Доказана связь кратера Чиксулуб с глобальной иридиевой аномалией на границе мела и палеогена
Гипотеза вымирания динозавров примерно 66 млн лет назад в результате падения астероида или крупного метеорита получила очередное весомое подтверждение. Обогащенный иридием переходный слой, зафиксированный по всему миру на границе меловых и палеогеновых отложений, найден теперь и в самом кратере Чиксулуб. По мнению авторов нового исследования, эта находка однозначно указывает на связь импактного события, в результате которого образовался кратер, с глобальной иридиевой аномалией, фиксирующей время массового вымирания на рубеже мелового и палеогенового периодов. Изучив последовательность отложений и геохимические индикаторы в переходном слое кратера, ученые с беспрецедентной детальностью восстановили хронологию катаклизма.
Примерно 66 миллионов лет назад, на рубеже мелового и палеогенового периодов, произошла экологическая катастрофа, ставшая причиной одного из пяти «великих» массовых вымираний. В результате него с лица Земли исчезли все нептичьи динозавры и многие другие морские и наземные организмы. Большинство ученых считают, что главным триггером мел-палеогенового вымирания стало падение на Землю небесного тела. Впервые такая гипотеза была высказана в конце 1970-х годов (см. Гипотеза Альвареса), и основывалась она на том, что во многих районах мира на границе осадочных отложений мела и палеогена геологи находят тонкий слой, обогащенный иридием и другими платиноидами, а также кобальтом и никелем (L. W. Alvarez et al., 1980. Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction).
Эти элементы имеют тенденцию концентрироваться в мантии и ядре Земли, а в осадочных породах, образующихся на поверхности, практически не встречаются. В то же время, они присутствуют в астероидах, метеоритах и кометах, состав которых, по мнению ученых, отражает первоначальное состояние вещества Солнечной системы.
В 1978 году была найдена и импактная структура, предположительно образовавшаяся около 66 млн лет назад в результате падения астероида диаметром около 10 км — кратер Чиксулуб в районе полуострова Юкатан на юге Мексики. Падение такого крупного тела, как считают ученые, вполне могло спровоцировать цепочку серьезных экологических изменений, ставших причиной массового вымирания (P. Schulte et al., 2010. The Chicxulub asteroid impact and mass extinction at the Cretaceous-Paleogene boundary).
Но не хватало последнего штриха, связывающего иридиевую аномалию с кратером Чиксулуб, — наличия обогащенного иридием слоя в самом кратере. Это позволяло противникам «астероидной» гипотезы предлагать альтернативные причины мел-палеогенового вымирания, главная из которых — массовые вулканические извержения на рубеже мела и палеогена, в результате которых сформировались Деканские траппы — крупная магматическая провинция, расположенная на плоскогорье Декан в Индии, одно из крупнейших вулканических образований на Земле (подробнее см. новость Основная причина мел-палеогенового вымирания — падение астероида, а не формирование Деканских траппов, «Элементы», 05.03.2020).
В 2016 году в рамках 364 экспедиции Международной программы изучения океанов (IODP — International Ocean Discovery Program) и Международной программы континентального научного бурения (ICDP — International Continental Scientific Drilling Program) с борта морской платформы L/B Myrtle в кольцевом поднятии кратера Чиксулуб была пробурена скважина M0077 глубиной 1335 м ниже уровня морского дна.
В интервале керна 616,24–617,68 м ученые обнаружили ярко выраженный переходный слой, обогащенный иридием и другими сидерофильными и халькофильными элементами, а также сульфидами никеля. Мощность слоя, которому было присвоено обозначение 1G, составляет около 75 см. Под ним располагаются турбулентные осадки, характерные для стоячих волн, таких как сейша и цунами, а выше — нормальные пелагические (глубоководные) известняки, образовавшиеся в палеогеновое время, уже после падения астероида.
На глубине 720 м и ниже находятся гранитоидные породы со следами ударного воздействия, а также отдельные горизонты ударно-расплавленных пород. Выше этой отметки, до 617,34 м, — 100-метровая толща обломочных импактитов (зювитов) и ударных брекчий, заканчивающаяся наверху переходным слоем, над которым уже расположены пелагические известняки (рис. 2).
Рис. 2. Последовательность пород в керне скважины M0077: розовым изображены гранитоиды, зеленым — прослои ударно-расплавленных пород, сиреневым — импактиты, серым — известняки. Геохимическое опробование выявило аномалию никеля в переходном слое 1G, расположенном в интервале 616,54–617,34 м. Распределение элементов (Fe, Si, Ca, S, Cr, Ni) у нижней и верхней границ переходного слоя изучено с помощью метода объемной рентгенофлуоресцентной спектрометрии (XRF) высокого разрешения. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
Сам переходный слой 1G, состоящий из серо-коричневых аргиллитов и перекрывающих их зеленых мергелей, образовался, по мнению авторов, в результате окончательного осаждения осадка, поднятого сейшами и цунами, а также атмосферной пыли.
Для первичной оценки распределения в слое 1G сидерофильных элементов, к которым относится иридий и остальные платиноиды, ученые выбрали в качестве индикатора никель. Результаты геохимического анализа показали, что в верхней и нижней частях слоя находятся интервалы отчетливого обогащения Ni > 100 ppm. В отдельных прослоях мощностью несколько миллиметров содержания этого элемента превышают 200 ppm. Коррелирует с никелем и содержание еще одного элемента-индикатора — хрома.
