Радиоизотопные датировки подтвердили связь между падением Чиксулубского метеорита и усилением траппового вулканизма

Большинство специалистов считают падение Чиксулубского метеорита у полуострова Юкатан главной причиной массового вымирания на рубеже мела и палеогена. Однако в то же самое время на противоположной стороне земного шара, в Индии, происходило другое катастрофическое событие: формирование деканских траппов. Этот эпизод траппового вулканизма начался за несколько сотен тысячелетий до метеорита и вымирания, поэтому его роль в экологической катастрофе неочевидна. Новые датировки деканских лав, выполненные при помощи высокоточного аргон-аргонового метода, наряду с другими данными, показали, что после падения метеорита характер траппового вулканизма радикально изменился. Извержения стали редкими, но гораздо более мощными, а средний темп излияния магмы увеличился примерно вдвое. Новые данные согласуются с гипотезой о том, что сейсмическое воздействие метеорита привело к усилению траппового вулканизма. Усилившийся вулканизм, в свою очередь, мог не только внести важный вклад в само массовое вымирание, но и задержать начало восстановления биоразнообразия примерно на полмиллиона лет.

Спор о причинах великого вымирания на рубеже мела и палеогена продолжается уже много десятилетий. Предложенные гипотезы исчисляются сотнями, однако сколько-нибудь солидная доказательная база имеется лишь у немногих.

Гипотеза о связи вымирания с падением Чиксулубского метеорита (см. Chicxulub crater), предложенная Луисом Альваресом, поначалу была встречена многими палеонтологами в штыки (об этом подробно рассказано в книге К. Ю. Еськова «История Земли и жизни на ней», глава 12). Однако по мере накопления новых данных гипотеза Альвареса выглядит всё более убедительной. В частности, уточненные датировки момента импакта в сочетании с детальным анализом последовательности событий в отдельных морских и наземных экосистемах показали, что ключевые кризисные биотические события хронологически довольно точно совпадают с падением метеорита. С другой стороны, есть основания полагать, что многие экосистемы к тому времени по тем или иным причинам (в том числе из-за периодических резких похолоданий) уже находились в ослабленном, уязвимом состоянии (P. R. Renne et al., 2013. Time Scales of Critical Events Around the Cretaceous-Paleogene Boundary). Тем не менее в том, что Чиксулубский метеорит сыграл роль «спускового крючка» экологической катастрофы, большинство специалистов сегодня уже не сомневается.

Дело осложняется тем, что в момент мел-палеогенового вымирания на планете происходило еще одно катастрофическое событие, которое тоже могло бы претендовать на роль главной причины кризиса. На территории нынешней Индии разворачивался очередной эпизод траппового магматизма — формирование деканских траппов (рис. 1). О том, что такое трапповый магматизм и почему он может приводить к массовым вымираниям, рассказано в новости Связь массовых вымираний с вулканизмом получила новое подтверждение, «Элементы», 19.09.2011.

Главный аргумент против ведущей роли траппового магматизма в мел-палеогеновом вымирании состоит в том, что излияние деканских лав началось примерно за полмиллиона лет до вымирания (и до падения метеорита).

Однако в последние годы детальное изучение деканских траппов и геофизическое моделирование дали результаты, позволяющие предположить, что между метеоритом, траппами и вымиранием все-таки была тесная связь. Трапповый вулканизм, действительно начавшийся задолго до Чиксулубского импакта по чисто земным, внутренним причинам (см. Мантийный плюм), мог резко усилиться в результате сейсмического воздействия метеорита. Известно, что землетрясение в одной точке Земли может стимулировать вулканическую активность в другой. Энергии импакта было достаточно, чтобы вызвать извержения вулканов по всему миру и активировать уже имеющуюся «горячую точку» траппового вулканизма (M. A. Richards et al., 2015. Triggering of the largest Deccan eruptions by the Chicxulub impact).

