Экспедиция в кратер Чиксулуб показала, как «убийца динозавров» изменил Землю

Астероид, который привел к гибели динозавров, врезался в Землю с силой, в миллиард раз превышающей мощность атомных бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки. Такова официальная точка зрения. Многие полагают, что это столкновение привело к массовому вымиранию, уничтожило динозавров на суше и множество форм жизни в океанах. Но есть один нюанс, который мешает нам узнать наверняка, как и действительно ли это случилось: кратер Чиксулуб, оставленный астероидом, похоронен под толстым слоем осадочных пород.

В начале этого года в ходе экспедиции к месту у побережья Мексики ученые заполучили образцы горных пород, пробурив до твердых внутренних хребтов кратера — известных как «кольцо пиков» — на глубине 1300 метров ниже морского дна. Первый анализ этих образцов пролил новый свет на то, как могло образоваться это кольцо.

Он также показал, как столкновение сделало породы пикового кольца более пористыми. Это важно, потому что богатые питательными веществами пористые породы создают хорошие условия для простых форм жизни. Поэтому место падения в Чиксулубе может показать нам, как другие астероиды, которые падали на Землю раньше, помогли сформировать нужные условия для развития жизни. Однако есть так много других факторов, которые повлияли на происхождение жизни, что нам нужно быть осторожными в заключениях по одному исследованию.

Новая работа под руководством профессора Джоанны Морган из Имперского колледжа в Лондоне, опубликованная в журнале Science, пытается объяснить, почему в пределах кратера находится концентрическое кольцо горных пиков. Кратер Чиксулуб — единственный на Земле, имеющий кольцо пиков. Поэтому исследователи также заручились наблюдениями Венеры, Марса и Луны, чтобы укрепить свою теорию.

Они утверждают, что все говорит в пользу так называемой «модели динамического коллапса» формирования кольца пиков. Согласно этой модели, первоначальный удар толкнул породы вниз, а затем обратно, после чего те вышли на поверхность в виде центрального пика. Затем он коллапсировал, вытолкнув породы из глубокой коры и перекрывающихся осадочных слоев, создав таким образом кольцо пиков.

Это контрастирует с другой моделью, известной как модель расплава полости, которая менее согласуется с фактическими данными из кратера Чиксулуб. Во второй модели центральная часть ударного кратера стала такой горячей, что расплавилась, и это привело к появлению кольца пиков с помощью процессов, которые пока определены не полностью.

Данные из образцов бурения включают прямое физического доказательство высокого уровня шока и температуры, которые воздействовали на породы. Эти особенности были бы невозможны в поверхностных породах Земли без чрезвычайных событий вроде удара астероида. Они также не являются частью процессов тектоники плит, которые протекают при более низких температурах и давлениях, чем те, которые могли бы объяснить шок материалов.

Новое исследование помогает нам понять, что произошло в этой области через несколько минут после удара. Слой осадочных пород, покрывающих более глубокую кору, был сильно нарушен. В некоторых местах на осадочных породах лежат породы из глубокой коры, которые могли оказаться там только в случае мощнейшего удара и воздействия высоких энергий.

Такого рода удары играют важную роль в изменении пород планет или лун, поскольку вертикально смешивают материалы коры. Поэтому мы можем предположить, что удары астероидов играли важную роль в ранних историях планет, включая и Землю. В новой работе даже кратко упоминается, что это исследование могло бы помочь нам понять процессы, которые привели к появлению жизни на нашей планете.

Морган отмечает, что делая горные породы Земли более пористыми, астероиды могли помочь создать среду, благоприятную для развития первых организмов. В частности, эти пористые породы могли бы содержать питательные вещества из циркулирующей воды, которая нагревалась в земной коре.

Впрочем, существуют большие пробелы в объяснении того, как жизнь могли бы быть создана с помощью неорганических процессов на планетарных телах. Знаменитые эксперименты Стэнли Миллера в 1950-х показали, что аминокислоты могли бы появиться в ходе высокоэнергетических событий (типа удара молнии) в присутствии диоксида углерода, метана, водорода и азота, которые можно найти на поверхности Земли.

Миллер соединил серию стеклянных колб и пустил по ним четыре химических вещества, которые могли присутствовать на ранней Земле: кипящая вода, газообразный водород, аммиак и метан. Затем он подверг газы многократному воздействию электрического тока, чтобы имитировать удары молнии, которые были обычным явлением на Земле в те времена.

Миллер обнаружил, что «вода во флаконах стала значительно розовее после первого дня, а к концу недели раствор стал красным и мутным». Очевидно, образовалась смесь химических веществ.

Проанализировав смесь, Миллер обнаружил, что в ней есть две аминокислоты: глицин и аланин. Аминокислоты часто называют строительными блоками жизни. Они используются для образования белков, которые управляют большинством биохимических процессов в наших телах. Миллер сделал два важнейших компонента жизни буквально с нуля.

Результаты были опубликованы в престижном журнале Science в 1953 году. Юри поступил весьма необычно для старших ученых, сняв свое имя с работы и отдав все лавры Миллеру. Несмотря на это, исследование часто называют «экспериментом Миллера — Юри».

Тем не менее, поскольку Земля не имела озонового щита в ранней своей истории, который защитил бы жизнь от ультрафиолетового света, многие пришли к мнению, что жизнь сформировалась в глубинах океана. Современные извержения вулканов глубоко на дне океана производит выбросы, которые поддерживают минеральные сообщества организмов и обеспечивают потенциальное альтернативное место для первой жизни.

В 1977 году группа под руководством Джека Корлисса из Университета штата Орегон погрузилась на 2,5 километра в восточной части Тихого океана. Они изучали Галапагосские горячие источники в местах, где с морского дна поднимались высокие хребты. Эти хребты были вулканически активными.

Корлисс обнаружил, что эти хребты были буквально усеяны горячими источниками. Горячая, обогащенная химическими вещества вода поднимается из-под морского дна и струится через отверстия в скалах.

Невероятно, но эти гидротермальные источники были густо населены странными животными. Там были огромные моллюски, мидии и кольчатые черви. Вода также была густо пропитана бактериями. Все эти организмы жили на энергии гидротермальных жерл.

Открытие этих источников сделало Корлиссу имя. И заставило задуматься. В 1981 году он предположил, что подобные жерла существовали на Земле четыре миллиарда лет назад и что они стали местом происхождения жизни. Он посвятил львиную долю своей карьеры изучению этого вопроса.

Корлисс предположил, что гидротермальные источники могли создавать коктейли химических веществ. Каждый источник, говорил он, был своего рода распылителем первичного бульона.

По мере того, как горячая вода текла через скалы, тепло и давление приводили к тому, что простые органические соединения сливались в более сложные, такие как аминокислоты, нуклеотиды и сахара. Ближе к границе с океаном, где вода была не такой горячей, они начинали связываться в цепочки — формировать углеводы, белки и нуклеотиды вроде ДНК. Затем, когда вода подходила к океану и остывала еще больше, эти молекулы собирались в простые клетки.

Это было интересно, теория привлекла внимание людей. Но Стэнли Миллер, эксперимент которого мы вспомнили выше, не поверил. В 1988 году он писал, что глубоководные жерла были слишком горячими.

Хотя сильное тепло может привести к образованию химических веществ вроде аминокислот, эксперименты Миллера показали, что оно также может и уничтожить их. Основные соединения вроде сахаров «смогли бы выжить пару секунд, не больше». Более того, эти простые молекулы вряд ли связались бы в цепи, поскольку окружающая вода мгновенно их разорвала бы.

Осталось только найти доказательства, уверенно говорящие в пользу одной или другой теории.