Уничтожил динозавров и пригрел микробов: в ударном кратере Чиксулуб жизнь существовала 8 млн лет

Статья вышла в журнале Communications Earth & Environment. Международная группа исследователей сопоставила анализ пород из кратера Чиксулуб с моделированием геологических последствий удара, который произошел 66 миллионов лет назад. Речь идет о том самом падении астероида, которое связывают с массовым вымиранием в конце мелового периода: тогда исчезло около трех четвертей видов растений и животных, включая всех нептичьих динозавров.

Кратер образовался после падения астероида диаметром около десяти километров в районе современной мексиканской части полуострова Юкатан. После удара осталась структура почти 200 километров в поперечнике, а разрушения ушли глубоко в земную кору. На поверхности это была катастрофа, но под землей тот же удар создал среду другого типа: расплавленные и раздробленные породы вступили в контакт с морской водой из района Мексиканского залива, и в трещинах возникла система циркуляции горячей воды.

Гидротермальной системой называют такую среду, где нагретая вода проходит через породы и долго переносит тепло и растворенные вещества. Для микробной жизни такие зоны подходят потому, что в них есть вода, химические источники энергии и крошечные полости-убежища внутри породы.

Ключевые образцы ученые получили во время Expedition 364 в 2016 году. Эту экспедицию организовали специалисты International Ocean Discovery Program и International Continental Scientific Drilling Program, а бурение прошло в районе пикового кольца кратера — это внутреннее кольцо поднятых пород, которое возникает в самых крупных ударных структурах после гигантского столкновения. Среди поднятых пород оказался богатый калием полевой шпат, который сформировался уже после удара, когда через породы циркулировали горячие флюиды. Такие минералы особенно ценны, потому что они позволяют установить не только сам факт нагрева, но и время, когда система еще работала.

Возраст этих минералов определила доктор Аннемари Пикерсгилл из SUERC, шотландского центра изотопных исследований, который находится в Ист-Килбрайде. Она использовала аргон-аргонный метод датирования: исследователи измеряют соотношение разных изотопов аргона в минерале и по нему рассчитывают, когда минерал кристаллизовался или пережил нагрев. Анализ показал, что возраст полевого шпата растягивается от времени самого удара, то есть от 66 миллионов лет назад, примерно до 58 миллионов лет назад. Проще говоря, горячая водная система под кратером не исчезла быстро, а сохранялась на протяжении восьми миллионов лет.

Это число стало для авторов неожиданностью. Ранние работы начала 2000-х годов, которые тоже опирались на моделирование, давали для Чиксулуба оценку порядка двух миллионов лет. Теперь исследователи получили не только новую модель, но и реальные минералы с датировками, которые задают временные рамки. Поэтому новизна работы заключается в том, что срок жизни системы теперь опирается на вещественные данные из кратера, а не только на расчеты.

После этого команда построила новые компьютерные модели, чтобы понять, какие условия могли поддерживать такую систему так долго. В расчетах использовали данные бурения и более детальную геологическую информацию, которую ученые накопили за два десятилетия после первых моделей. Симуляции показали, что долгую жизнь системе обеспечило сочетание нескольких факторов: породы после удара остались сильно растрескавшимися и хорошо пропускали воду, в глубине еще долго сохранялось тепло, а естественный геотермальный поток Земли помогал не дать системе быстро остыть. Проницаемость пород здесь особенно важна: если вода не может свободно проходить по трещинам и порам, гидротермальная циркуляция быстро затухает.

Соавтор работы Евангелос Христу, который во время исследования был аспирантом Университета Глазго, занимался усовершенствованными гидродинамическими моделями. Гидродинамическое моделирование позволяет просчитать, как в породах одновременно движутся вода и тепло и как на это влияют состав пород, их трещиноватость и глубина. Команда попыталась восстановить, как под кратером менялись температура, движение воды и физические свойства среды в течение миллионов лет после удара.

Из этой работы следует конкретный вывод о ранней Земле. Если крупные удары создавали под поверхностью системы горячей воды, которые жили миллионы лет, то такие кратеры могли служить долговременными убежищами для микроорганизмов. Внутри раздробленных пористых пород возникала среда, где жизнь лучше защищена от жесткого излучения и резких перепадов температуры.

По этой же причине работа интересна и для планетологии. Марс не имеет такой плотной атмосферы, как Земля, и за свою историю пережил множество ударов астероидов. При этом на раннем Марсе воды было гораздо больше, чем сейчас. Если удары крупных метеоритов по Красной планете тоже создавали подповерхностные гидротермальные системы на миллионы лет, то древние кратеры могут оказаться местами, где дольше всего сохранялись условия для жизни. Поэтому исследование поможет тщательно выбирать места посадки для будущих миссий: подойдет не любой кратер, а тот, где удар достаточно сильно раздробил породы, где была вода и где тепло могло удерживаться очень долго.

Фото meteorologiaenred.com