Тайны динозавров

НАЧНЕМ С ИСТОРИИ

В трагическом и славном для России 1812 году французский зоолог Жорж Кювье, интересовавшийся сравнительной анатомией в большей степени, чем военными успехами Наполеона, опубликовал в Париже труд, в котором описал способы восстановления облика животного по сохранившимся частям скелета. "Человек, который достаточно опытен в законах органической структуры, может реконструировать целое животное по одной кости, принадлежавшей некогда этому животному", - писал Кювье.

Известный английский палеонтолог Ричард Оуэн был более сдержан: "Палеонтология, как считается, способна по взаимозависимым частям вывести необходимое следствие". Но эти слова сказаны им на закате жизни, а в 36-летнем возрасте, в 1841 году, Оуэн стал знаменитым после того, как прочитал в Плимуте на заседании Британской ассоциации науки доклад, посвященный древним костям, которые издревле находили на Британских островах. Именно в том докладе он дал описание игуанодона - "с зубами, как у игуаны" - и мегалозавра, которых позднее объединил вместе с другими ископаемыми ящерами в род Dinosauria - "ужасных ящеров".

В 1979 году французская исследовательница Адриенн Мейор, занимающаяся классическим фольклором и мифотворчеством, во время путешествия на греческий остров Самос впервые увидела знаменитое кладбище слонов. Так местные жители называют высохшее русло реки, где часто находят гигантские кости и черепа. Слоны для них - самые большие животные, поэтому и древние кости приписывали слонам. В Митилене местные крестьяне тоже постоянно выкапывали гигантские кости. Под влиянием этих находок в мифотворчестве самых разных народов появились драконы и гигантские чудища, а на вазах Коринфа - явно черепа динозавров.

Несколько лет назад Адриенн Мейор выпустила книгу с описанием так называемых "лож", в которых постоянно раскапывают кости динозавров. Книга называется "Первые охотники за окаменелостями" и носит подзаголовок "Палеонтология во времена греков и римлян".

Римский император Август, сменивший Юлия Цезаря, был не чужд увлечения древностями и учредил первый самый настоящий палеонтологический музей. Для него в Вечном городе построили специальный дом, в котором хранились останки морских чудищ и вымерших гигантов, при этом часть экспонатов была доставлена из Греции. Древние хроники доносят до нас легенды, что огромные кости принадлежали героям и титанам, боровшимся безуспешно с самим Зевсом.

Адриенн Мейор описывает 23 места палеонтологических находок в современной Греции и Турции. Почему в восточном Средиземноморье? Да потому, что его постоянно "трясет" и раскалывает на части, в результате чего кости сами выходят на поверхность. Например, одиннадцать тысяч лет назад землетрясение прорвало Босфор, и в Черное море хлынула вода, затопив прибрежные села и города (археологи-подводники видят теперь их остатки на дне). А семнадцать тысяч лет назад мощное землетрясение оторвало от нынешней Турции остров Самос, где Мейор впервые натолкнулась на мифические (в прямом смысле этого слова) останки динозавров.

Рим пал от нахлынувшего потока вандалов, и через многие века европейской науке пришлось открывать динозавров заново. Именно изучение останков вымерших животных и попытки реконструировать их облик натолкнули Кювье на мысль об обрушивающихся время от времени на биосферу Земли гигантских катастрофах, после которых она вынуждена развиваться чуть ли не с нуля. Так родился "катастрофизм" - теория, в которой катастрофы играют роль движущей силы развития, эволюции (в переводе с латыни - "разворачивания") жизни на нашей планете.

Кювье возражали сторонники градуализма, то есть постепенного изменения живых форм. Сначала выступил Жан-Батист Ламарк с оригинальной гипотезой о том, что движущей силой эволюции является стремление организмов к совершенствованию. Но окончательный - как тогда казалось - удар катастрофизму нанес Чарльз Дарвин, предложивший теорию естественного отбора и сделавший слово "эволюция" приемлемым и респектабельным в чопорной викторианской Англии. Удивительно, что взгляды Дарвина восприняли даже генетики, которые, по идее, должны были быть его первыми противниками: как можно конструировать эволюцию, не зная ничего о гене! Однако попытки создать спасительную синтетическую теорию, объединяющую скачкообразные изменения гена (мутации) и постепенность изменения живых форм, не увенчались успехом и по сей день. Вот почему проблема вымирания динозавров, которых Дарвин, кстати, "просмотрел", остается животрепещущей для науки и сегодня.

Четверть века тому назад в составе геологической экспедиции, проводившей исследования в ущелье близ итальянского городка Губбио, что в 150 км к северу от Рима, работал американский исследователь Уолтер Альварес. Коллеги подтрунивали над молодым геологом, который не захотел пойти по стопам своего знаменитого отца Луиса Альвареса, нобелевского лауреата 1968 года по физике.

