Автор Тема: Ордовикское оледенение могло начаться из-за аномального к-ва хондритовой пыли  (Прочитано 339 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн GASАвтор темы

  • Глобальный модератор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 6519
  • Карма: +33/-3
  • Андрей, г. Владимир
    • Просмотр профиля
    • Минералы для начинающих камневедов

Рис. 1. Ведущий автор исследования профессор Биргер Шмитц стоит в районе горы Киннекулле (Kinnekulle) на юге Швеции, у обнажения известняков ордовикского возраста, в которых регулярно находят метеориты. Фото с сайта lunduniversity.lu.se

Около 466 млн лет назад на Земле наступило ордовикско-силурийское оледенение — одно из трех великих оледенений палеозоя. Перестройка планетарной климатической системы привела к резкому повышению биоразнообразия. Но причина этих грандиозных событий в истории Земли до конца неизвестна. Новое исследование показывает, что глобальное похолодание в среднем ордовике могло быть вызвано большим количеством метеоритной пыли, осаждавшейся на Землю в течение двух миллионов лет после разрушения крупного хондрита в поясе астероидов.

В течение палеозойской эры средняя температура на планете менялась неоднократно. По меньшей мере трижды (на границах ордовика и силура, девона и карбона, карбона и перми) она опускалась настолько, что уместно говорить о наступлении на Земле в то время ледниковых периодов (рис. 2).

Самым сильным был период позднеордовикско-раннесилурийского оледенения (Late Ordovician glaciation, 460–440 млн лет назад), когда температура поверхности океана в тропической зоне была примерно на 5°C ниже, чем в наши дни (S. Finnegan et al., 2011. The Magnitude and Duration of Late Ordovician–Early Silurian Glaciation). Ледниковый щит на рубеже ордовика и силура покрывал большую часть северной и западной Африки, а толщина ледового покрова на территории современной Сахары (которая в составе суперконтинента Гондвана находилась в то время в южном полушарии) достигала 3 км.

Интересно позднеордовикско-раннесилурийское оледенение еще и тем, что его начало практически совпадает по времени с так называемым событием великой ордовикской биодиверсификации (great Ordovician biodiversification event, GOBE) — всплеском биоразнообразия, в результате которого всего за 40 млн лет характерная кембрийская фауна, возникшая в период кембрийского взрыва, сменилась палеозойской фауной, богатой фито- и зоопланктоном, животными-фильтраторами и пелагическими организмами. При этом резко выросло количество морских животных видов, а их таксонометрическое и морфологическое разнообразие, практически достигнув современного уровня, не менялось затем уже в течение всего палеозоя. Количество отрядов в этот период увеличилось вдвое, а семейств — втрое, появились первые наземные растения (рис. 3). Возросла и сложность морских экосистем, появились глубоководные экосистемы и сообщества коралловых рифов. И все это по последним данным произошло в течение одного только дарривильского века (467,3–458,4 млн лет, см. Darriwilian и статью A. Stigall et al., 2019. Coordinated biotic and abiotic change during the Great Ordovician Biodiversification Event: Darriwilian assembly of early Paleozoic building blocks).


Рис. 3. Фаунистическое разнообразие на протяжении фанерозоя. По вертикали — количество родов, по горизонтали — время в млн лет от наших дней. Голубым цветом показана кембрийская фауна, желтым — палеозойская фауна, коричневым — современная фауна, зеленым — микрофауна. Черной стрелкой отмечено событие великой ордовикской биодиверсификации. Рисунок из статьи A. Stigall et al., 2019. Coordinated biotic and abiotic change during the Great Ordovician Biodiversification Event: Darriwilian assembly of early Paleozoic building blocks

