Гренландский кратер Гайавата оказался в четыре с половиной тысячи раз древнее

Недавнее исследование показало, что скрытый подо льдом ударный кратер Гайавата на северо-западе Гренландии образовался 58 млн лет назад, в позднем палеоцене. Раньше считали, что он намного моложе: его возраст оценивался примерно в 13 тысяч лет. Но судя по датированию зерен импактитов, вымываемых из кратера талыми водами, импактное событие — падение астероида или крупного метеорита, которое привело к образованию кратера, — произошло задолго до образования ледяного щита. Поэтому оно никак не могло стать причиной глобального похолодания и вымирания плейстоценовой фауны в позднем дриасе, 12,9–12,8 тысяч лет назад, как предполагали некоторые исследователи.

Кратер на северо-западе Гренландии был впервые обнаружен в июле 2015 года. Изучая данные радиолокационного зондирования, полученные в рамках Программы НАСА по оценке регионального арктического климата и операции IceBridge, исследователи заметили на самом краю ледника Гайавата круглую впадину диаметром 31 км (см. новость Огромный метеоритный кратер под льдом Гренландии образовался совсем недавно, «Элементы», 20.11.2018). Особенности рельефа впадины — локальные возвышенности вдоль всего края и несколько пиков в центре — однозначно указывали на импактную природу этой структуры.

Кратер хорошо сохранился, несмотря на чрезвычайно высокую эрозионную активность ледника. Отсюда исследователи первоначально сделали вывод о том, что кратер молодой с геологической точки зрения. Предположили, что он образовался уже после того, как лед начал покрывать Гренландию 2,6 млн лет назад, — возможно, совсем недавно, в конце последнего ледникового периода, примерно 12 тыс. лет назад. Это побудило некоторых ученых предположить, что кратер Гайавата связан с ударным событием, лежащим в основе гипотезы позднего дриаса.

Дело в том, что во многих местах Северного полушария в основании слоя, соответствующего позднему дриасу, находят тонкую прослойку с аномальной концентрацией углистого вещества, платины и иридия, наличием металлических сферолитов и включений наноалмазов, а также других минералов и соединений, свидетельствующую о том, что на рубеже плейстоцена и голоцена Земля пережила столкновение с небольшим астероидом или кометой (см. В Чили нашли аргументы в пользу импактной версии похолодания в позднем дриасе, «Элементы», 26.03.2019). Сторонники гипотезы считают, что удар болида вызвал обширное горение биомассы и спровоцировал начало импактной зимы — резкого глобального похолодания в конце плейстоцена, что привело к вымиранию позднеплейстоценовой мегафауны в Северном полушарии и упадку археологической культуры Кловис, представители которой были первыми жителями Американского континента.

До сих пор все заключения о возможном возрасте кратера Гайавата носили чисто умозрительный характер и основывались на косвенных признаках. Особенности морфологии — сглаженная форма приподнятых краев и относительно небольшая глубина (320 ± 70 м) для импактной структуры диаметром 31 км — предполагали два варианта. Либо это старый кратер, образовавшийся еще до оледенения Гренландии при ударе болида о свободную ото льда коренную породу; либо это относительно недавнее событие, при котором сила удара была погашена толщей льда. Моделирование показало, что в обоих случаях морфология кратера будет примерно одинаковой.

Попытки оценить возраст структуры на основе анализа темпов эрозии в регионе дали очень большой разброс. Коренные породы района, в котором находится кратер Гайвата, представлены плотными сиенитами и гнейсами возрастом от 1,985 до 1,740 млрд лет. Исходя из существующих моделей (G. S. Collins et al., 2010. Earth Impact Effects Program: A Web-based computer program for calculating the regional environmental consequences of a meteoroid impact on Earth), глубина свежего кратера такого диаметра в них должна составлять около 800 м. При скорости речной и ледниковой эрозии на уровне 10⁻⁵–10⁻² м/год получается, что для снижения кромки кратера на 500 м должно пройти от 50 тыс. до 50 млн лет.

Более точные датировки мог бы дать анализ отложений с поверхности кратера, но для этого надо пробурить во льду скважину глубиной более 900 м. Ученые из Дании, Швеции, США и Франции во главе с Куртом Кьером (Kurt Kjær) и Николаем Ларсеном (Nicolaj Larsen) из Копенгагенского университета решили пойти другим путем. Они собрали образцы песка и гальки, вынесенных субгляциальной (вытекающей из-под ледника) рекой, размывающей кратер (рис. 2). Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

В кварцевом песке, вымытом из кратера, авторы обнаружили зерна с признаками плоскостной деформации, свидетельствующими о сильном ударе. Структуры плоской деформации (PDFs — planar deformation features) не встречаются в минералах, сформировавшихся в естественной магматической среде. Их наличие — однозначный признак импактного события (рис. 3).

