Космический импакт и биосфера.

[AlexAV]

В течение всей своей геологической истории Земля время время от времени встречалась с малыми телами солнечной системы. Мелкие тела производили лишь локальные эффекты, но последствия столкновения с крупными могли быть куда более значимы в плане эволюции биосферы. Соответствено весьма интересно какое воздействие как по механизму так и по характеру они могли иметь для биосферы.

При рассмотрение этого вопроса естественно сразу вспоминается К-Т вымирание. Всё же к этой границе весьма плотно примыкает крупнейший (из достоверных) кратер фанерозоя Чиксулуб, образованный 10 км астероидом. Был ли это единственный (или даже значимый) фактор вымирания - вопрос спорный. Но сам импакт точно был.  И это позволяет сделать какие-то оценки о его последствиях, т.е. что могло было быть, а что точно не могло (каждая теория должна объяснять не только почему кто-то вымер, но и почему кто-то выжил ).

Ранние работы акцентировали внимание на астероидной зиме. Но здесь, как я понимаю, есть огромная проблема в том, что многие экосистемы гарантированно уязвимые к низким температурам, скажем тропические пресноводные водоёмы, фактически не пострадали (в пресноводных водоёмах тогда вымирания не было вообще). Т.е. похоже никакого значимого похолодания попросту не было.

Сейчас же акцент сместился на другой специфический эффект столкновения, глобальный и достаточно разрушительный -  тепловой шок . В чём суть . При ударе большое количество вещества выбрасывается на балистические траектории откуда падает обратно. Естественно эти обломки (в основном пыль и мелкие капли расплава) до поверхности не долетают, однако выделяющаяся при их взаимодействие энергия нагревает мезосферу до 800-1100 градусов. Эта энергия там переизлучается и падает на поверхность, создавая тепловой поток порядка 10 кВт/м2. Этого достаточно чтобы убить животное вне укрытия или поджечь растительность. Такой фактор куда лучше объясняет наблюдаемую селективность вымирания.

Собственно тема о моделях и гипотезах воздействия астероидов на биосферу.

P.S. На К-Т границе есть ещё одно интересное образование - кратер Шива. Если он астероидный (что пока не подтверждено), то его должно было бы образовать тело в 40 км. Если это так, то тут уже вопросы надо задавать не почему кто-то вымер, а почему вообще кто-то выжил. С другой стороны, если окажется так, то надо будет признать чрезвычайную устойчивость биосферы к импактным событиям.

[Nucleosome]

кстати, а как отличают ударный кратер от неударного?

Такой фактор куда лучше объясняет наблюдаемую селективность вымирания.

да, но есть и вымирание морских организмов, оно вряд ли могло быть вызванно этими причинами. кроме того, нет значимого вымирания насекомых, которые как летуны должны были пострадать. правда они могут спрятаться, что многотонным тушам было сложно

[AlexAV]

кстати, а как отличают ударный кратер от неударного?

Главным образом некоторыми минерологическими аномалиями, прежде всего наличием ударного кварца, образующегося только в условиях свервысоких давлений (т.е. ударных волн экстремальной интенсивности).

да, но есть и вымирание морских организмов

Море -  вопрос отдельный. Там вымирание попросту плохо согласовано по времени с импактом. Вымирание в море началось до столкновения и похоже связано с Деканским траппом (корреляция между трапповыми извержениями и морскими вымираниями более-менее достоверна, тут есть ещё более яркий пример - величайшее пермское вымирание, там кроме траппов вообще ничего не потребовалось).

нет значимого вымирания насекомых

Их много и они мелкие. Убить всех до одного весьма непросто. Хотя вроде как какие-то странные флуктуации в этой части были и здесь: http://www.pnas.org/content/99/4/2061.full . На основание косвенных признаков (характер повреждения листьев) пишут, что насекомые тоже очень сильно пострадали, т.е. имело место сильное сокращение видового разнообразия. Другой вопрос, что сохранились практически все таксоны высокого ранга...

[ВадимZero]

А как насчет мега цунами?