Как-то Уолтер разговорился с палеонтологом Изабеллой Сильва из Миланского университета, которой не давала покоя тонкая прослойка глины, резко выделявшаяся на фоне мощных известняковых отложений ущелья. В этом глиняном слое толщиной всего 1 см совсем не было останков микроскопических живых существ - фораминифер, в изобилии присутствовавших в нижнем известняковом слое. Выше глиняной прослойки следы жизни снова появлялись, но прежнее биологическое разнообразие свелось к одному-двум видам. Было очевидно, что слой глины залегает как раз точно на границе между последним меловым периодом мезозойской эры и началом эры кайнозоя - знаменитая граница К/Т (критский (меловой) / третичный ). А это как раз граница вымирания динозавров, а вместе с ними и двух третей существовавших в те времена видов животного и растительного мира!

Различные методы датировки дают для границы К/Т близкие результаты - примерно 65 млн лет назад. Но как долго продолжался период вымирания? Какому промежутку времени соответствует сантиметровый слой глины? Чтобы выяснить это, Уолтер Альварес отвез образцы пород с глиняной прослойкой в Калифорнию, в университет Беркли, и исследовал их методом нейтронного активационного анализа. Метод основан на обстреле атомов потоком нейтронов. При захвате нейтрона ядром возникает короткоживущий изотоп, который при распаде выделяет присущую только данному элементу энергию. Оказалось, что в глине из Губбио концентрация иридия повышена в 30 раз по сравнению с соседними слоями известняка. Иридий, химический элемент платиновой группы, довольно редко встречается в земной коре (менее одной части на миллиард частей), но богато представлен в метеоритах, особенно в углистых хондритах, где его содержание в сотни, а то и в тысячи раз выше.

В 1980 году отец и сын Альваресы опубликовали в журнале "Science" статью, в которой выдвинули предположение о падении астероида как причине иридиевой аномалии. Расчеты, проведенные Луисом Альваресом, показали, что на поверхности планеты отложилось 500 млрд тонн внеземного вещества с высоким содержанием иридия. Диаметр такого тела не меньше 10 км, а энергия, выделившаяся при падении, - порядка 110 мегатонн, что в 10 тысяч раз больше накопленного землянами ядерного потенциала. Было сделано предположение, что древние рептилии вымерли в результате ударной, или шоковой, зимы, которая сродни ядерной.

Палеонтологи, естественно, обрушились на геолога и физика, которые осмелились разгадать загадку, мучившую не одно поколение уважаемых специалистов. Однако вскоре оказалось, что глинистый слой с избытком иридия существует не только в Губбио, но и в местечке Стевенс-Клинт в Дании, а также в других уголках планеты.

В середине 1980-х годов Э. Андерс из Чикагского университета обнаружил удивительное совпадение распределения углеродных частиц в геологических отложениях Дании и Испании, а также Новой Зеландии: на границе К/Т концентрация частиц возрастает в 10 тысяч раз! Это ли не свидетельство вселенского пожара, возникшего в результате удара небесного тела и выделения огромной энергии? Он также подсчитал, что удар метеорита должен был привести к образованию воронки-кратера диаметром не менее 100 км.

Температура и давление, возникшие в результате взрыва, вероятно, были настолько велики, что привели к образованию на границе К/Т мельчайших алмазиков размером от 3 до 5 нанометров (напомним, что 1 нм равен 10^-9 м). Такие алмазы часто находят в так называемых углистых хондритах, прилетающих к нам из космоса. Алмазики, естественно, отсутствует выше и ниже границы К/Т. Они настолько мелкие, что их приходится выискивать с помощью рентгеновских лучей.

Довольно неожиданное подтверждение метеоритной гипотезы нашлось в Испании. Там, в Бискайском заливе, на границе с Францией, белые известняковые утесы достигают высоты 200 м. Американский исследователь Питер Уорд занимался отнюдь не динозаврами, а аммонитами, названными в честь бога Аммона, символом которого была голова барана со спирально закрученны ми рогами (у аммонитов спирально закручены раковины диаметром от сантиметра до метра). Вблизи границы К/Т в отложениях известняка были обнаружены "кладбища" моллюсков: с лица Земли, вернее, со дна океана одновременно и очень быстро исчезли 22 вида аммонитов, обитавших в те далекие времена в водах нынешнего Атлантического океана.

В подтверждение теории отца и сына Альваресов внесли свой вклад и французские ученые, изучившие тектиты -микросферы, образовавшиеся под действием тектонических сил удара метеорита, - из гаитянского местечка Белок. Шарики диаметром 1-8 мм находят здесь в изобилии в слое вблизи границы К/Т. Внутри тектиты черного цвета, а сверху покрыты желтым слоем кальцитного стекла, содержащего до трети оксида кальция. Такая "накрутка" могла произойти в случае испарения расплавленных карбонатов (известняка), из которых образованы острова в океане. Напомним, что тот же мел представляет собой мириады мельчайших карбонатных панцирей морских организмов, некогда живших на Земле.

