Зарождение жизни на фоне космической бомбежки

Ал Бухбиндер • 12 июня 2015
Жутковатую, но захватывающую картину развернули перед нами недавно два американских исследователя, Дэйвид Кринг из Аризонского университета и Барбара Коэн из Гавайского, в статье, опубликованной в «Журнале геофизических исследований. — Планеты».

    Если верить их результатам, основанным на анализе многочисленных геологических данных, собранных по всей планете, наша Земля и соседние с ней внутренние планеты Солнечной системы — Марс, Венера и Меркурий — около 3,9 миллиардов лет назад подверглись одновременной и чудовищной бомбардировке огромными осколками планетарного вещества — астероидами и метеоритами, которые буквально испещрили поверхность этих планет (и Луны) воронками-кратерами. Их число и размеры воистину трудно представимы. По оценкам авторов, только на Земле должно было образоваться до 22 тысяч кратеров диаметром более 20 километров. По меньшей мере 40 из них должны были иметь диаметр около 1000 километров, а несколько — свыше 5000 километров. Однако все эти кратеры сохранились только на Луне — на Земле они давно исчезли в результате произошедших с тех пор геологических процессов. По мнению авторов, большинство кратеров, и сегодня обнаруживаемых космическими зондами на южном полушарии Марса, тоже образовалось как раз в ту эпоху.

    По оценкам тех же авторов, вся эта бомбардировка продолжалась довольно небольшое — в астрономических масштабах — время, около 200 тысяч лет. С перерывами, разумеется, что означает, что столкновения Земли с астероидами таких размеров, как тот, что уничтожил динозавров, происходили в то время не каждый день, а «лишь» каждые 100 лет, в среднем. Можно представить себе, какие страшные катаклизмы то и дело сотрясали тогда нашу планету, как рвалась, кипела, пузырилась и пучилась ее едва затвердевшая кора, какие потоки лавы и магмы извергались наружу, как взметались и вскипали воды молодых океанов. Бррр… Подлинный ад. Как на нынешней Венере.

    Ученые давно уже предполагали, что такая космическая бомбардировка Земли и Луны (но не других внутренних планет) действительно происходила и что это имело место примерно 4 миллиарда лет назад. Но никто раньше не думал, что эта катастрофа накрыла всю внутреннюю часть Солнечной системы и была такой фантастически мощной. Причина этой недооценки состояла в том, что раньше специалисты полагали, будто Земля и Луна претерпевали тогда соударения с облаком комет, а поскольку размеры комет (и, соответственно, кинетическая энергия их удара) много меньше, чем у астероидов, то и масштабы бомбардировки представлялись менее значительными.

    Однако Кринг и Коэн, изучив образцы пород, доставленные космонавтами из лунных кратеров, убедились, что их химический состав соответствует содержанию изотопов не в кометах, а именно в астероидах, а также в метеоритах, находимых на Земле.

    Тот факт, что бомбежка была именно астероидной, существенно меняет картину. Как пишут авторы работы, бомбардировка астероидами должна была уничтожить все твердые породы и скалы, которые уже успели к тому времени сформироваться на Земле, чего не смогли бы сделать кометы. Это означает, что ученые не могут рассчитывать найти сегодня на Земле какие-либо скалы (или следы жизни, если она к тому времени уже возникла) старше 3,9 миллиардов лет, и любые сообщения о таких находках наверняка являются ошибочными. Такая мощная и длительная бомбардировка могла, в принципе, испарить все первичные океаны, так что они должны были образоваться заново.

    С другой стороны, пишут Кринг и Коэн, при ударе метеоритов и астероидов о Землю в них неизбежно возникали трещины, из которых выделялась горячая вода, насыщенная органическими молекулами, и такие трещины могли стать очагами предбиологических поцессов, которые привели к быстрому появлению жизни по окончании бомбардировки.

    Большинство биологов сходятся сейчас во мнении, что жизнь зародилась именно в горячей воде таких гидротермальных очагов. По мнению Кринга и Коэна, условия в трещинах метеоритов были настолько благоприятными для этого, что первые живые клетки могли появиться там уже через несколько сот тысяч лет после конца бомбардировки, то есть примерно 3,85 миллиардов лет тому назад. Эта дата, действительно, близка к возрасту обнаруженных в последние годы первых признаков жизни на Земле.

    Что могло быть причиной такой колоссальной по масштабам и охвату бомбардировки? Не исключено, что она стала результатом распада (под гравитационным воздействием Юпитера) еще одной, только лишь зарождавшейся планеты Солнечной системы, которая должна была двигаться по орбите между Марсом и Юпитером, там, где сейчас как раз и находится «пояс астероидов». По утверждению Кринга и Коэн, особенности наиболее типичных «небесных камней» из этого пояса, сталкивающихся с Землей в наши дни, подтверждают мысль о том, что «бомбами» давней космической бомбардировки были такие же камни, то есть именно астероиды.

