Хотя общая картина гибели динозавров давно связывается с падением астероида, как именно это случилось — все еще не ясно. Значительная часть, если не большинство этих существ были покрыты перьями и теплокровны, то есть, как и птицы (биологически — беззубые динозавры), имели высокие шансы выжить. Тем не менее этого не случилось, и авторы новой работы дали возможность понять почему.
Naked Science подробно описывал события, вызвавшие вымирание динозавров, в отдельном тексте: взрыв от падения Чиксулубского астероида имел, судя по кратеру, мощность порядка 100 миллионов мегатонн. Взрывная волна от него не только обошла земной шар вокруг, но и вызвала беспрецедентное всепланетное цунами. Однако ни это, ни пошедший после этого с неба «огненный дождь» из выбитых из Земли и вылетевших в космос обломков, падающих обратно на планету, сами по себе не могли бы вызвать массового вымирания видов.
Ситуация с мощными взрывами астероидов, убивающих много живых существ, встречается в природе регулярно. Например, 0,8 миллиона лет назад падение крупного астероида дало взрыв в миллион мегатонн, порядка одной сотой от Чиксулуба. Примерно тогда же численность человечества упала сразу в 100 раз. Аналогичные события были и с другими видами той поры, но никакого массового вымирания не наблюдалось. Иными словами, прямая гибель множества особей тех или иных видов еще не означает вымирания этих самых видов.
В случае гибели динозавров это правило тоже явно работало: птицы, по современной классификации, — тоже динозавры, только, в отличие от их вымерших родственников, лишенные зубов. Однако то, почему именно виды с зубами тогда получили столь серьезный удар, остается не вполне ясным.
Новая работа, вышедшая в журнале Nature, показывает события с ранее неизвестной стороны. До сих пор при расчете астероидной зимы, вызванной подъемом в атмосферу пыли от взрыва на 100 миллионов мегатонн, ограничивались учетом диоксида серы и некоторых других соединений. Хотя они эффективно блокируют нагрев нижних слоев атмосферы солнечными лучами, но количество серы в земных породах не столь велико.
По расчетам, такого «одеяла» должно было хватить на зиму — пусть и морозную, но не не слишком длительную, всего в несколько лет. Затем температуры должны были вырасти. Авторы нового исследования подошли к проблеме с другой стороны: они рассчитали, какой будет судьба выбитых из планеты силикатных пород, куда более массовых, чем сера.
Ученые обнаружили в отложениях в Северной Дакоте, в слоях, относящихся к периоду сразу после взрыва, большое количество микрочастиц диоксида кремния, образующегося из силикатных пород после сверхмощных взрывов. Размеры этих микрочастиц — от 0,9 до 8,0 микрометра, при среднем диаметре частиц в 2,9 микрометра.
Далее исследователи попробовали на этой основе посчитать, какое влияние могла оказать пыль с такой высокой концентрацией на климат Земли после Чиксулубского события. Оказалось, в силу малых размеров частиц она могла оставаться в атмосфере примерно 15 лет. Только ее одной хватало для снижения глобальных температур на величину до 15 °C на протяжении долгих лет. А в первые два года, когда концентрация пыли была самой высокой, фотосинтез должен был остановиться по всей планете.
При этом влияние частичек диоксида серы, выброшенных в атмосферу чиксулубским взрывом, хотя и было более сильным первое время после катастрофы, уже через восемь лет падало до очень малых величин (частицы диоксида серы быстрее осаждаются вниз за счет большего удельного веса и других параметров). То есть, если первый, самый мощный, удар дали именно оксиды серы, то особую, беспрецедентную для астероидных взрывов меньшей мощности, длительность астероидной зиме придал именно диоксид кремния в воздухе.
Все это создает несколько иную картину случившегося. Даже если какие-то динозавры с зубами пережили первые несколько лет астероидной зимы за счет поедания мертвой (два года без фотосинтеза) растительности, то затем их ждало новое испытание — десятилетие продленной астероидной зимы несколько меньшей интенсивности.
В таких условиях покрытосемянные и голосеменные из мелового периода не имели шансов на успешный рост. Об этом же говорят следы так называемого папоротникового слоя, встречающегося сразу после Чиксулубского события по всей Земле. Папоротники могут расти даже в условиях дефицита света и бедности почв. Однако их длительное — как минимум десятки лет — доминирование означало, что большинство наземных видов растительноядных динозавров было обречено на вымирание. Папоротники достаточно токсичны для большинства крупных организмов.
В этих условиях птицы, чьи яйца имеют цикл развития в считаные недели, могли приносить потомство и даже успевать его высидеть до неизбежной миграции в новое место в поисках пищи. Динозавры с зубами имели время высиживания яиц во многие месяцы (развитие зубов у эмбрионов занимало много времени) и оказались, как мы уже отмечали, в намного более тяжелой ситуации. По всей видимости, продленный характер астероидной зимы был одним из факторов, полностью блокировавших выживание этой некогда доминирующей группы крупных наземных животных.