Геологи подтвердили причастность деканских извержений к вымиранию динозавров

Две группы ученых датировали извержения вулканов, которые, по одной из гипотез, стали причиной массового вымирания в конце мелового периода. Как рассказывается в паре статей, опубликованных (1, 2) в Science, у исследователей получились противоречащие друг другу результаты: в одном случае извержение бóльшей части вулканических пород и пыли произошло до вымирания, в другом случае — после вымирания. Поэтому вопрос с датировками по-прежнему остается открытым, но обе группы согласились в том, что извержения все же повлияли на массовое вымирание.

Мел-палеогеновое вымирание, которое произошло около 66 миллионов лет назад, было одним из пяти «великих массовых вымираний». Оно было не самым крупным, но, возможно, самым знаменитым, так как привело к исчезновению динозавров, а также многих морских и летающих рептилий. После вымирания освободившиеся экологические ниши заполнили птицы и млекопитающие.

Причиной вымирания чаще всего называют падение астероида диаметром 10-15 километров в Западном полушарии. Ученые нашли на полуострове Юкатан в Мексике и в Мексиканском заливе образовавшийся в результате кратер диаметром около 180 километров — после удара в воздух выбросило огромное количество вулканических газов и пепла, которые надолго закрыли Землю от попадания солнечных лучей. В результате температура на поверхности планеты упала. Нехватка солнечных лучей привела к исчезновению многих растений и фитопланктона, важнейшего звена пищевой цепи, после чего стали вымирать животные, которые ими питались.

По другой популярной гипотезе к такому апокалиптическому сценарию привели извержения вулканов, которые привели к образованию Деканских траппов в центре и на западе Индии. Это сложенные из базальта образования, похожие на лестницы, толщина которых превышает два километра. Деканские траппы являются одними из крупнейших магматических образований на Земле; они занимают площадь около 500 тысяч квадратных километров. По оценкам исследователей, извержения происходили на мел-палеогеновой границе (так называется граница раздела двух этих периодов в геологических слоях). Они могли продолжаться около 30 тысяч лет, 65-66 миллионов лет назад, в промежутке около миллиона лет. Предположительно, извержения могли повлиять на изменение климата, которое привело к массовому вымиранию, либо даже вызвать его. По одной из гипотез, извержения в Восточном и падение астероида в Западном полушарии были связаны. Сейсмическая энергия, которая образовалась при падении астероида, «запустила» извержение вулканов на Индостане. В результате в воздух попали огромные массы вулканических газов, приведшие к резкому изменению климата и исчезновению растений и животных.

И тут возникает вопрос хронологии событий. Согласно некоторым геохронологическим исследованиям, извержения, которые привели к образованию Деканских траппов, проходили в три этапа и около 80 процентов вулканических газов выбросило во время второго. Он начался примерно за 400 тысяч лет до  мел-палеогеновой границы, около 66 миллионов лет назад (по более детальной оценке 66,043 ± 0,011 миллионов лет назад). Некоторые исследователи считают, что второй этап извержений вызвал изменения климата в конце мелового периода. Те же, кто связывает начало извержений с падением астероида, предполагают, что выбросы 75 процентов произошли уже после начала палеогенового периода.

Как отмечают геологи из Калифорнийского университета в Беркли под руководством Пола Ренне (Paul Renne), проверить эти гипотезы невозможно, пока мел-палеогеновая граница не датирована в Деканских траппах стратиграфически. Ученые собрали образцы пород в Западных Гатах, горной цепи, которая образовалась в результате самых больших выбросов магмы. Они предположили, где проходила мел-палеогеновая граница по изменению морфологии лавовых потоков, по количеству выбросов и химическому составу магматических образований. Затем исследователи провели аргон-аргоновое датирование пород. Этот метод позволяет проанализировать образцы возрастом в десятки и сотни миллионов лет. Однако датировки, полученные аргон-аргоновым и другими радиоизотопными методами, могут немного расходиться, так что приходится немного их корректировать.

Авторы уточнили датировку мел-палеогеновой границы (66,052± 0,008/0,043 миллиона лет) и подтвердили период времени, в течение которого происходили извержения и выбросы более 90 процентов магмы — около миллиона лет, 65,422-66,413 миллионов лет назад. Но они опровергли предположение о том, что бóльшую часть пород выбросило до конца мелового периода. Судя по полученным ими результатам, более 75 процентов магмы выбросило либо во время мел-палеогеновой границы, либо уже во время палеогена. Тем не менее, авторы считают, что вулканическая активность все же повлияла на массовое вымирание. «Либо Деканские извержения не играли роли, а мы считаем, что это маловероятно, либо большое количество меняющих климат вулканических газов выделялось вместе с небольшим количеством магмы», — говорит ведущий автор исследования Кортни Спрайн (Courtney Sprain).

Другая группа ученых под руководством Блэр Шоен (Blair Schoene) из Принстонского университета, определили геохронологию извержения с помощью уран-свинцового датирования. Чтобы провести анализ, ученые искали в Деканских траппах циркон, минерал, в котором содержатся примеси редкоземельного урана и который обладает высокой механической и химической устойчивостью. Поэтому его часто используют в уран-свинцовом датировании. Этот метод позволяет очень точно определить возраст пород. Но циркон, содержащийся в породе, может образоваться не одновременно с ней, а раньше. Поэтому при расчетах и построении математической модели приходится это учитывать. В отличие от уран-свинцового метода, аргон-аргоновый метод позволяет определить возраст породы напрямую.

Исследователи из Принстона получили результаты, противоречащие данным ученых из Беркли. Извержения на Индостане происходили в четыре стадии и большая часть выбросов произошла в конце мелового периода и на мел-палеогеновой границе.

В результате ученые так и не решили вопрос, какая гипотеза правильнее, но зато построили более точные модели, с погрешностью в датировках не в миллионы, а в единицы и десятки тысяч лет.

Ранее ученые смоделировали резкое изменение климата на мел-палеогеновой границе и пришли к выводу, что падение астероида, помимо землетрясений, цунами и повышения вулканической активности привело к глобальному числу пожаров. В результате образовалось огромное количество сажи, частицы которой нагрелись и поднялись в тропосферу. Выброс огромного количества сажи вызвал на Земле 18-месячную ночь, резкое похолодание и практически полную остановку фотосинтеза, что и стало причиной вымирания многих видов животных.

Екатерина Русакова

В изначальной версии заметки была допущена ошибка. Деканские траппы не являются крупнейшими магматическими образованиями на планете. Сибирские траппы примерно вчетверо превышают их по объему и более чем в 10 раз по площади. Редакция приносит извинения читателям.