В нижнем интервале (от 617,32 до 617,34 м) положительные аномалии Ni сопровождаются самыми высокими концентрациями Re и Os и умеренно повышенными содержаниями Ir, Ru и Pd, а в верхнем (от 616,53 до 616,63 м), охватывающем кровлю аргиллитов и нижнюю часть зеленых мергелей, концентрация Ir максимальная — до 1 ppb. Это примерно на порядок выше, чем в среднем в континентальной коре (около 0,04 ppb), при том, что в остальной части слоя 1G содержание всех элементов находится примерно на уровне кларковых значений.
Речь идет о четко выраженной иридиевой аномалии, приуроченной к конкретному интервалу 616,55–616,60 м в верхней части переходного слоя, связанной с метеоритной пылью, в отличие от отдельных образцов с пиковыми концентрациями иридия (до 15 ppb), которые отмечаются в нижнем интервале слоя 1G скважины M0077, а также в других скважинах, пробуренных в континентальной части кратера.
Такие единичные пиковые пробы, в интерпретации авторов, могут быть связаны с сульфидной минерализацией, образовавшейся в результате активизации гидротермальной системы в ударном кратере (см. новость В течение миллиона лет после падения астероида под Чиксулубским кратером работала гидротермальная система, «Элементы», 25.06.2020).
Чтобы отделить геохимические максимумы иридия, никеля и других сидерофильных элементов, связанные с внеземным веществом, от сульфидной минерализации, авторы провели изотопный анализ осмия. Его результаты показали, что в нижнем интервале преобладает сульфидный материал. Это подтверждает и большое количество находок сульфидных минералов в основании слоя 1G и верхней части толщи импактитов (рис. 3).
Рис. 3. Детальный разрез переходного слоя 1G и геохимические профили Ir, Ni и изотопного отношения осмия 187Os/188Os. Цветные значки обозначают различные лаборатории, где выполнялись анализы. Иридиевая аномалия (показана голубым цветом) приурочена к самой верхней части слоя, где серо-коричневые аргиллиты сменяются зелеными мергелями (на квадратной врезке). Желтые шестиугольники рядом с колонкой керна — интервалы сульфидной минерализации (Sulfide intervals). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances
Авторы исследования считают, что иридиевая аномалия в целом сохранилась на своем месте, в интервале 616,55–616,60 м, а повышенная концентрация Ir в нижнем интервале и по всему слою 1G связана с его перераспределением в результате более поздних диагенетических и гидротермальных процессов в пористой и проницаемой толще пород, нарушенных ударным воздействием.
Исходя из того, что большая часть иридия осталась на месте, ученые оценили общий поток осаждения этого элемента в кратере Чиксулуб в 20 нг/см2. Для сравнения, в среднем по миру для иридиевого слоя на границе мела и палеогена этот поток оценивается на уровне 55 нг/см2.
Ученые объясняют это тем, что везде, кроме кратера Чиксулуб, иридий концентрируется в микроскопических сферолитах шпинели типа тектитов (подробнее о тектитах см. новость Найден источник австралийских тектитов — крупнейший за последний миллион лет метеоритный кратер, «Элементы», 20.01.2020). В отличие от импактитов, образующихся в результате ударного метаморфизма и остающихся в кратере, тектиты разлетаются на огромные расстояния от места падения метеорита или астероида. Они устойчивы к выветриванию и атмосферному воздействию, и в них лучше сохраняются элементы-примеси, в том числе иридий.
А в слое 1G, по мнению исследователей, иридий присутствует в виде наноразмерной пыли. Определить его минеральную форму не представляется возможным. Авторы предполагают, что эта пыль образовалась в результате мощного испарительного выброса, возникшего при контакте разогретого материала импактора с богатыми летучими веществами породами земной коры и затем осаждалась в течение нескольких лет (до 20 лет).
Завершилось импактное событие отложением зеленых мергелей, формирующихся в пелагических условиях со скоростью примерно 0,5 см/тыс. лет. Таким образом, на образование слоя мергелей мощностью около 3 см потребовалось около 6000 лет. После этого система полностью пришла в равновесие, и с этого момента начали отлагаться известняковые осадки, относящиеся уже к палеогеновому периоду.
Источник: Steven Goderis, Honami Sato, Ludovic Ferrière, Birger Schmitz, David Burney, Pim Kaskes, Johan Vellekoop, Axel Wittmann, Toni Schulz, Stepan M. Chernonozhkin, Philippe Claeys, Sietze J. de Graaff, Thomas Déhais, Niels J. de Winter, Mikael Elfman, Jean-Guillaume Feignon, Akira Ishikawa, Christian Koeberl, Per Kristiansson, Clive R. Neal, Jeremy D. Owens, Martin Schmieder, Matthias Sinnesael, Frank Vanhaecke, Stijn J. M. Van Malderen, Timothy J. Bralower, Sean P. S. Gulick, David A. Kring, Christopher M. Lowery, Joanna V. Morgan, Jan Smit, Michael T. Whalen, IODP-ICDP Expedition 364 Scientists. Globally distributed iridium layer preserved within the Chicxulub impact structure // Science Advances. 2021. DOI: 10.1126/sciadv.abe3647.
Владислав Стрекопытов
Рис. 1. А — палеогеографическая карта Земли на конец мелового периода (66 млн лет назад). Серым изображены горы, зеленым — равнины, голубым — шельф, синим — океан. Цветными значками обозначены места, где обнаружена иридиевая аномалия; форма значков обозначает размер аномалии, а их цвет — максимальное содержание иридия (в ppb — частях на миллиард). Двойной черный круг — кратер Чиксулуб. В — пример проявления иридиевой аномалии в районе Губбио в Италии: между двумя толщами известняка, палеогенового сверху и мелового снизу, расположен тонкий слой глинистых отложений, обогащенный иридием. Желтая линия показывает содержание иридия в породе (в ppb). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances