Метеорит, в 200 раз превосходящий по размерам «убийцу динозавров», изменил ход эволюции на Земле.

• 3,26 миллиарда лет назад в Землю упал метеорит, масса которого в 50-200 раз превышала массу метеорита, связанного с динозаврами.

• Удар вызвал цунами, нагревание океана и наступление темноты, но он также перенёс фосфор и вывел богатые железом глубинные воды на поверхность.

• Эти питательные вещества, возможно, помогли микробам, использующим железо, быстро восстановиться, что показывает, что ранние воздействия могут как поддерживать жизнь, так и уничтожать её.

3,26 миллиарда лет назад на Землю упал метеорит, намного превосходящий по размерам тот, который связывают с динозаврами, однако это разрушение, возможно, на короткое время создало более благоприятные условия для некоторых из самых ранних микроорганизмов на планете.

Диаметр ударного объекта S2 оценивался в 37–58 километров, а его масса в 50–200 раз превышала массу объекта Чиксулуб. Столкновение вызвало цунами, нагрело атмосферу, взбаламутило океаны и покрыло поверхность пылью.

Горные породы в Барбертонском зеленокаменном поясе Южной Африки свидетельствуют о том, что произошло после катастрофы. Эти свидетельства указывают на бедствие, которое нанесло ущерб жизни на мелководье, а затем обеспечило поступление железа и фосфора, что, возможно, способствовало быстрому восстановлению микробной популяции.

Цунами изменило рельеф морского дна.

Столкновение произошло в палеоархейскую эпоху, когда на Земле доминировали бактерии и археи. Гигантские космические камни сталкивались с молодой планетой гораздо чаще, чем сегодня, возможно, с интервалом не менее 15 миллионов лет.

Для реконструкции события S2 доктор Надя Драбон из Гарвардского университета и ее коллеги изучили два участка горных пород, называемые Умбаумба и Брюс-Хилл. Результаты их работы были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

На обоих участках обнаружен слой мельчайших сфер, образовавшихся в результате удара метеорита, смешанных с крупными обломками. Слои начинаются с эрозионных поверхностей, включают материал, оторванный от морского дна, и становятся более мелкими вверх по мере потери энергией водой.

Эти особенности очень похожи на отложения цунами. На холме Брюса три мощных, сферических пласта песчаника могут свидетельствовать о нескольких мощных течениях, обратных потоках или отраженных волнах.

«Представьте, что вы стоите у побережья Кейп-Кода, на мелководье. Это среда с низкой интенсивностью течения, без сильных волн. И вдруг вас настигает гигантское цунами, которое обрушивается на морское дно и размывает его».

Цунами сформировалось быстро. Вероятно, ударные шары достигли этого района в течение нескольких часов, за ними последовало более медленное цунами. Затем мелкий мусор осел в воде, образовав слои, которые выпали обратно в течение нескольких дней.

Жара, темнота и испарение морской воды

Столкновение вызвало не только сильные волны. Пары горных пород, расплавленный материал и нагрев атмосферы могли испариться на несколько метров или даже десятков метров от верхнего слоя океана.

Внутри и непосредственно над отложениями оползня в Умбаумбе обнаружены необычные кристаллические структуры. Первоначальные минералы впоследствии растворились и были замещены кремнеземом, но их форма сохранилась.

Группа исследователей утверждает, что эти структуры, скорее всего, образовались из арагонита или нахколита — минералов, связанных с концентрированными рассолами. Некоторые из них выросли внутри осадочных пород, в то время как другие могли образоваться вблизи поверхности и осесть на дно.

Их расположение непосредственно над ударным слоем способствует частичному испарению из океана. Эти условия могли сохраняться чуть более года, поскольку тепло и эрозия изменили прибрежную среду.

Пыль добавила еще один удар. Выброшенные в атмосферу частицы могли блокировать солнечный свет в течение многих лет или десятилетий, а взвешенные частицы сделали океан мутным.

Такое сочетание факторов особенно сильно ударило бы по фотосинтезирующим микробам. Цунами также уничтожило микробные сообщества, обитающие на мелководье.

Глубинное железо достигло залитого солнцем океана.

То же самое цунами, которое вызвало разрушения, также перемешало слои океана, которые до этого оставались химически разделенными.

До столкновения в мелководье в обоих местах содержалось мало растворенного железа. В более глубоких водах находилось гораздо больше двухвалентного железа, формы, которую могли использовать некоторые микроорганизмы.

После S2 концентрация железа резко возросла. В Брюс-Хилле средние значения увеличились примерно в шесть раз. В Умбаумбе позже они выросли в 17 раз.

Исследователи рассмотрели вулканическую активность, поднятие земной коры, гидротермальные системы и изменения глубины воды. Полученные данные не показали изменений, ожидаемых в результате значительного увеличения количества вулканического материала или глобальной гидротермальной активности.

Наиболее простое объяснение заключалось в перемешивании океанических вод. Вероятно, цунами пересекло химическую границу, разделяющую богатые железом глубинные воды от обедненных железом поверхностных вод, подняв двухвалентное железо в освещенную солнцем зону.

Содержание фосфора также увеличилось. В одном из образцов с холма Брюса, где было обнаружено наибольшее количество ударных сфер, концентрация достигла 1300 частей на миллион.

Часть фосфора могла попасть в метеорит. Больше фосфора поступило из-за того, что цунами смыло обломки в море, а жаркий климат после удара ускорил выветривание на суше.

Микробная жизнь быстро восстановилась.

Непосредственные последствия почти наверняка были вредными. Организмы, обитающие на мелководье, сталкивались с эрозией морского дна, темнотой, жарой, испарением и мутностью воды.

Однако в горных породах не сохранились свидетельства длительного биологического коллапса. Вместо этого, химический состав углерода и богатые железом минералы указывают на то, что жизнь сохранилась и, возможно, быстро восстановилась.

Бактерии и археи могут иметь огромные популяции, быстро размножаться и обладать гибким метаболизмом. Поэтому их восстановление могло произойти гораздо быстрее, чем восстановление численности животных после удара метеорита Чиксулуб.

Наиболее сильный биологический сигнал связан с круговоротом железа. Большее количество двухвалентного железа в мелководье могло поддерживать микроорганизмы, которые использовали железо в процессе фотосинтеза. Образовавшееся окисленное железо могло поддерживать другие микроорганизмы, которые потребляли органическое вещество посредством восстановления железа.

Оксиды железа, сидерит и родственные минералы стали необычайно распространены выше ударного горизонта. Сидерит неоднократно встречается рядом с органическим веществом, что подтверждает идею о том, что микробное восстановление железа способствовало его образованию в осадочных породах.

Значения изотопов углерода также стали более стабильными в богатых железом слоях с небольшим количеством переработанных обломков. Эта закономерность предполагает связь между изменением углеродного цикла и внезапным появлением железа, хотя неопределенность сохраняется.

«Мы считаем, что столкновения с препятствиями губительны для жизни, — объяснил Драбон. — Но это исследование подчеркивает, что эти столкновения могли бы принести пользу жизни, особенно на ранних этапах… эти столкновения могли бы фактически позволить жизни процветать».

Практические последствия исследования

Данные S2 меняют подход ученых к оценке масштабных столкновений с ранней биосферой. Разрушения были лишь одной из составляющих последствий.

Для микроорганизмов, обитающих вблизи поверхности, первые годы могли быть сопряжены с сильным стрессом или гибелью. Организмы, находящиеся глубже в воде, в том числе те, которые не зависели от солнечного света, вероятно, испытывали меньше непосредственных последствий.

После того как пыль рассеялась и испарившаяся вода вернулась, в океане появилось больше питательных веществ и доступного железа. Эти изменения, возможно, спровоцировали временное размножение микроорганизмов, участвующих в круговороте железа.

Полученные данные дают геологам подсказки для поиска информации в других древних местах ударов метеоритов, включая отложения цунами, эвапоритовые минералы, пики содержания фосфора, богатые железом слои и изменения в химическом составе углерода.

Они также показывают, почему нельзя судить о ранних последствиях катастроф только по последующим массовым вымираниям. На Земле, где обитают микроорганизмы, катастрофа может уничтожить места обитания, создать новые и на короткое время расширить ресурсы, доступные для жизни.

Результаты исследования доступны в электронном виде в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences».

Оригинальная статья «Метеорит, в 200 раз превосходящий по размерам истребитель динозавров, изменил ход эволюции на Земле» опубликована в издании The Brighter Side of News.

Похожие статьи

• Редкий метеорит указывает на давно потерянную планету из нашей ранней Солнечной системы.

• Обнаружение лунного метеорита раскрывает бурную главу в истории внутренней Солнечной системы, происходившую 3,5 миллиарда лет назад.

• Обнаружение метеорита разгадывает тайну утраченных элементов Земли.

Нравятся такие позитивные истории? Подпишитесь на рассылку The Brighter Side of News .