    А теперь поговорим о более близких временах.

    К счастью, за прошедшие миллиарды лет пояс астероидов пришел в относительно равновесное состояние; астероиды в нем движутся по более или менее стабильным и известным орбитам, и вероятность столкновения Земли c чудовищным обломком стала ничтожной (хотя, как всякая вероятность, она не равна нулю; нулю равна лишь полная невозможность). Сегодня считается, что около Земли проходят орбиты, по меньшей мере, тысячи пятисот «небольших» астероидов, от нескольких сот метров до нескольких километров в диаметре, и вероятность того, что средний (по размерам) из них, диаметром этак в один километр, столкнется с нашей Землей в ближайшие 100 лет, оценивается от 1/4000 до 1/8600. Но это опять-таки вероятность, а вот совсем недавно, не далее как в январе нынешнего года, только что открытый (судя по его номеру) «ближний астероид» 2001YB5 диаметром в 300 метров «чиркнул» мимо Земли на расстоянии всего в два расстояния до Луны (а точнее — 830 тысяч километров). Пройди он на 830 тысяч километров ближе, он оставил бы на Земле кратер величиной с небольшой город.

    Что было бы, когда б на месте этого астероида был другой, величиной в 10 километров? Как говорят, хороший вопрос. Недавно в журнале «Сайентифик Америкэн» были кратко описаны последствия такого удара: образование кратера диаметром в сотни, глубиной в десятки километров; выброс в атмосферу примерно 21 тысячи кубических километров обломков (около 1700 кубических километров, из которых были бы вышвырнуты на орбиту со скоростью, в 50 раз пре-

    вышающей звуковую); образование волн цунами высотой до 90 метров на расстоянии в несколько сот и даже тысяч километров от места удара; общепланетарное землетрясение в 13 баллов по шкале Рихтера в эпицентре, что в миллион раз сильнее, чем самое мощное землетрясение, когда-либо зафиксированное в земной истории; наконец, наступление «ядерной зимы» — под непроницаемым покровом пепла и пыли температура даже на экваторе целых полгода держалась бы ниже нуля.

    Теперь мы можем прямиком перейти к теме нынешней заметки. Есть предположение, что такого рода события уже случались в относительно недавней истории Земли — во всяком случае, за последние 600 миллионов лет их было не меньше 60-ти. Даже самое малое из этих «больших» столкновений (которые сами не идут ни в какое сравнение с древнейшей космической бомбардировкой четырехмиллиардолетней давности) равнялось по мощности одновременному взрыву 10 миллионов мегатонн тротила. Немудрено, что многие ученые считают, что именно они-то и были причиной всех пяти больших, а также многочисленных малых биологических катастроф, происходивших на Земле за те же 600 миллионов лет (пять больших катастроф – это Ордовикская, 450 млн лет назад; Девонс-кая — 370 млн лет; Пермская — 250 млн; Триасовая — 210 млн лет и Меловая – 65 млн лет назад). К такому выводу толкает понимание того, что последствия таких ударов для живых существ на планете должны были быть, бесспорно, катастрофическими. Дело даже не в наступлении «ядерной зимы» или в геологических сотрясениях — многие живые виды, особенно морские, могли бы это пережить. Главная угроза таких ударов для земной жизни состоит в выбросе огромного количества токсичных газов, которые обязательно должны были образоваться при этом, — вот от них-то многое живое наверняка могло погибнуть. И действительно, в упомянутых «больших» биологических катастрофах всякий раз погибали 50-90 процентов всех биологических видов, существовавших в то время на Земле. Как не направить обвинительный палец в сторону космических столкновений?

    Верно, токсические газы выделяются также при всех больших вулканических извержениях. Но вулканические извержения способны были вызвать лишь медленное, постепенное вымирание живых существ, даже если это были такие мощные и продолжительные извержения, какие имели место в глубоком прошлом Земли, десятки и сотни миллионов лет назад (а геологи считают, что такие извержения иногда действительно охватывали территорию целых регионов земного шара, вроде Сибири или Деканского плоскогорья в Индии, и продолжались тысячелетия подряд!). Дело в том, что при извержениях концентрация токсичных газов нарастает постепенно. А между тем, по сегодняшним представлениям, главная общая особенность всех больших биологических катастроф состоит в их относительной стремительности. Гибель огромного числа видов происходила за весьма короткое (в геологическом масштабе) время.

