Конец мелового периода 66 миллионов лет назад был тяжелым временем для жизни на Земле.
Почти одновременно произошли три глобальные катастрофы: метеорит Чиксулуб обрушился на нынешний мексиканский полуостров Юкатан, изверглась огромная вулканическая провинция Деккан-Ловушки в современной Индии, и около трех четвертей растений и животных Земли, включая всех не-птичьих динозавров, вымерли Одновременное возникновение этих трех событий в истории нашей планеты привело к многолетним дебатам о причинно-следственных связях. Либо большая последовательность извержений вулканов, либо инопланетный удар могут, по-видимому, вызвать массовое вымирание - но все ли они как-то связаны?
Как ученые Земли, у нас есть основания полагать, что может быть еще одно событие, которое можно добавить в список. Наше новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, что воздействие Чиксулуба могло вызвать дополнительную вулканическую активность вдали от Декканских ловушек - вдоль десятков тысяч миль подводных вулканических хребтов, которые лежат на краях тектонических плит. Воздействие метеорита вызвало большие сейсмические волны, которые распространялись по всему земному шару и, по-видимому, были способны вымывать магму из мантии в океаническую кору. Вероятно, это было бы более плохой новостью для динозавров и другой флоры и фауны того времени.
**********
Хорошо известно, что сейсмическая активность может вызывать различные гидрологические явления, а иногда даже извержения вулканов. После близлежащих крупных землетрясений могут начать течь сухие потоки, уровни скважин могут повышаться или понижаться, а гейзеры иногда вспыхивают. Сейсмичность также вызывает вулканическую активность, но только в тех случаях, когда условия являются правильными - это всего лишь около 0, 4 процента взрывных извержений вулканов, которые могут быть вызваны сильными землетрясениями.
Так может ли сильное землетрясение, возникшее, когда метеорит Чиксулуб врезался в Землю, быть связано с продолжающимися извержениями в Декканских ловушках? Эта вулканическая провинция покрыла большую часть Индии потоками лавы менее чем за миллион лет. Калифорнийский университет, возглавляемый Беркли группой исследователей (включая одного из нас, Лейфа Карлстрома), вновь рассмотрел возможность связи между этими двумя событиями.
Самые последние усилия, предпринятые до настоящего времени, показали, что Декканские ловушки начали извергать лаву еще до того, как произошло воздействие метеорита и произошло массовое вымирание. Но исследование под руководством Беркли показало, что воздействие Chicxulub вызвало быстрое увеличение их скорости извержения. Если это правда, все три события могут быть предположительно связаны: Воздействие будет сопровождаться ускоренной вулканической деятельностью, которая может способствовать массовому вымиранию.
Подводные потоки лавы сочатся между тектоническими плитами, как в Аксиальной подводной горе, где она лежит на вершине более старых лав. (Билл Чедвик, Орегонский государственный университет, и ROV Jason, Океанографический институт Вудс-Хоул, CC BY-ND) **********
Если гипотеза о побочном воздействии верна, мы ожидаем, что другие вулканические системы также были бы запущены.
В любой момент времени подавляющее большинство вулканической активности на Земле не происходит в покрывающих континент потоках магмы или во взрывах, как на горе Сент-Хеленс. Это на морском дне, где тектонические плиты разлетаются в стороны. По мере расщепления земной коры, в основном твердый слой мантии поднимается, чтобы заполнить созданное пространство. По мере подъема он тает, когда он распаковывается.
Иллюстрация хребта в середине океана, с магмой, поднимающейся из мантии и прорывающейся через кору на границе между тектоническими плитами. (Справочная информация, E. Paul Oberlander, Графические службы WHOI. Inset, Билл Чедвик, Университет штата Орегон, и ROV Jason, Океанографический институт Вудс-Хоул. Модифицировано Джозефом Бирнсом, CC BY-ND) Эта новая магма просачивается на поверхность и способствует почти непрерывной вулканической активности вдоль так называемых хребтов в середине океана. Этот процесс создает практически всю корку на дне океана. Поскольку возраст морского дна относительно хорошо известен, он сохраняет данные об океанической вулканической активности, насчитывающей более 100 миллионов лет. Этот замечательный отчет о вулканической активности создает возможность проверить гипотезу запуска.