[Константин ВАРБ]

Не знаю почему, но мне очень мало верится в возможность прямого столкновения Земли с крупным небесным телом. Земля достаточно массивна, скорее это будет падение, типа Тунгуска или Челябинск, даже если тело будет более крупным. Атмосфера Земли достаточно тонка, а гравитация высокая, так что повышение размера от 5 до 100 км повысит эффект в разы но не на порядки. Современной атмосфере и биосфере силикатные тела неспособные «пробить» земную кору, неприятны, но не страшны, и в фанерозой, по видимому, таких тел не падало. На Марсе все вулканы (5 шт), вероятно следствие возбуждения мантии от крупных импактов «пробивших» кору.
Мне кажется, что при более плотной атмосфере будет несколько более серьёзное воздействие.

ИМХО: Представить себе динозавров на планете с давлением 1 бар я не могу, а гигантских архаических стрекоз тем более.    

Падение силикатного тела без «пробития» коры на глобальной биосфере скорее никак не скажется.
А вот падение крупной кометы может вызвать, на интуитивную прикидку, как и серьёзное вымирание типа Перми, так и Кембрийский взрыв. 

Ну, а уж в мел-третичном вымирании импакт вряд ли виновен.

[Nucleosome]

ударных волн экстремальной интенсивности

а это не может быть очень сильное землятресение - т. е. резкий сдвиг плит?

Убить всех до одного весьма непросто.

а это и не требуется - достаточно сбить численность до того, что они не найдут себе полового партнёра или их конкуренты которые были более удачливы их одолеют

На основание косвенных признаков

ну... может быть конечно, но недавно тут был один исследователь и давал лекцию по палеонтологии насекомых, заостряя особое внимание на интерпретации находок. следов - таких о которых речь, он коснулся только вскользь, говоря что это дело совсем тёмное - а уж определить до вида или хотя бы рода (по приводимым им графикам о кол-ве семейств насекомых даже они достоверно не сократились при том вымирании) кажется как-то уж и вовсе умозрительно - одинаково грызть лист, да ещё и так чтобы это смотрелось одинаково на каком-нибудь неполном отпечатки (а подавляющие большинство окаменелостей именно таковы) - могут очень разные насекомые...

Ну, а уж в мел-третичном вымирании импакт вряд ли виновен.

вот и я склоняюсь к этому - он пришёлся на общую череду событий предшествующему ему, в самом крайнем случае - может подвёл под ним черту.

[Golossvyshe]

ИМХО: Представить себе динозавров на планете с давлением 1 бар я не могу, а гигантских архаических стрекоз тем более. 

И тем не менее они существовали.

Я, признаться, не вникал в методы, коими определяют палеотемпературы и давления. Что-то там с изотопным составом скелетов диатомовых водорослей, губок и т. п. Ну и для более поздних эпох, когда уже имелись деревья - пузырьки воздуха в окаменевшей смоле.
Однако не верить выводам спецов вроде бы в данном случае оснований нет.

В эпоху динозавров атмосфера вообще уже практически не отличалась от современной. В раннем карбоне отличалась значительно - за счёт высокого содержания СО2 и О2. Однако и тогда общее давление отличалось на проценты, а не в разы.

Падение силикатного тела без «пробития» коры на глобальной биосфере скорее никак не скажется.

Это ещё нужно доказывать.

Полноценная "ядерная зима" приведёт к гибели всех тропических и субтропических лесов, а тж лесов летнего полушария умеренного и холодного поясов. Но это сейчас. Для более тёплого климата, скажем, мелового, крах биосферы будет тотальным.

Что, кстати, кладёт жёсткий верхний предел для астероида-убивца. Не "ядерная зима", но всего лишь  слабенькая "ядерная осень" - динозаврам хватило, остальная же биота выкарабкалась из катаклизма без радикальных потерь.

[Mark]

Динозавры просуществовали на Земле 160 миллионов  лет - за это время могло "выпасть" пара-тройка крупных метеоритов. Вроде известен кратер возрастом относящийся к юрскому периоду. Так что импактная теория не подходит.

[AlexAV]

а это не может быть очень сильное землятресение - т. е. резкий сдвиг плит?

