Удар астероида о Землю 66 миллионов лет назад в районе Мексиканского залива привел к образованию широко распространенного геологического слоя — границы K-Pg. Анализ изотопов рутения в этом слое и сравнение его с другими образцами позволили исследователям определить состав и установить происхождение космического тела.
На протяжении истории Земли неоднократно происходили массовые вымирания растений и животных. Последнее из них случилось 66 миллионов лет назад, когда погибло более половины всех видов, в том числе нептичьи динозавры. Это событие совпало по времени с завершением мелового периода и началом палеогенового.
Существует множество свидетельств, указывающих на то, что причиной смены геологических эпох и массового вымирания стал астероид диаметром около 10 километров, упавший на Землю. На поверхности планеты хорошо виден след от этого события — кратер Чиксулуб (Чикшулуб), расположенный в Мексиканском заливе и на полуострове Юкатан. В результате удара обломки были рассеяны по всему миру, что отражается в стратиграфии горных пород. Практически на всех континентах обнаруживается тонкий слой, характеризующийся повышенным содержанием металлов платиновой группы, которые достаточно редки на Земле. Геологи обозначают эту границу как границу K-Pg, или мел-палеогеновую границу.
Альтернативная гипотеза предполагает, что граница K-Pg возникла вследствие интенсивной вулканической деятельности, наиболее заметным проявлением которой являются Деканские траппы в Индии. Тем не менее, распределение элементов платиновой группы больше соответствует внеземному, а не вулканическому происхождению. Наличие внеземного материала в границе K-Pg подтверждается также изотопным составом хрома и обнаружением фрагментов метеорита в образцах, взятых из Тихого океана.
Специалисты из международной научной группы под руководством Марио Фишер-Гедде из Кельнского университета (Германия) провели исследование, чтобы определить, к какому типу астероидов мог принадлежать объект, вызвавший вымирание. Для этого они изучили изотопы рутения в образцах границы K-Pg. Их концентрация различается в метеоритах разного состава и отличается от земных значений, что позволяет установить внеземное происхождение. Результаты опубликованы в Science.
Содержание изотопов рутения в метеоритах напрямую зависит от того, насколько далеко от Солнца сформировался их родительский астероид. Метеориты классифицируют на два основных класса по составу: углистые хондриты и неуглистые (включая железные). К последним относятся наиболее распространенные каменные метеориты, обнаруженные на Земле. Родительскими телами для них являются астероиды S-класса, образовавшиеся во внутренней части Солнечной системы, в том же месте, где возникли каменные планеты. Изотопный состав рутения у них незначительно отличается от земного. Углистые хондриты демонстрируют более выраженные отличия, однако внутри этого класса наблюдается значительное разнообразие. Предполагается, что они происходят из астероидов C-класса, сформировавшихся на большем удалении от Солнца, за орбитой Юпитера.
Авторы провели сравнение изотопного состава образцов, взятых из ударных пород фанерозойского возраста (до 540 миллионов лет), архейского периода (3,5–3,2 миллиарда лет), и фрагментов двух углистых хондритов.
Анализ изотопного состава рутения на границе K-Pg показал его однородность и сходство с составом, характерным для углистых хондритов. Это свидетельствует о том, что источник этих изотопов – каменный астероид класса C, сформировавшийся во внешней области Солнечной системы и столкнувшийся с Землей в конце мелового периода. Данное открытие противоречит гипотезу о кометном происхождении кратера Чиксулуб.
Изотопный состав пяти образцов фанерозойского возраста был более близок к астероидам S-класса, происходящим из внутренней части Солнечной системы, в пределах орбиты Юпитера. Архейские образцы, в свою очередь, содержали внеземное вещество, принесенное астероидами класса C, которые бомбардировали планету на этапе аккреции.