    Впрочем, это качественное соображение не могло убедить сторонников вулканических катастроф, и спор их со сторонниками «гипотезы столкновений» о том, что же, в действительности, было причиной биологических катастроф, продолжался долгие десятилетия, с тех самых пор, когда в 1980 году отец (нобелевский лауреат) и сын Альваресы выдвинули эту гипотезу. В ту пору основанием для нее было только обнаружение в пластах соответствующего времени (речь шла об эпохе 65-миллионнолетней давности, о катастрофически быстром вымирании динозавров) богатых отложений иридия. Иридий, редкое вещество на Земле, заносится на ее поверхность космической пылью, но его отложения в пластах времен гибели динозавров были так велики, что можно было всерьез подумать о столкновении с космическим телом, при взрыве которого Земля за короткое время обогатилась огромным количеством иридия.

    Со временем накопились и другие подтверждения, и сегодня предположение, что динозавры погибли именно от удара астероида, а не от вулканических извержений, принято практически повсеместно. Но вот относительно других «больших» биокатастроф и, прежде всего той, что произошла 250 миллионов лет назад, на переломе Пермской и Триасовой геологических эпох, такого согласия уже нет.

    Однако в последнее время ситуация стала и здесь меняться в пользу гипотезы космических столкновений — в основном, в результате поисков дополнительных признаков таких столкновений. По убеждению ряда геофизиков, они должны были оставить на Земле определенные следы не только в виде избыточного иридия. Мощные столкновения должны были резко изменить структуру земных скал. Под воздействием внезапных ударных волн в скалах должны были образоваться характерные «ударные конусы». Далее, быстрое остывание расплавленных скальных пород должно было породить множество округлых, стеклоподобных «микросферулл». Содержащиеся в скалах железо и никель должны были спечься в железоникелевые зерна специфической формы. Поверхность Земли должна была покрыться толстым слоем сажи и пепла, и его следы должны были остаться в слоях соответствующей давности.

    Наконец, последний и особенно эффектный след космического столкновения должны были представлять собой так называемые фуллерены с захваченным в них космическим газом. Фуллерены — это полые шарики из 60-70 атомов углерода, открытые в 1985 году тремя исследователями, которые получили за это Нобелевскую премию по химии 1996 года. В 1993 году было показано, что эти полые шарики обладают исключительной способностью улавливать благородные газы — гелий, неон и аргон. Это породило мысль, что фуллерены могут служить еще одним признаком космического столкновения. Если в пластах определенной эпохи будет найдено множество фуллеренов, содержащих благородные газы в том соотношении, какое характерно для метеоритов и космической пыли, а не в том, какое характерно для Земли, это было бы доказательством, что в ту эпоху Земля претерпела стокновение с метеоритом или астероидом.

    И вот недавно это последнее предположение было, действительно, подтверждено, когда американские геохимики Поредо и Беккер исследовали окрестности известного метеоритного кратера на канадском берегу озера Онтарио и обнаружили там фуллерены с указанным «космическим» соотношением газов.

    Вооруженные всеми этими новонайденными приметами, специалисты уже составили нечто вроде таблицы всех обнаруженных ими за последние годы следов космических столкновений, начиная с эпохи, отстоящей от нас на 600 миллионов лет в прошлое. Пометив на той же таблице более или менее надежно установленные времена активной вулканической деятельности, они получили возможность более точно судить, чему приписать известные им биокатастрофы соответствующих эпох — вулканам или астероидам с метеоритами. Наибольший интерес вызвало обнаружение того факта, что в период самой большой, Пермско-Триасовой биокатастрофы, иногда именуемой еще «Великим Побоищем» (когда погибло, как считается, до 90 процентов тогдашних биологических видов), Земля была усыпана и сажей с пеплом, и фуллеренами с космическими газами, и иридиевыми осадками, и «потрясенным кварцем» с «микросферуллами» и железоникелевыми зернами. Все эти приметы заставляли думать, что Пермско-Триасова катастрофа

    тоже была следствием столкновения Земли с астероидом. Однако такой вывод нельзя было считать надежно доказанным, поскольку на тот же период приходится и самое огромное и затяжное во всей земной истории извержение сибирских вулканов, о котором мы упоминали выше.

    В таком состоянии проблема оставалась до самого последнего времени, но недавно в районе Беду, на северо-западе Австралии, был обнаружен засыпанный землей древний метеоритный (или астероидный) кратер, по размерам (200 километров в диаметре) превосходящий даже тот кратер на полуострове Юкатан (180 километров в диаметре), который считается остатком столкновения, погубившего динозавров. Возраст этого кратера в Беду был определен нашедшими его геологами в 200-250 миллионов лет, что вполне годится для объяснения «Великого Побоища». Метеорит или астероид, который мог породить такой огромный кратер, наверняка обладал достаточной массой и энергией, чтобы вызвать еще более страшную биокатастрофу, чем гибель динозавров. Так что не исключено, что ученым, действительно, удалось наконец-то найти второй случай биокатастрофы, вызванной метеоритом.

    Сторонники Альваресов могут потирать руки. Их оппоненты могут яростно возражать. Но у нас, простых смертных, от этих жарких научных споров почему-то пробегает холодок по спине. А ну как жахнет…