У кварца достаточно много модификаций:



Достаточно специфически с ударными кратерами ассоциировано две из них: коэсит и стишовит. Причём если коэсит иногда встречается в метаморфических глубинных породах (кимберлиты, некоторые кварциты), т.е. его действительно нельзя считать окончательным доказательством, то стишовит вне ударных кратеров на земле пока нигде не найден. Более того, для образования стишовита нужны давления >8ГПа, которые в литосфере и верхней мантии просто не могут быть в принципе.

Т.е. если мы обнаруживаем в кратере слой породы, содержащей частицы стишовита, то вывод об его ударном происхождение можно считать практически окончательным.

[Константин ВАРБ]

ИМХО: Представить себе динозавров на планете с давлением 1 бар я не могу, а гигантских архаических стрекоз тем более. 

И тем не менее они существовали.

Существовали, но в иных условиях.
Как условия стали приближаться к современным, а может и похуже, так динозавры и повымирали.

Для создания марсианской кислородной атмосферы достаточно переработать всего лишь на метр-полтора его поверхность. А вот для красивого терраформирования  уже объёмы сопоставимые с Плутон потребуются.
Как-нибудь посмотрите на открытые разработки. На Земле не одна и не две атмосферы биосферой переработаны и депонированы.

И атмосферы и кометы и астероиды.
Всё вкусно

[AlexAV]

Что, кстати, кладёт жёсткий верхний предел для астероида-убивца.

Размер астероида достаточно достоверно определяется из размера кратера. Чуксулуб образован телом диаметром около 10 км. Шива (если он всё же окажется астероидным, что пока не доказано) - 40 км. По крайней мере о падение 10 км астероида на К-Т границе можно говорить совершенно достоверно.

Полноценная "ядерная зима" приведёт к гибели всех тропических и субтропических лесов, а тж лесов летнего полушария умеренного и холодного поясов. Но это сейчас. Для более тёплого климата, скажем, мелового, крах биосферы будет тотальным.

Вот именно. Но ведь этого нет! Вот структура вымирания по формации Hell Creek (в то время тропический регион):



На границе вымирают все динозавры, 60% видов млекопитающих, 12% видов черепах, а амфибий о вымирание вообще похоже забыли предупредить (сокращения разнообразия нет вообще). Что это за зима такая, которая истребила больше половины млекопитающих при том, что тропические черепахи и лягушки (которые чрезвычайно чувствительны даже к небольшому снижению температуры, пару-тройку градусов ниже - грибковые заболевания и всё) её фактически не заметили?

Т.е. 10 км астероид не смог вызвать не то что "зиму", но даже просто заметного похолодания. Вообще похоже что все эти "ядерные" и "ударные" зимы - не более чем артефакт ранних климатических моделей.

[AlexAV]

Динозавры просуществовали на Земле 160 миллионов  лет - за это время могло "выпасть" пара-тройка крупных метеоритов.  Вроде известен кратер возрастом относящийся к юрскому периоду.  Так что импактная теория не подходит.

Тут всё же размер имеет значение. Крупнейшие ударные кратеры юрского периода Пучеж-Катунский (80 км) и Мороквенг (70 км). А Чиксулуб на К-Т границе - 170 км (т.е. вообще крупнейший из достоверно подтверждённых кратеров фанерозоя). Т.е. это столкновения явно более крупное, чем любое другое в течение мезозоя. А если подтвердится астероидное происхождение Шивы (500 км)...

[Olweg]

А что с птицами? Есть ли данные по их сокращению?

[AlexAV]

А что с птицами? Есть ли данные по их сокращению?

Птицы пострадали страшно, почти на уровне динозавров. Абсолютное большинство их эволюционных ветвей вымирает чётко по К-Т границе. Удивительно, что вообще из них кто-то выжил.

[AlexAV]

А как насчет мега цунами?

Цунами безусловно было. Но это эффект в большей степени локальный, т.е. конкретно проблема побережий. В глубине материков  он оказать влияние не мог. А при локальных разрушениях экосистемы обычно быстро восстанавливаются.

