Новые модели показывают на то, что вулканическая активность могла помочь согреть планету после многих лет катастрофической темноты и холода.
В последний день мелового периода астероид шириной 12 километров врезался в мексиканский полуостров Юкатан и изменил жизнь на Земле. Шестьдесят шесть миллионов лет спустя ученые использовали суперкомпьютеры, чтобы воссоздать разрушительные последствия этого печально известного воздействия в беспрецедентных деталях. Модели помогают разгадать давнюю загадку о том, что убило всех динозавров, кроме птиц, и дают новый взгляд на то, как жизнь на Земле реагирует на быстрые изменения окружающей среды.
Ученые уже знали, что астероид взорвал кратер шириной около 200 километров в земную кору, ударив точно в правильное место и под прямым углом, чтобы выбросить колоссальные количества охлаждающих газов и сажи в верхние слои атмосферы. Небеса почернели, когда массивные цунами разлетелись по океанам, а лесные пожары бушевали за тысячи километров вокруг. В течение многих лет температура упала более чем на 15 градусов по Цельсию, ввергнув мир в длительный холодный период, известный как ударная зима, которая, по мнению ученых, уничтожила более трех четвертей жизни на Земле. Мероприятие было похоже на «Ад Данте на Земле», говорит Альфио Алессандро Кьяренца, научный сотрудник Лондонского университетского колледжа и руководитель нового исследования, опубликованного в Слушаниях Национальной академии наук.
Примерно в то же время еще один астероид известный как удар Чиксулуб - большой вулканический комплекс в том, что сейчас в Южной Индии, извергается, выпуская более 300 000 кубических километров лавы и нагнетая изменяющие климат газы в небо. В то время как большинство ученых сходятся во мнении, что астероид вызвал глобальное вымирание, исследователи долго задавались вопросом, способствовали ли эти вулканы, названные Ловушками Декана, разрушению жизни. В новом исследовании Кьяренца и его коллеги используют модели для воссоздания древнего климата Земли, изменяя параметры различных апокалиптических сценариев. Эти моделирования показывают, что один астероид сделал планету непригодной для жизни всех динозавров, кроме птиц. Возможно, нелогично, но вулканы Декканских ловушек, возможно, сделали Землю более менее гостеприимной. «Это, я думаю, гвоздь в гробу [из-за гипотезы о том, что] Ловушки Декана привели к массовому вымиранию», - говорит палеонтолог Анджали Госвами, руководитель исследований в Музее естественной истории в Лондоне, который не был связан с изучением.
Названное в честь двух геологических периодов по обе стороны события, массовое вымирание мелового и палеогена произошло с поразительной скоростью. Сильный холод, постоянная темнота, лесные пожары, цунами, невыносимая жара в зоне воздействия и возможные кислотные дожди нанесли ущерб планете. Внезапное разрушение, вызванное событием исчезновения, предоставляет ученым возможность изучить, как жизнь может реагировать на быстрые и сильные стрессы.
«Это дает нам представление о том, что делают организмы, когда кто-то вытаскивает коврик из-под них», - говорит палеонтолог Йельского университета Пинчелли Халл, эксперт по исчезновению динозавров. Чтобы по-настоящему понять, как закончилось массовое вымирание динозавров, ученым необходимо договориться о том, что именно вызвало его.
За последнее десятилетие геологи подтвердили, что ловушки Декана извергались несколькими импульсами в течение 700 000 лет, период, который перекрывается с воздействием Чиксулуба. Поскольку вулканы извергались во время события исчезновения, ученые задавались вопросом, сыграли ли они роль в убийстве животных. Два из пяти крупнейших массовых вымираний были вызваны сильным потеплением из-за вулканического углекислого газа, в том числе худшее из всех: массовое вымирание пермско-триасового происхождения 252 млн. Лет назад, вызванное древними извержениями в нынешней Сибири, уничтожило 96 процентов морской жизни и около трех из каждых четырех видов на суше. Ловушки Декана могли повлиять на жизнь 66 миллионов лет назад двумя основными способами. В более короткие сроки диоксид серы, выделяющийся вулканами, мог бы охладить планету и вызвать кислотные дожди, бросив в океаны Земли и более широкие химические циклы в беспорядок. Со временем огромное количество CO2, высвобождаемого в результате извержений, могло привести к устойчивому потеплению, что может привести к стрессу в глобальных экосистемах.
