О взаимосвязи импактных событий и траппового магматизма

Жизнь на Земле, возникнув около четырех миллиардов лет назад, развивалась неравномерно. Были моменты, когда она практически исчезала и начинала свой трудный путь заново, с другими животными и растениями, более приспособленными к новым условиям. Такие моменты называют великими или массовыми вымираниями.

Самое известное вымирание, раскрученное СМИ и Голливудом, произошло 66 миллионов лет назад, на границе мелового и палеогенового периодов, когда мезозойская эра сменилась кайнозойской. Тогда вымерли последние динозавры, а те, что все-таки сумели выжить, превратились в птиц. На арену вышли млекопитающие. Сильные изменения произошли в морях: границу кайнозоя не преодолели головоногие моллюски аммониты и белемниты, крупные пресмыкающиеся.

Но самое сильное вымирание, когда исчезло, как считается, до 75% всех сухопутных и до 95% морских видов, случилось 252 миллиона лет назад - пермский период палеозойской эры сменился триасовым периодом мезозоя. Что тогда стряслось, что послужило причиной этих поворотных событий, пока точно никто сказать не может. Существуют десятки гипотез: от метеоритной и вулканической до климатической и вирусной.

Вымирание в конце мелового периода связывают с падением десятикилометрового Чиксулубского метеорита на Юкатане. Однако не все палеонтологи согласны с метеоритной гипотезой. Некоторые выдвигают предположение, что основной причиной смены форм жизни были излияния магмы на Индостане, который в то время был еще островом. Индостан был залит прорвавшейся из глубин магмой - образовались так называемые траппы. Растительность, покрывавшая остров, выгорела. Магма и сгоревшие леса насытили атмосферу углекислым и сернистым газами, оксидами азота, сажей и пылью, произошло закисление океанической воды. Климат должен был кардинально поменяться. Это и привело к вымиранию неприспособленных к новым условиям животных и растений. Но что послужило причиной столь неожиданной трапповой активности? Что стало толчком к внезапному и одновременному извержению на огромных территориях?

А что запустило процесс вымирания на границе перми и триаса? Здесь также основной причиной называют образование траппов. Магмой была залита Восточно-Сибирская платформа, образовалось Среднесибирское плоскогорье. Причем основным районом магмоизлияния считаются окрестности Норильска (плато Путорана).

Но есть мнение, что и здесь спусковым крючком катастрофы был метеорит, размерами превосходивший Чиксулубский в несколько раз. Если диаметр Чиксулубского кратера определяют в 180 км, то поперечный размер предполагаемого кратера Земли Уилкса в Антарктиде оценивается в 500 км. Подтвердить ударную природу кратера, да и вообще удостовериться в его наличии пока довольно трудно - он скрыт под ледовым антарктическим щитом. Так неужели падение метеорита, пусть даже столь гигантского, может привести к вымиранию? Или все же виноваты геологические процессы? Спор в науке идет давно, и вряд ли восторжествует какая-то одна идея. Скорее всего, надо искать комплекс причин. Что мы и попробуем сейчас сделать.

Поставим мысленный эксперимент. Возьмем тазик с водой и в центр бросим камешек или другой массивный предмет. От места падения к краям тазика будут расходиться круги - ударные волны. Если предмет был брошен точно в центр, то волны, достигнув краев и отразившись от них, начнут сходиться к месту падения, где просуммируют свою энергию так, что вода выплеснется вверх.

А теперь представим шарообразное неоднородное тело, с жидко-твердым внутренним содержимым и более или менее твердой поверхностью-скорлупой, толщина которой сопоставима с падающим на этот шар ударным объектом (10-70 км). Под шаром имеется в виду, конечно же, наша Земля. Так вот, на матушку Землю падает с огромной скоростью достаточно большой метеорит или астероид. Ударная, расходящаяся по земной коре поперечная, подобная цунами, волна пойдет с разной скоростью, зависящей от строения и состава коры - океаническая она или континентальная. Кроме того, форма Земли отличается от идеального шара. И мы в праве ожидать схождения волн от удара не в диаметрально противоположной точке шара, а с небольшим смещением от нее. И это будет не точка, а некоторая область, размер которой зависит от вышеперечисленных причин. Эта область покроется сетью гигантских трещин и разломов, через которую будет поступать на поверхность магма, освободившаяся от гнетущего со стороны коры давления. Произойдет образование траппов.

Давайте посмотрим, где 252 миллиона лет назад располагалась Средняя Сибирь, а точнее Путорана, и где находился предполагаемый кратер Земли Уилкса в Антарктиде. Палеогеографическая реконструкция положения континентов и океанов в конце пермского периода показывает, что эти области были практически в диаметрально противоположных местах Земли. Земля Уилкса находилась вблизи южного полюса, на широте около 80 градусов, а Путорана - недалеко от северного полюса, на широте 70 градусов. Скорость прохождения ударной волны по континентальной коре Гондваны-Пангеи и океанической коре Палеотетиса и Панталассы была разной, что и привело к смещению точки схождения волны относительно диаметрально противоположной.