[AlexAV]

Немного возвращаясь к самым известным жертвам К-Т границы. Вот здесь оценивается видовое разнообразие динозавров в позднем маастрихте, в течение периода в 2,8 млн. лет, предшествующего этой границы.   И получается оценка в 628 - 1078 видов, что в общем-то соответствует вполне процветающей группе... Т.е. обвал получается очень резким и укладывается в сотни тысяч лет максимум.

Вообще по совокупности признаков на этой границе (плюс-минус несколько сотен тысяч лет) происходило что-то очень нехорошее и очень быстрое (в геологическом масштабе, т.е. не более десятков-сотен тысяч лет), причём глобально по всей планете. Признаков много. Это и геохимические скачки соотношения изотопов в породе, вымирания множество несвязанных между собой групп (не только динозавров, была опустошена вся сухопутная биота), "папоротниковый пик" и т.д. Связано ли это с астероидом или просто совпадение - вопрос отдельный.

[vsf]

А как насчет мега цунами?

Да, цунами пожалуй один из главных факторов поражения.

Во время азиатских землятресений 2004 и 2011 года основная масса жертв и разрушений пришлась на цунами.

К примеру оценка высоты волны в океане после удара 4 км тела.



Т.е. до Японии докатывается волна в 20 метров. Для сравнения во время азиатских землетрясений высота волны в океане составляла 0.5 метра, а у побережья выростала до 40 метров и проникала на 10 км вглубь суши.

40-кратная разница дает уже волну высотой почти 1 км, которая проникает на почти тысячу километров вглубь суши. И это волна прошедшая через весь Тихий Океан.

А если учитывать 10 км тело, то очевидно волна цунами легко перехлестывала даже через целые континенты.

[AlexAV]

40-кратная разница дает уже волну высотой почти 1 км, которая проникает на почти тысячу километров вглубь суши. И это волна прошедшая через весь Тихий Океан.

Простое умножение здесь не работает.

А если учитывать 10 км тело, то очевидно волна цунами легко перехлестывала даже через целые континенты.

Не перехлёстывало. Пару сотен километров вглубь максимум и то по глубоким океаническим побережьям, мелководные моря такие волны хорошо гасят.

Если бы перехлёстывало, то должны быть:
1) Появление океанических отложений в глубинах материка (скажем внутренней Монголии)
2) Катастрофически пострадали бы пресноводные экосистемы. Причём самый чувствительная группа - амфибии.

Ни того ни другого по факту нет. Т.е. это только очень локальная проблема побережий и то вероятно не всех, но никак не причина глобальной катастрофы.

[Nucleosome]

Более того, для образования стишовита нужны давления >8ГПа, которые в литосфере и верхней мантии просто не могут быть в принципе.

ну всё-таки - каким образом можно замерить давление в месте сдвига землетресения типа чилийского?явно только косвенно. а ведь может тряхнуть и сильнее.

Абсолютное большинство их эволюционных ветвей вымирает чётко по К-Т границе.

ну всё-таки только четыре из пяти - прочие политомии, то есть может ветвь, а может нет. также, как составляется подобного рода дерево на основании только палеонтологических данных я плохо себе представляю, поэтому сколько там ветвей - можно только приблизительно оценить. кроме того, птицы - те же динозавры, тем более в то время, поэтому и неудивительно, что так из звездонуло.

Для более тёплого климата, скажем, мелового, крах биосферы будет тотальным.

ну не совсем. у растений же есть очень стойкие семена. многие животные могут впадать в спячку, анабиоз и т. д. кроме того, есть и горные - не знаю были ли в мезозой вообще какие-либо ледники, но наверное да. так что резервы находится будут очень долго.

[Грехов Михаил]

Как мне кажется, что механизмы выживания у разных животных различны.

Динозавру некуда спрятаться от вредных эффектов.... он огромный. А млекопитающее - может спрятаться внорку-пещерку и переждать всё там.... и жару и холод и т.п.  Оно же как правило обладает терморегуляцией, запасами и не столь прожорлив.

Морям вообще пофигу. У них огромная тепловая инерция. Если станет потеплее то можно погрузиться вглубь. Там холодно. А в холодных водах прекрасно выживают многие рыбы, киты, касатки и т.п.