Две опубликованные в прошлом году работы, в которых пытались датировать самый большой импульс извержений из ловушек Декана, не совпадают на десятки тысяч лет - разница между самыми большими извержениями, происходящими до удара астероида, когда они могли повлиять на вымирание, или вскоре после этого, когда они не сыграли никакой роли в исчезновении.
Чтобы проверить последствия, Кьяренца и его коллега Александр Фарнсворт, климатолог из Бристольского университета, создали компьютерные модели климата Земли, как это было 66 миллионов лет назад. Они выполнили 14 различных сценариев, которые включали в себя воздействие астероида, ловушки Декана и два события вместе взятых. Моделирование предполагало, что уровень CO2 составляет от 560 до 1680 частей на миллион, что в четыре раза выше, чем сегодня. Ученые также приглушали виртуальный солнечный свет на 5-20% от уровня до удара.
В некоторых симуляциях Кьяренца и Фарнсворт также смоделировали кратковременные охлаждающие эффекты удара Чиксулуба, введя в сто раз больше пепла и аэрозолей, чем извержение горы Пинатубо, которое потрясло Филиппины в 1991 году. Чтобы отследить, как стихийные бедствия повлияли на динозавров, Кьяренца картировал из наиболее вероятных мест обитания древних животных с другой компьютерной моделью, основанной на данных о древнем климате и окаменелостях динозавров. Все модели показали, что ловушки Декана не могли вызвать вымирание динозавров. Долгосрочное потепление вулканов, вызванное не могло бы уничтожить динозавров; во всяком случае, это расширило территорию, на которой они могли бы комфортно жить. Новое исследование показывает, что даже самый экстремальный сценарий затемнения из «Ловушек Декана» не уничтожил экологическую нишу динозавров.
Сценарии удара астероида, однако, были совершенно ужасающими. В некоторых средние температуры на суше резко упали с более чем 20 ° C)до значительно ниже нуля, а количество осадков снизилось на 85-95%. Когда виртуальное воздействие Чиксулуба приглушило солнечный свет на 15 процентов и более, ни одна среда обитания нигде на Земле не могла поддерживать не-птичьих динозавров.
Глядя на новые данные, «становится вполне разумным, почему некоторые вещи вымерли», говорит Госвами. «На самом деле, удивительно, что все не так».
Модели исследовательской группы также выявили нечто неожиданное: «Ловушки Декана», возможно, действительно помогли восстановить жизнь, поскольку выбросы CO2 в вулканах притупили суровость зимы. «Это отличный поворот сюжета», - говорит Халл. «Я не думаю, что кто-то думал о вулканизме, делающем воздействие менее вредным. Это действительно удивительно. Недавняя работа предполагает, что ловушки Декана, вероятно, изверглись в струйке активности в течение сотен тысяч лет, вместо того, чтобы нанести сильный глобальный удар по экосистемам. В ноябре прошлого года группа во главе с Халлом обнаружила, что океаны Земли быстро окисляются в течение десятков тысяч лет после Чиксулуба - вероятно, в результате воздействия кислотных дождей после удара - но уровни pH в океане были стабильными в течение примерно 100 000 лет до удара, даже несмотря на то, что Ловушки Декана уже прорывались.
В последующем исследовании Халл показал, что за 300 000 лет до удара глобальные температуры постепенно повышались и опускались примерно до -15 градусов по Цельсию, что свидетельствует о повышении и понижении уровня СО2, но ничего такого экстремального, что это угрожало бы динозаврам. Есть также признаки, далекие от потоков лавы в Индии, которые указывают на роль ловушек Декана в содействии восстановлению жизни. В октябре прошлого года группа во главе с Тайлером Лайсоном, палеонтологом в Денверском музее природы и науки, открыла несколько мест в Скалистых горах, которые фиксируют постастероидную флору и фауну Северной Америки. Команда Лизона обнаружила, что в течение 100 000 лет после воздействия у экосистем не было многих типов жизни, но затем разнообразие млекопитающих и растений расцвело в импульсах, которые коррелируют с периодами умеренного потепления, в соответствии с выбросами CO2, которые могли испускать ловушки Декана.
Недавние исследования, говорит Лайсон, привели к захватывающей идее: «Декан как создатель, а Декан как разрушитель».