Теперь обратимся к более поздней, мел-палеогеновой катастрофе. Взглянем на карту Земли 66-миллионолетней давности. Атлантический океан уже достаточно расширился. Австралия постепенно начинает отделяться от некогда единой с ней Антарктиды и двигаться к частично покрытой океаном Азии. Место падения Чиксулубского метеорита расположено на широте около 30 градусов севера. Остров Индостан, отделенный от Африки и стремительно перемещающийся к южной Азии, отстоит на 30 градусов к югу от экватора. А по долготам два важных для нас района практически противоположны с небольшим смещением. Возникновение Деканских траппов именно на Индостане вновь можно объяснить разностью скоростей прохождения ударной волны по континентальной и океанической коре. Как и в случае катастрофы 252 миллиона лет назад, здесь короткое расстояние между местом импакта и трапповой провинцией занято материками и внутренними морями, а наибольшее - океанами. По океанической коре волна проходит быстрее, чем по континенту, примерно на 20%. Этот допуск мы видим и в приблизительно двадцатипроцентном смещении по долготе-широте для обоих случаев импакта.

Таким образом, причиной возникновения траппов (обычно объясняется некими мантийными суперплюмами, пробивающими земную кору) может быть действительно падение крупного космического тела - астероида. Правда, геологи и палеонтологи утверждают, что траппообразование Сибири проходило не одномоментно, наблюдается по крайней мере несколько волн излияния магмы. Получается, что в одно место падало несколько крупных астероидов? Вовсе нет. Падение огромного метеорита могло лишь ускорить процесс, стать спусковым крючком в растрескивании коры, и суперплюмы действительно могут играть здесь важную роль. Вот поэтому иные падения крупных астероидов практически не сопровождаются образованием траппов - просто в противоположных месту импакта районах суперплюмов нет. А значит, и избыточное магматическое давление тоже отсутствует, и образующиеся разломы и трещины не приводят к выходу магмы на поверхность. Размеры и частота растрескивания зависят также от энергии падения космического объекта, его массы и скорости. Возможно, что условия большинства известных импактных событий таковы, что растрескивания коры на противоположной стороне Земли не происходит.

Возникновение еще одной трапповой провинции Земли - южноамериканской и юго-западноафриканской - датируют приблизительно 132 миллионами лет (нижний мел). Какого-то существенного вымирания в то время учеными не установлено. А есть ли кратер от падения метеорита, приведшего к образованию этого траппового района? Если взглянуть на карту Земли того времени, то мы увидим, что противоположная точка к указанному трапповому району лежит в области Индокитая и Индонезии, либо на западной окраине древнего Тихого океана. Это очень активная сейсмическая и вулканическая зона. Вполне возможно, что следы метеоритного кратера навсегда исчезли в тектонических процессах. По крайней мере, в списках известных астроблем относящегося к тому времени и к тому району кратера пока нет. Кстати, отсутствие массового вымирания во время траппообразования Южной Америки и Африки говорит о том, что траппы не всегда являются причинами этих биолого-эволюционных процессов. Скорее всего, как уже упоминалось выше, следует рассматривать комплекс причин, как космических, так и геологических, приводящих к изменениям условий обитания. Не следует забывать также и о внутренних биологических причинах.

Подводя итог всему вышесказанному, можно с большой вероятностью утверждать, что одной из важнейших причин образования огромных трапповых областей на Земле могут быть падения крупных астероидов, размеры которых сопоставимы с толщиной земной коры, а энергии импакта достаточно для возникновения сильноамплитудных поперечных волн в коре, которые приводят к ее растрескиванию в противоположном от места падения районе земного шара. Кроме того, необходимо совпадение этого района с эпицентром мантийного суперплюма. Все эти катастрофические события, влекущие за собой изменения физико-химического состава атмосферы и океана и далее климата, вызывают грандиозные вымирания флоры и фауны на границах геологических периодов и эр. И вполне возможно, что где-то там, в далеком космосе летит к нашей планете пока не открытый огромный астероид, падение которого может привести не только к очередному вымиранию, но и к новому эволюционному толчку в развитии жизни на Земле.

Подробнее:

- о падениях метеоритов, траппах и массовых вымираниях https://harmfulgrumpy.livejournal.com/154921.html

- о траппах https://ru.wikipedia.org/wiki/Траппы

- о палеогеографии Земли http://www.scotese.com/earth.htm

- о крупных ударных кратерах Земли https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_ударных_кратеров_Земли

- о кратере Земли Уилкса https://ru.wikipedia.org/wiki/Кратер_Земли_Уилкса

- о скорости распространения сейсмоволн в земной коре http://www.seapeace.ru/oceanology/continents/697.html

- о массовых вымираниях https://ru.wikipedia.org/wiki/Массовое_вымирание

Сергей Беляков (2018 г.)