Для объяснения причин великой ордовикской биодиверсификации приводятся самые разные версии: увеличение тектонической и вулканической активности, изменение палеогеографических условий, изменение структуры питания и перестройка пищевых цепей (см., например, J. P. Botting, L. A. Muir, 2008. Unravelling causal components of the Ordovician Radiation: the Builth Inlier (central Wales) as a case study; T. Servais et al., 2008. The Ordovician Biodiversification: revolution in the oceanic trophic chain). Существует и «космическая» гипотеза, в соответствии с которой причиной ордовикской биодиверсификации стало глобальное похолодание, которое, в свою очередь было вызвано накрывшим Землю 467–466 млн лет назад метеоритным дождем и шлейфом космической пыли, образовавшимся от разрушения в зоне главного пояса астероидов между Марсом и Юпитером родительского тела L-хондрита размером около 150 км (B. Schmitz et al., 2007. Asteroid breakup linked to the Great Ordovician Biodiversification Event).

Основанием для такой гипотезы стало большое количество метеоритных обломков, близких по возрасту и составу (подавляющее большинство их относится к классу L-хондритов), найденных в Северной Америке, Швеции, России и Китае (см. картинку дня Ордовикские метеориты), а также многочисленных микрометеоритов (зерен метеоритного хромита) в одновозрастных осадочных породах.

То, что так называемое ордовикское метеоритное событие (Ordovician meteor event) имело место, в принципе, никто из ученых не сомневается. Это крупнейший распад астероида в пределах Солнечной системы за последние три миллиарда лет. До сих пор около трети всех метеоритов, падающих на Землю сегодня, являются следствием этого события. А вот с тем, что именно оно было причиной ордовикского всплеска биоразнообразия, согласны далеко не все (A. Lindskog et al., 2017. Refined Ordovician timescale reveals no link between asteroid breakup and biodiversification).

Тем не менее, сторонники «космической» гипотезы во главе с профессором Биргером Шмитцем (Birger Schmitz) из Лундского университета (Швеция) не сдаются. Недавно в журнале Science Advances вышла статья большого коллектива ученых из Швеции, США, Бельгии, США, России, Великобритании, Китая и Швейцарии, в которой они доказывают, что причиной радикальных изменений в геологической и биологической истории Земли в среднем ордовике было огромное количество космической пыли, на два миллиона лет заполнившей атмосферу Земли после ордовикского метеоритного события. Пыль препятствовала проникновению солнечных лучей к поверхности Земли, что привело к похолоданию (в течение двух миллионов лет средняя температура на планете опустилась на 10°C) и разделению на климатические зоны с различными условиями — от арктических в высоких широтах до тропических на экваторе (в кембрии климат был более или менее однородный по всей планете). Именно разделение на климатические зоны по мнению профессора Биргера Шмитца и его коллег и привело к всплеску биоразнообразия.

В этот раз ученые изучали не крупные метеориты или их обломки, а метеоритную (космическую) пыль. Пыль внеземного происхождения присутствует в атмосфере Земли постоянно, составляя около 1% от объема всей атмосферной пыли. Ежегодно на поверхности Земли в среднем оседает около 40 000 тонн космической пыли. Авторы поставили перед собой задачу доказать, что в период 467–466 млн лет назад этой пыли было аномально много. Для этого надо было, во-первых, эмпирическим путем замерить ее количество в древних породах (что весьма непросто) и, во-вторых, доказать, что эта пыль имеет внеземное происхождение.

Для поиска метеоритной пыли исследователи растворяли известняки дарривильского возраста в соляной кислоте. Породообразующий минерал известняков кальцит (CaCO3) в соляной кислоте растворяется полностью, а все примеси, включая метеоритную пыль, остаются. Пересчитав полученные физические объемы космической пыли, представленной зернами хромшпинелидов, на объем атмосферы, авторы сделали вывод, что 467–466 млн лет назад в атмосфере Земли было в 1000–10 000 раз больше пыли внеземного происхождения, чем сейчас, и что вся она имела L-хондритовый состав (рис. 4).


