике вполне мог оставить то количество иридия, которое было найдено в темной глинистой прослойке K-T. При подобной катастрофе в атмосферу было бы выброшено облако каменной пыли, в 60 раз превышающее массу метеорита. Часть его долгие месяцы, если не годы, висела бы в атмосфере, блокируя солнечные лучи. То есть по воздействию на земной климат этот катаклизм не отличался бы от извержений на Деканском плоскогорье. Однако он повлек бы за собой и другие последствия. Страшный жар уничтожил бы все живое в радиусе 500 км от места падения, а взрывная волна вызвала бы пожары в других областях мира. В результате выброса в атмосферу большого количества углекислого газа начались бы кислотные дожди. Жизнь на Земле оказалась бы под угрозой исчезновения.

Однако выводы калифорнийской группы получились довольно смелыми, учитывая, что место падения Альваресы так и не определили. И как быть с Деканским плоскогорьем?

Исследования на плоскогорье тем временем продолжались. Между напластованиями лавы в ходе раскопок обнаружились остатки динозавров. Видимо, в перерывах между извержениями условия для жизни оставались достаточно сносными. Более позднее аргонно-аргоновое датирование показало, что пик вулканической активности на плоскогорье случился 67 млн лет назад — то есть примерно за 2 млн лет до рубежа K-T. Значит, послужить причиной гибели динозавров вулканические извержения в Индии не могли.

После доклада группы Альвареса все бросились искать место предполагаемого падения метеорита. Метеорит согласно гипотезе насчитывал около 10 км в поперечнике. Объект такого размера при столкновении с Землей должен оставить кратер диаметром почти 200 км. Однако в начале 1980-х подходящих кандидатур на эту роль не находилось. Если совсем начистоту, даже близко ничего похожего не было. Кратер такого диаметра намного опередил бы по размерам другие имеющиеся на Земли следы ударов. Два самых известных кратера, подходящих по времени падения, сильно уступали этому гипотетическому: кратер Мэнсон в штате Айова насчитывал лишь 35 км в диаметре, а Карский кратер в российской части Арктики — 65 км. И все же именно они стали главными кандидатурами, хоть и не дотягивали по размерам.

Предыдущие попытки датировать кратер Мэйсон калиево-аргоновым методом определили его возраст как 70 млн лет, а возраст Карского кратера — 60 млн. Цифры были достаточно приблизительными, поэтому сказать наверняка, совпадают ли они по времени с рубежом K-T, не представлялось возможным. К концу 1980-х на обоих кратерах было применен аргонно-аргоновый метод. Полученный возраст 66 млн лет позволял оставить в списке претендентов оба кратера. Могло ли так случиться, что на Землю в указанный период обрушился не один метеорит, а целый дождь и именно поэтому вместо одного гигантского кратера образовалось несколько размером поменьше?

Однако с датированием кратеров аргонно-аргоновым методом имеются известные затруднения. Под воздействием остаточного жара после падения метеорита ускоряется изменение минеральной решетки, поэтому количество пригодных для датирования образцов сильно ограничено. При сильно измененных образцах возраст может быть определен неправильно. Что и подтвердило повторное датирование кратеров в 1990 г., согласно которому возраст кратера Мэнсон получился 74 млн лет, а Карского — 70 млн. Выходит, ни тот, ни другой не могли вызвать гибель динозавров на рубеже K-T. Снова открывалось непаханое поле возможностей.

В середине 1980-х канадский геолог Алан Хильдебранд и его консультант Уильям Бойнтон из Аризонского университета решили поискать возможные следы метеоритного удара эпохи рубежа K-T в районе Карибов. Их исследования показали, что на Гаити, в отличие от всех остальных подобных мест, толщина пограничного слоя K-T составила полметра — то есть данные отложения должны были образоваться в непосредственной близости к месту удара. Хильдебранд и Бойнтон доказывали, что источник воздействия надо искать в радиусе не более 1000 км от Гаити. И вскоре взор Хильдебранда обратился к геологической структуре под названием Чиксулуб в Мексике.

В 1960-х мексиканская государственная нефтяная компания РЕМЕХ занималась бурением с целью отбора кернов на Юкатане и обнаружила круглую впадину 180 км шириной 1,5 км глубиной. В то время ее природу сочли вулканической, вопреки геологическому характеру местности. Размеры ее как раз приближались к заданным гипотезой Альвареса, намного превосходя диаметр Карского кратера и кратера Мэнсон. Получив доступ к официальным буровым отчетам, Хильдебранд вскоре нашел в них геологическое подтверждение тому, что впадина — это ударный кратер. В частности, об этом свидетельствовали кристаллы кварца, подвергшегося колоссальному давлению, и расплавленная порода.

Чтобы выяснить, совпадает ли по времени образование Чиксулуба и рубеж K-T, был определен возраст кратера. Аргонно-аргоновым методом датировали стекловидные образования, найденные на дне кратера Карлом Свишером из Геохронологического центра Беркли и его коллегами. Памятуя о предыдущих ошибках в датировании Карского кратера и кратера Мэнсон, необходимо было на сей раз добиться железной точности в определении возраста. Чтобы проверить точность метода, отдельные частицы породы подвергли последовательному нагреванию лазером. По мере увеличения температуры собирали выделяющийся аргон и измеряли его количество, получая ряд независимых возрастных показателей. Для каждого образца таким образом выстраивалась совокупность возрастов, позволявшая легко отследить и устранить возможное загрязнение до проведения расчетов.

Объявленные в 1992 г. результаты произвели эффект разорвавшейся бомбы. Чиксулубскому кратеру оказалось 64,98±0,05 млн лет — полное статистическое соответствие с возрастом границ K-T (65,01±0,08 и 65,07±01 млн лет), полученным тем же методом.

Датирование помогло нанести решающий удар. Ответ на мучившую ученых в течение 300 лет загадку исчезновения «ужасных ящеров» наконец был получен. И причиной оказалась вовсе не униформистская неизбежность, а самая что ни на есть катастрофа — падение метеорита. Теперь наука будет смотреть на небо совсем другими глазами.