В нашем новом исследовании мы использовали общедоступные наборы данных, чтобы сделать запись структуры морского дна, насчитывающей 100 миллионов лет. Поскольку для Марса и Венеры существуют лучшие топографические карты, чем для морского дна Земли в глобальном масштабе, мы были вынуждены использовать косвенные методы для поиска изменений в структурах морского дна.
Незначительные изменения силы тяжести в разных местах, измеряемые спутниками, обеспечивают необходимый инструмент картирования. Пятна с избыточным количеством камней, которые находятся на морском дне, как можно ожидать в результате ускоренной вулканической активности, будут иметь немного более сильное измерение гравитационного поля Земли.
Время с самыми небольшими структурными аномалиями на морском дне - показывающее на 8 процентов больше массовых аномалий, чем в среднем - наступает 66 миллионов лет назад и совпадает с возрастом удара метеорита Чиксулуб. (Byrnes and Karlstrom, Sci. Adv. 2018; 4: eaao2994, CC BY-ND) Затем мы проверили запись этих «гравитационных аномалий», чтобы найти любые изменения в структуре морского дна, которые произошли быстро. Мы обнаружили необычное изобилие этих небольших структурных аномалий на морском дне, произошедшее в течение 1 миллиона лет после воздействия Чиксулуба. Гравитационные аномалии согласуются с кучей избыточного материала высотой примерно 650 футов, лежащего на морском дне в возрасте 66 миллионов лет в Индийском и Тихом океанах.
Общий объем избыточного материала трудно определить, потому что большое количество магмы могло быть введено в нижнюю кору, где она имела бы более слабую гравитационную сигнатуру. Но мы подсчитали, что примерно во время удара Чиксулуб из срединно-океанических хребтов по всему земному шару вырвалось порядка 23 000–230 000 кубических миль магмы. Это наравне с крупнейшими извержениями в истории Земли за 4, 5 миллиарда лет, включая Декканские ловушки.
Точками отмечены участки на морском дне, которые показывают высокие темпы распространения во время воздействия Chicxulub 66 миллионов лет назад. Цвета указывают на максимальную гравитационную аномалию в пределах 2 градусов. (Byrnes and Karlstrom, Sci. Adv. 2018; 4: eaao2994, CC BY-ND) **********
Наши наблюдения показывают следующую последовательность событий в конце мелового периода. Чуть более 66 миллионов лет назад начинают извергаться Декканские Ловушки - вероятно, вызванные струей горячей скалы, поднимающейся из ядра Земли, в некотором роде схожей с тем, что происходит сегодня под Гавайями или Йеллоустоуном, которые падают на сторону тектонической плиты Индии. Срединно-океанические хребты и динозавры продолжают свою нормальную деятельность.
Около 250 000 лет спустя Чиксулуб отправляется от побережья того, что станет Мексикой. Воздействие вызывает огромное нарушение климата Земли, впрыскивая частицы в атмосферу, которые в конечном итоге оседают в слое глины, найденной по всей планете. После удара вулканическая активность ускоряется, возможно, на десятки и сотни тысяч лет. Срединно-океанические хребты извергают большие объемы магмы, в то время как извержения Декканских ловушек наводняют лаву на большей части индийского субконтинента. В конце концов, три четверти видов растений и животных Земли исчезли; единственные оставшиеся динозавры - это пернатые, летающие разновидности, обычно называемые птицами.
Теперь цель состоит в том, чтобы еще больше уточнить наше понимание каждого события и их взаимодействия. Было ли достаточно активности в середине океанического хребта, чтобы способствовать массовому вымиранию, или вызванный подводный вулканизм был просто симптомом некоторого более значительного планетарного недуга? Были ли другие вулканические системы, вызванные воздействием Chicxulub? Что сыграло большую роль в исчезновении: вулканизм или метеор?
Ясно, что это новое исследование указывает на глобальные связи между катастрофами, что является хорошим напоминанием о том, что события, происходящие на другой стороне планеты, могут иметь последствия повсюду.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Лейф Карлстром, доцент наук о Земле, Университет Орегона
Джозеф Бирнс, постдокторант наук о Земле, Университет Миннесоты