Рис. 4. Разрез среднеордовикских (дарривильских) известняков в южной Швеции. Более древние породы залегают в основании разреза, более молодые — сверху. Красной линией отмечено время ордовикского метеоритного события. Желтыми стрелками показаны изменения уровня моря, который определялся по фациальному составу известняков. До метеоритного события он был высоким (High), а после — начал снижаться (Falling) в связи с образованием ледниковых шапок в полярных областях. Белыми пунктирными линиями выделен горизонт известняков, образовавшихся в прибрежных условиях (в период, когда уровень моря был минимальным). Белыми стрелками показан состав метеоритной пыли в известняках: до метеоритного события это была редкая пыль в основном ахондритового состава, а после — обильная, более чем на 99% представленная гранулами L-хондритов. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

Для подтверждения того, что эта пыль имеет космическое происхождение, ученые сравнили ее состав с составом эталонных микрометеоритов, собранных в Антарктиде, и изучили ее изотопный состав. Особое внимание было уделено обнаружению изотопа 3He, который на Земле отсутствует, но зато содержится в солнечном ветре и межпланетном пространстве. Любой материал, поступающий из космического пространства на Землю, содержит 3He, проникающий в него на первые нанометры от поверхности. Обнаружение в известняках, обогащенных метеоритной пылью, изотопа 3He послужило для авторов достоверным доказательством ее внеземного происхождения. К тому же в слоях, обогащенных метеоритной пылью, были зафиксированы и повышенные содержания изотопа осмия 188Os, входящего в состав железных метеоритов (рис. 5).


Рис. 5. Распределение по разрезу дарривильских известняков зерен хондритовых хромшпинелидов (ЕС, количество зерен на кг породы), изотопа 3He (10−12 см3/г) и изотопного отношения 187Os/188Os. Серой пунктирной линией обозначено время ордовикского метеоритного события (то же, что красная линия на рис. 2); серый горизонт с индексом TS — тот же горизонт, который выделен белыми пунктирными линиями на рис. 2. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

Пример ордовикского метеоритного события показывает, что не все крупные внеземные воздействия в геологической истории являлись такими катастрофическими, как, например, падение Чиксулубского метеорита, с которым связывают начало мел-палеогенового вымирания, в результате которого с лица Земли исчезли динозавры (Радиоизотопные датировки подтвердили связь между падением Чиксулубского метеорита и усилением траппового вулканизма, «Элементы», 05.10.2015). Метеоритное событие среднего ордовика, наоборот, весьма благотворно сказалось на развитии биологического разнообразия, так как оно было не резким, а растянутым во времени. За два миллиона лет биологические виды успели эволюционировать и приспособиться к новым климатическим условиям.

Авторы считают, что их открытие влияния космической пыли на климат Земли может иметь весьма конкретное практическое применение. Возможно, не сейчас, но со временем человечество сможет найти способ, как с помощью увеличения содержания пыли в атмосфере остановить глобальное потепление. При этом они сами заявляют, что к этому способу борьбы с климатическими изменениями надо подходить с большой осторожностью, оценив все возможные последствия.

Однако если взглянуть трезво на результаты исследования, то получается, что в обсуждаемой работе доказано пока только то, что в течение двух миллионов лет на Землю оседал аномально высокий поток метеоритной пыли. Но то, что она все это время оставалась в атмосфере, блокируя поступление солнечных лучей к земной поверхности, не совсем очевидно. Вполне возможен и другой вариант развития событий (о котором вскользь упоминают сами авторы) — космическая пыль, оседавшая на поверхность океана, несла с собой много железа, являющегося питательным веществом для фотосинтезирующих микроорганизмов. Последние, бурно развиваясь в благоприятных условиях, связывали в процессе своей жизнедеятельности все больше углекислого газа из атмосферы. Связанный СО2 осаждался на дно океана в виде известковых илов (поэтому в этот период морские отложения представлены в основном известняками), а атмосфера Земли, теряя главный парниковый газ, постепенно охлаждалась.