Датировка, основанная на соотношении изотопов серы и стронция, дала те же 65 миллионов лет. Лабораторное моделирование в муфельных печах помогло оценить температуру образования гаитянского кальцитного стекла: 1300^oС. Характер образования двухслойного стекла позволил также утверждать, что падение метеорита произошло в радиусе 200 км от Гаити. Высокие температуры привели к испарению больших количеств серы и стронция.

Все эти данные получены в начале 90-х годов. Но вот недавно новыми свидетелями метеоритных ударов стали фуллерены, наносферические частицы, составленные из нескольких десятков атомов углерода (наиболее известный фуллерен С₆₀ состоит из 60 атомов). Оказалось, что фуллерены способны удерживать внутри углеродной оболочки атомы инертных газов, в частности гелия, а изотопный состав гелия свидетельствует о его внеземном происхождении (повышенное содержание ³He). Внеземные фуллерены и метаморфизированные железоникелевые микрочастицы с кремниевыми вкраплениями выявлены в Западной Австралии, в местечке Пилбара у города Перт, а также в зеленом поясе Южной Африки - Барбертоне.

Американские геологи, изучившие мезозойское озеро в штате Вайоминг, который славится богатыми "запасами" костей динозавров, проанализировали состояние ископаемых растений и пришли к выводу, что метеоритный удар пришелся на весенне-летние месяцы. У растений, когда-то росших в пруду, листья пожухли и претерпели структурную деформацию поверхностной кутикулы, как если бы наступили неожиданные заморозки. Выше границы К/Т было обнаружено большое количество спор папоротников. Это свидетельствует о вымирании более высокоорганизованных растений. Кроме того, папоротники - индикатор известного экологического процесса "суксцессии", то есть нового заселения. Подобное ученые наблюдали на атолле Бикини после испытаний там водородной бомбы.

Д. Бирлинг из Шеффилдского университета (Великобритания) и его американские коллеги, исследуя листья ископаемых растений, подошли к границе К/Т с совершенно неожиданной стороны, а именно... количества устьиц. Устьица представляют собой отверстия в ткани листа, через которые тот поглощает необходимый для фотосинтеза диоксид углерода. Естественно, что, чем углекислого газа больше, тем меньше устьиц требуется листу на единицу площади. Подсчет показал, что до границы К/Т парциальное давление углекислого газа составляло 0,035-0,05% по объему, а затем за какие-то 10 тысяч лет, что в геологическом и палеонтологическом смысле представляет собой "мгновение", возросло до 0,23%! Такое резкое возрастание СО₂ в атмосфере могло произойти только в результате выброса огромного количества углерода - по оценкам, около 4600 гигатонн. Вероятно, этот углерод был выброшен из карбонатов литосферы - попросту говоря, из осадочных известняковых пород, испарившихся после страшного удара. Ученые также подсчитали, что земная поверхность после удара повысила свою температуру на целых 7,5^oС.

14 июня 2002 года мимо Земли, между нашей планетой и Луной, буквально "просвистел" некий болид ПТ7, который увидели по задним "габаритным огням" - отсвету падающих солнечных лучей - лишь через два или три дня. Крупный метеорит упал в Иркутской области в конце сентября 2002 года. Можно вспомнить многочисленные кратеры, разбросанные по разным частям света, и Тунгусский метеорит.

За последние 3,5 млрд лет четыре огромных болида бомбардировали Землю. Выбросы из кратеров распределялись по всей поверхности планеты, а сгенерированные цунами многократно обходили Землю. Так что иридиевая аномалия, возникшая в результате последнего удара, не является уникальной. Просто раньше в распоряжении ученых не было таких чувствительных методов определения различных отклонений от фона, которые к тому же за миллиарды лет успели сгладиться.

И все же в столь неожиданную причину исчезновения динозавров было трудно поверить. Без дымящегося дула в "преступление" не верилось, хотя на него и указывало множество косвенных улик и данных экспертиз.

В далекие 1960-е специалисты мексиканской нефтяной компании "Пемекс" в ходе геологоразведочных работ заподозрили наличие гигантского кратера диаметром порядка 200 км на самом севере полуострова Юкатан, вдающегося в Мексиканский залив. Кратер получил название "Чиксулуб" по имени местечка на берегу залива. В 1981 году геофизики Глен Пенфилд и Антонио Кармарго определили параметры кратера. Еще через 10 лет журнал "Science" в номере от 23 ноября 1990 года указал на Чиксулуб как на наиболее вероятное место удара небесного тела, который привел к гибели динозавров.