В статье, опубликованной в свежем выпуске журнала Science, геологи из США и Индии приводят новые аргументы в пользу этой идеи. Авторам удалось с высокой точностью датировать образцы плагиоклазов из ряда последовательных слоев деканских лав при помощи аргон-аргонового метода (см.: Argon–argon dating). Возраст нескольких других слоев удалось определить ранее при помощи уран-свинцового датирования кристаллов циркона.

Авторы сопоставили полученные датировки с имеющимися оценками объема каждого слоя. Это позволило понять, как менялась со временем интенсивность извержений, то есть сколько кубических километров магмы в год извергалось на разных этапах формирования траппов. В итоге получилась следующая картина (рис. 2).

Формирование деканских траппов началось почти за 500 000 лет до рубежа мела и палеогена. На первых этапах траппового вулканизма, соответствующих подгруппам Калсубай и Лонавала, на поверхность извергалось в среднем по 0,4 км³ магмы в год. Извержения были сравнительно небольшими, но следовали друг за другом почти без перерывов. О наличии или отсутствии длительных пауз между извержениями можно судить, во-первых, по количеству прослоев железистых глин, которые образуются в результате выветривания и окисления поверхностного слоя застывшей магмы (Red Boles, рис. 2), во-вторых — по изменчивости палеомагнитных характеристик лавовых слоев, в которых запечатлены происходившие в то время флуктуации магнитного поля Земли (см.: Geomagnetic secular variation).

Рубеж мела и палеогена, совпадающий с моментом падения Чиксулубского метеорита, скорее всего соответствует границе между подгруппами Лонавала и Вай. В это время характер вулканизма резко изменился. Скорость поступления магмы на поверхность увеличилась (70% всего объема деканских траппов приходится на подгруппу Вай), а немного позже, в верхней части формации Поладпер (Poladpur), извержения стали более прерывистыми и катастрофическими. Они теперь происходили реже, чем раньше, зато каждое из них сопровождалось излиянием огромных объемов магмы. Хорошо известно, что такой режим вулканической активности гораздо опаснее для биоты, поскольку приводит к единовременному выбросу в атмосферу больших количеств вулканических газов (см.: Связь массовых вымираний с вулканизмом получила новое подтверждение, «Элементы», 19.09.2011). Трапповый вулканизм продолжался в таком режиме еще примерно полмиллиона лет после рубежа мела и палеогена.

Такая картина хорошо согласуется с гипотезой о том, что сейсмические волны, вызванные падением Чиксулубского метеорита у полуострова Юкатан, изменили характер траппового вулканизма на противоположной стороне земного шара. Авторы предполагают, что в основе этих изменений лежало слияние мелких магматических камер (см.: Magma chamber) в более крупные. Такое изменение структуры магматических камер на вершине мантийного плюма как раз и должно было привести к тому, что эпоху частых, но небольших извержений сменила эпоха извержений редких, но грандиозных (крупной магматической камере требуется больше времени для «перезарядки», зато и извержение получается более масштабным).

Эти предположения подтверждаются геохимическими данными. В ранних деканских лавах (подгруппы Калсубай и Лонавала) к мантийному веществу примешалась значительная доля вещества земной коры. Больше всего таких примесей в самом верхнем слое подгруппы Лонавала &mdsh; формации Буше (Bushe). Напротив, в лавах подгруппы Вай содержание вещества коры минимально. Это значит, что на поздних этапах траппового вулканизма магма встречала существенно меньше препятствий на своем пути к поверхности и меньше контактировала с породами коры. Это согласуется с предположением о разрушении перегородок между мантийными камерами в результате метеоритного сейсмического удара.

Таким образом, геологические данные подтверждают идею о том, что падение метеорита на территории нынешней Мексики могло изменить характер траппового вулканизма на территории нынешней Индии, причем изменить опасным для биоты образом. Это означает, что трапповый вулканизм все-таки мог внести существенный вклад в массовое вымирание. Кроме того, усиление вулканической активности, растянувшееся на полмиллиона лет, могло задержать восстановление биоты после кризиса.