Источник: Birger Schmitz, Kenneth A. Farley, Steven Goderis, Philipp R. Heck, Stig M. Bergström, Samuele Boschi, Philippe Claeys, Vinciane Debaille, Andrei Dronov, Matthias Van Ginneken, David A. T. Harper, Faisal Iqbal, Johan Friberg, Shiyong Liao, Ellinor Martin, Matthias M. M. Meier, Bernhard Peucker-Ehrenbrink, Bastien Soens, Rainer Wieler, Fredrik Terfelt. An extraterrestrial trigger for the mid-Ordovician ice age: Dust from the breakup of the L-chondrite parent body // Science Advances. 2019. V. 5. No. 9. DOI: 10.1126/sciadv.aax4184.

Владислав Стрекопытов https://elementy.ru/novosti_nauki/433543/Ordovikskoe_oledenenie_moglo_nachatsya_iz_za_anomalno_bolshogo_kolichestva_khondritnoy_pyli

Оффлайн GASАвтор темы

  • Глобальный модератор
  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 6519
  • Карма: +33/-3
  • Андрей, г. Владимир
    • Просмотр профиля
    • Минералы для начинающих камневедов


На фотографии — 8-сантиметровый метеорит. Он упал на Землю в середине ордовикского периода и пролежал вмурованным в известняк 470 млн лет, пока его вместе с десятками таких же метеоритов не обнаружили рабочие шведского карьера Торсберг (Thorsbergs stenbrott), рядом с горой Киннекулле (Kinnekulle). Ордовикские метеориты образовались в результате одной из самых грандиозных катастроф в истории Солнечной системы и могли повлиять на эволюцию жизни на Земле.

Ископаемые организмы буквально вездесущи, какую осадочную породу ни возьми. Так, рядом с метеоритом (на фото) присоседилась раковина наутилоидного моллюска (см. также Станция «Площадь ископаемых»). А вот ископаемые метеориты — это куда большая редкость. Метеориты даже совсем небольшого размера нечасто долетают до поверхности Земли — многим ли посчастливилось найти хотя бы один за всю свою жизнь? Наткнуться же на метеорит, упавший в древности на дно моря и затем погребенный осадками, — это всё равно что найти иголку в стоге сена.

Тем не менее на юге Швеции, в небольшом известняковом карьере Торсберг, ископаемые метеориты встречаются с ошеломляющей частотой. Их находят, когда камнерезные машины распиливают плиты известняка (он используется как отделочный камень во омногих шведских церквях и общественных зданиях).


Карьер Торсберг, в котором было найдено более сотни ордовикских метеоритов. Фото из статьи B. Schmitz et al., 2014. A fossil winonaite-like meteorite in Ordovician limestone: a piece of the impactor that broke up the L-chondrite parent body?

Местный коллекционер и геолог-любитель Марио Тассинари договорился с рабочими, чтобы те приносили ему все плиты с подозрительными инородными включениями. Таким путем за 20 лет в его руках оказалось более сотни метеоритов ордовикского периода диаметром от 1 до 21 см.


Шведский коллекционер Марио Тассинари (в центре) с ископаемым метеоритом из карьера Торсберг, 1992 год. Фото из статьи B. Schmitz, 2013. Extraterrestrial spinels and the astronomical perspective on Earth's geological record and evolution of life

Отличить ископаемый метеорит от обычного куска базальта можно по характерным хондрам — так называются затвердевшие капельки расплавленного вещества, на заре существования Солнечной системы летавшие в космическом пространстве и затем слипшиеся в более крупные объекты. Метеоритное вещество в ископаемых метеоритах почти полностью замещается земными минералами, а вот исходная структура в виде хондр сохраняется. Кроме того, от исходной начинки в ископаемых метеоритах остаются включения в виде минерала хромита.

Все метеориты, найденные в карьере Торсберг, упали на Землю за сравнительно короткий промежуток времени примерно в один-два миллиона лет. На этот же период приходится резкий рост концентрации микрометеоритов в осадочных породах. Микрометеориты — это небольшие обломки метеоритов размером в десятые и сотые доли миллиметра. Их ищут, растворяя известняк в соляной кислоте и затем пропуская его через сито. Обычно, чтобы найти 5 гранул метеоритного хромита, нужно растворить 380 кг породы. Но в породах, которые приходятся на означенный интервал, на один килограмм попадается 2–3 микрометеорита!