Данные геофизиков свидетельствовали о наличии гигантской подземной чаши глубиной 1 км и диаметром 60 км. Дно кратера было усеяно брекчиями (от англ. "брейк" - ломать, крушить) и стеклом ударного происхождения. Над остекленевшими породами лежали осадочные известняковые породы третичного периода, то есть уже "нашего" кайнозоя.

Но откуда осадки явно морского отложения? Дело в том, что метеорит упал на материковый шельф, то есть в море. И лишь затем море отступило в результате подъема берега из-за "наползания" Южной Америки на Северную. А в меловом периоде глубина моря в районе кратера составляла 200-300 м.

Интерес к Чиксулубу вновь резко повысился в начале 2002 года, когда были опубликованы данные, полученные при глубоком бурении периферии кратера. Бурение началось в декабре 2001 года и проходило под руководством Филиппе Клаеса из Свободного университета в Брюсселе. В распоряжении науки оказался керн диаметром 7,6 см и длиной 1112 м.

Изучение керна показало, что первой жизнью после удара были папоротники. Расплавленные породы подтвердили датировку в 65 млн с точностью до 100 тысяч лет. Диаметр кратера составляет 170 км, а толщина осадочных пород, обогащенных железом, - 1,1 км. Железо "выплавилось" под действием повышенной температуры после удара. Ударная волна привела к образованию кварца с явно ударными трещинами.

Расчеты показали, что одновременно в атмосферу было поднято 200 тысяч км³ пород. Испарение известняка привело к выбросу гигантских количеств СО₂ и появлению парникового эффекта. Сернокислый кальций "выдал на-гора" миллионы тонн серного ангидрида и сульфатного аэрозоля, что резко уменьшило количество проходящих солнечных лучей. Результатом стали первоначальное похолодание и последующие кислотные дожди. Теперь весь "сценарий" в распоряжении ученых представлен в качестве конкретных прямых доказательств.

Приятно получить через 10 лет подтверждение того, о чем писал как о гипотезе и догадках. А в 2002 году специалисты британской нефтехимической компании "Бритиш петролеум" с помощью геофизического сканирования обнаружили новый кратер, названный "Силверпит" - "Серебряная чаша". Кратер был открыт довольно случайно, когда компания попросила Фила Аллена посмотреть геофизические данные дна Северного моря, полученные при поисках подводных месторождений газа.

Кратер расположен в 140 км к юго-востоку от Ньюкасла, имеет диаметр 3 км и глубину 300 м. Он мог быть образован при падении астероида диаметром 200-500 м и имеет возраст 65 млн лет. Вполне возможно, что это "осколок" большого небесного тела, ударившего в Чиксулуб. Воронка кратера представляет собой несколько концентрических окружностей, а в центре заполнена "обратным" выбросом пород, что очень характерно для места удара того же артиллерийского снаряда.

Итак, гипотеза о катастрофическом вымирании динозавров вроде бы документально подтверждена, хотя я уверен, что грядут новые научные открытия, стимулированные последними достижениями. К примеру, недавнее открытие в Китае удивительного пушистого грызуна, который жил с динозаврами дольше, чем млекопитающие без них, рисует нам несколько иную картину смены "господствующих классов" животного мира.

Катастрофа, приведшая к окончательному вымиранию динозавров, высвободила ресурсы плацентарных млекопитающих, которые пережили "ударную зиму" в глубокой спячке. Выжили и сумчатые Австралии. Этот континент, "мигрировавший" от Антарктиды, был далеко от Чиксулуба и Силверпита, поэтому катастрофа затронула его флору и фауну меньше.

После вымирания динозавров млекопитающие получили эволюционный простор для генерации видов и родов. Вполне возможно, что рассмотрение космических катаклизмов поможет нам лучше и глубже понять те факторы, которые привели к возникновению человека. Так что решение проблемы исчезновения динозавров имеет к человеку самое непосредственное отношение. Не мешает задуматься и о том, как хрупко экологическое равновесие. Нарушить его может не только прилетевшее издалека небесное тело, но и наше неразумное поведение, которое проявляется в бездумном сжигании органики, что ведет к парниковому эффекту и глобальному потеплению.

Александровский Г. Травоядное весом в 100 тонн. - 1999, № 1, с.135-136.

Елисеев В. Отчего же все-таки вымерли динозавры? - 1976, № 7, с.114-119.

Лузин В. Легенда о динозавре. - 1985, № 4, с.126-129.

Михайлов К. Как гнездились динозавры. - 1997, № 5, с.74-79.

Наумов Д. Гадание или наука. - 1982, № 9, с.70-77.

Палеонтологический детектив . - 1981, № 1, с.80-84.