Пятьдесят зерен кварца с признаками ударного метаморфизма исследовали в Музее естественной истории Дании. Сначала их нагревали лазером до тех пор, пока из них не высвободится газ аргон, который уже подвергали изотопному анализу. Радиогенный ⁴⁰Ar образуется в результате радиоактивного распада изотопа ⁴⁰K (период полураспада 1,248 млрд лет), и по соотношению ⁴⁰Ar/³⁹Ar можно судить о времени преобразования пород. Значения возраста воздействия, полученные аргон-аргоновым методом по зернам ударного кварца, составили от 60,2 до 58,5 млн лет.

Кроме того, из гальки коренных пород авторы выделили зерна циркона (ZrSiO₄) — минерала, который традиционно используют для определения возраста методом уран-свинцового датирования, так как он содержит изоморфные примеси урана. Авторы отбирали кристаллы циркона двух типов: 1) прозрачные и недеформированные в первичных, неизмененных породах и 2) мутные, трещиноватые с признаками перекристаллизации в импактно-расплавленных породах (импактитах) (рис. 4). Их ученые использовали для датирования ударного события.

Результаты анализа, проведенного в Шведском музее естественной истории, показали, что определенный по соотношению ²⁰⁶Pb/²³⁸U возраст циркона в неизмененных породах составляет 1915 ± 8 млн лет, а в импактитах — 57,99 ± 0,54 млн лет. Авторы отмечают очень близкое соответствие датировок, полученных аргон-аргоновым и уран-свинцовым методами. Учитывая, что в последнем случае разброс значений был минимальным, они считают, что импактное событие, которое привело к образованию кратера Гайавата, с высокой долей вероятности имело место 58 млн лет назад.

Косвенным подтверждением того, что падение болида произошло именно в позднем палеоцене, а не в плейстоцене, служат и находки в зоне стока ледника Гайавата образцов гальки с частицами древесного угля, образовавшегося при пожаре, вызванном падением. Ячеистая структура углистого вещества указывает на принадлежность сгоревших деревьев к хвойным породам. Многочисленные палеоботанические данные указывают на то, что в позднем палеоцене в Арктике были широко распространены хвойные леса. А в плейстоцене Гренландия уже была покрыта ледниками.

Получив точный возраст кратера, авторы исследования попытались определить, какое влияние на региональный и глобальный климат, могло оказать данное импактное событие. В своей предыдущей статье (K. Kjær et al., 2018. A large impact crater beneath Hiawatha Glacier in northwest Greenland) они рассчитали, что для образования ударного кратера шириной 31 км в кристаллических породах типа гнейсов требуется около 3×10²¹ Дж энергии. Предполагая, что ударник был железным астероидом с плотностью 8000 кг/м³, а скорость удара составляла 20 км/с, они получили диаметр болида — 1,5 км.

После удара осталась чашеобразная впадина диаметром около 20 и глубиной около 7 км, которая в результате разрушения бортов практически сразу превратилась в кратер диаметром 31 км и глубиной 800 м с поднятием в центре. Моделирование показало, что при ударе расплавилось и испарилось до 20 км³ породы, примерно половина которой осталась внутри кратера, образовав пласт импактитов мощностью до 50 м, а еще половина — рассеялась в атмосфере. По всем параметрам это событие намного скромнее, чем произошедшее всего за 8 млн лет до этого, на границе мезозоя и кайнозоя, падение Чикшулубского астероида, спровоцировавшее массовое вымирание, когда с лица Земли исчезли все нептичьи динозавры. Но и оно, по мнению ученых, должно было оставить свой след в палеклиматической летописи.

Интересно то, что событие Гайавата совпадает по времени с периодом резкого похолодания на фоне общей тенденции к потеплению, сформировавшейся после катастрофических последствий удара Чиксулуба (рис. 6), а также с пиком значений δ¹³C, известным как палеоценовый изотопный максимум углерода (PCIM).

Рост δ¹³C обычно связывают с увеличением первичной продукции (прирост биомассы за единицу времени) или ускоренным захоронением органики. И в том, и в другом случае из оборота выводится легкий изотоп ¹²C, преимущественно накапливающийся в живых организмах (рис. 7).

Скорее всего, 58 млн лет назад имело место крупномасштабное захоронение органического углерода, каким-то образом связанное с глобальным похолоданием. Но какую роль в этой цепочке сыграло событие Гайавата, сказать пока трудно.

Источник: Gavin G. Kenny, William R. Hyde, Michael Storey, Adam A. Garde, Martin J. Whitehouse, Pierre Beck, Leif Johansson, Anne Sofie Søndergaard, Anders A. Bjørk, Joseph A. Macgregor, Shfaqat A. Khan, Jeremie Mouginot, Brandon C. Johnson, Elizabeth A. Silber, Daniel K. P. Wielandt, Kurt H. Kjær, Nicolaj K. Larsen. A Late Paleocene age for Greenland’s Hiawatha impact structure // Science Advances. 2022. DOI: 10.1126/sciadv.abm2434.

Владислав Стрекопытов