Гранулы метеоритного хромита. Слева — из среднего ордовика шведского карьера Hällekis; длина масштабного отрезка 100 мкм. Справа — из среднего ордовика на реке Лынна (Ленинградская область); длина масштабного отрезка 50 мкм. Фото из статей B. Schmitz, 2013. Extraterrestrial spinels and the astronomical perspective on Earth's geological record and evolution of life и A. Lindskog et al., 2012. A Russian record of a Middle Ordovician meteorite shower: extraterrestrial chromite at Lynna River, St. Petersburg region

Ордовикские известняки, обогащенные микрометеоритами, встречаются не только в Швеции, но и в других регионах — например, российские ученые под руководством Андрея Дронова из Геологического института РАН обнаружили их в береговом разрезе реки Лынна в Ленинградской области. Это открытие свидетельствует о глобальном характере метеоритного дождя, обрушившегося на Землю в середине ордовика — по своей интенсивности он на два порядка превосходил приток метеоритов в другие эпохи.


Отбор образцов для изучения микрометеоритов из отложений среднего ордовика на реке Лынна (Ленинградская область). Фото © Андрея Дронова

Подавляющее большинство ордовикских метеоритов относится к классу L-хондритов. Скорее всего, все они являются продуктами распада одного и того же гигантского астероида. Возможно, он развалился, когда в него врезался другой астероид. В карьере Торсберг был даже найден возможный обломок второго участника столкновения, близкий к метеоритам из группы винонаитов (см. Winonaite). Катастрофа произошла примерно 470 млн лет назад, после чего на Землю сначала попала щебенка из мелких метеоритов, а затем с некоторым запозданием стали падать и более крупные обломки. Один из них, диаметром около 600 м, упал 458 млн лет назад в северной Швеции, оставив после себя семикилометровый кратер Локне (Lockne).


Метеорит из карьера Торсберг необычного типа, не относящийся к группе L-хондритов. Возможно, он откололся от второго астероида, участвовавшего в столкновении 470 млн лет назад. Фото из статьи B. Schmitz et al., 2014. A fossil winonaite-like meteorite in Ordovician limestone: a piece of the impactor that broke up the L-chondrite parent body?

Обычно падение крупных небесных тел ассоциируется с вымираниями — вспомним о пресловутом астероиде, который, как известно даже школьникам, «убил динозавров». Однако в середине ордовика никто и не думал вымирать. Напротив, в это время происходит великий ордовикский всплеск биоразнообразия, когда в океане появляется множество новых жизненных форм, занимающих экологическую нишу фильтраторов, пелагических и бентосных организмов. Собственно, именно тогда жизнь, которая до сих пор ютилась вдоль побережья в мелководных морях, впервые осваивает весь мировой океан.

Была выдвинута гипотеза, что ордовикская метеоритная бомбардировка могла каким-то образом спровоцировать этот всплеск биоразнообразия. Но, конечно, нельзя исключить, что это было просто совпадением. Тем более, что рост разнообразия брахиопод, например, начался примерно за 2 млн лет до метеоритного дождя.

Кстати, когда будете в Эрмитаже, посмотрите под ноги. Полы в холле, там, где кассы, выложены красным шведским ортоцератитовым известняком. В XIX веке он добывался в той же местности, где располагается сейчас карьер Торсберг, и имеет тот же возраст, что и слой, богатый метеоритами. Кто знает, может быть посетители Эрмитажа, сами того не зная, из года в год истаптывают какой-нибудь ископаемый метеорит размером с горошину?

Фото из статьи B. Schmitz, 2013. Extraterrestrial spinels and the astronomical perspective on Earth's geological record and evolution of life.

Александр Храмов https://elementy.ru/kartinka_dnya/250/Ordovikskie_meteority?from=rxblock