Гренландский кратер Гайавата оказался в четыре с половиной тысячи раз древнее

Недавнее исследование показало, что скрытый подо льдом ударный кратер Гайавата на северо-западе Гренландии образовался 58 млн лет назад, в позднем палеоцене. Раньше считали, что он намного моложе: его возраст оценивался примерно в 13 тысяч лет. Но судя по датированию зерен импактитов, вымываемых из кратера талыми водами, импактное событие — падение астероида или крупного метеорита, которое привело к образованию кратера, — произошло задолго до образования ледяного щита. Поэтому оно никак не могло стать причиной глобального похолодания и вымирания плейстоценовой фауны в позднем дриасе, 12,9–12,8 тысяч лет назад, как предполагали некоторые исследователи.

Кратер на северо-западе Гренландии был впервые обнаружен в июле 2015 года. Изучая данные радиолокационного зондирования, полученные в рамках Программы НАСА по оценке регионального арктического климата и операции IceBridge, исследователи заметили на самом краю ледника Гайавата круглую впадину диаметром 31 км (см. новость Огромный метеоритный кратер под льдом Гренландии образовался совсем недавно, «Элементы», 20.11.2018). Особенности рельефа впадины — локальные возвышенности вдоль всего края и несколько пиков в центре — однозначно указывали на импактную природу этой структуры.

Кратер хорошо сохранился, несмотря на чрезвычайно высокую эрозионную активность ледника. Отсюда исследователи первоначально сделали вывод о том, что кратер молодой с геологической точки зрения. Предположили, что он образовался уже после того, как лед начал покрывать Гренландию 2,6 млн лет назад, — возможно, совсем недавно, в конце последнего ледникового периода, примерно 12 тыс. лет назад. Это побудило некоторых ученых предположить, что кратер Гайавата связан с ударным событием, лежащим в основе гипотезы позднего дриаса.

Дело в том, что во многих местах Северного полушария в основании слоя, соответствующего позднему дриасу, находят тонкую прослойку с аномальной концентрацией углистого вещества, платины и иридия, наличием металлических сферолитов и включений наноалмазов, а также других минералов и соединений, свидетельствующую о том, что на рубеже плейстоцена и голоцена Земля пережила столкновение с небольшим астероидом или кометой (см. В Чили нашли аргументы в пользу импактной версии похолодания в позднем дриасе, «Элементы», 26.03.2019). Сторонники гипотезы считают, что удар болида вызвал обширное горение биомассы и спровоцировал начало импактной зимы — резкого глобального похолодания в конце плейстоцена, что привело к вымиранию позднеплейстоценовой мегафауны в Северном полушарии и упадку археологической культуры Кловис, представители которой были первыми жителями Американского континента.

До сих пор все заключения о возможном возрасте кратера Гайавата носили чисто умозрительный характер и основывались на косвенных признаках. Особенности морфологии — сглаженная форма приподнятых краев и относительно небольшая глубина (320 ± 70 м) для импактной структуры диаметром 31 км — предполагали два варианта. Либо это старый кратер, образовавшийся еще до оледенения Гренландии при ударе болида о свободную ото льда коренную породу; либо это относительно недавнее событие, при котором сила удара была погашена толщей льда. Моделирование показало, что в обоих случаях морфология кратера будет примерно одинаковой.

Попытки оценить возраст структуры на основе анализа темпов эрозии в регионе дали очень большой разброс. Коренные породы района, в котором находится кратер Гайвата, представлены плотными сиенитами и гнейсами возрастом от 1,985 до 1,740 млрд лет. Исходя из существующих моделей (G. S. Collins et al., 2010. Earth Impact Effects Program: A Web-based computer program for calculating the regional environmental consequences of a meteoroid impact on Earth), глубина свежего кратера такого диаметра в них должна составлять около 800 м. При скорости речной и ледниковой эрозии на уровне 10⁻⁵–10⁻² м/год получается, что для снижения кромки кратера на 500 м должно пройти от 50 тыс. до 50 млн лет.

Более точные датировки мог бы дать анализ отложений с поверхности кратера, но для этого надо пробурить во льду скважину глубиной более 900 м. Ученые из Дании, Швеции, США и Франции во главе с Куртом Кьером (Kurt Kjær) и Николаем Ларсеном (Nicolaj Larsen) из Копенгагенского университета решили пойти другим путем. Они собрали образцы песка и гальки, вынесенных субгляциальной (вытекающей из-под ледника) рекой, размывающей кратер (рис. 2). Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

В кварцевом песке, вымытом из кратера, авторы обнаружили зерна с признаками плоскостной деформации, свидетельствующими о сильном ударе. Структуры плоской деформации (PDFs — planar deformation features) не встречаются в минералах, сформировавшихся в естественной магматической среде. Их наличие — однозначный признак импактного события (рис. 3).

Пятьдесят зерен кварца с признаками ударного метаморфизма исследовали в Музее естественной истории Дании. Сначала их нагревали лазером до тех пор, пока из них не высвободится газ аргон, который уже подвергали изотопному анализу. Радиогенный ⁴⁰Ar образуется в результате радиоактивного распада изотопа ⁴⁰K (период полураспада 1,248 млрд лет), и по соотношению ⁴⁰Ar/³⁹Ar можно судить о времени преобразования пород. Значения возраста воздействия, полученные аргон-аргоновым методом по зернам ударного кварца, составили от 60,2 до 58,5 млн лет.

Кроме того, из гальки коренных пород авторы выделили зерна циркона (ZrSiO₄) — минерала, который традиционно используют для определения возраста методом уран-свинцового датирования, так как он содержит изоморфные примеси урана. Авторы отбирали кристаллы циркона двух типов: 1) прозрачные и недеформированные в первичных, неизмененных породах и 2) мутные, трещиноватые с признаками перекристаллизации в импактно-расплавленных породах (импактитах) (рис. 4). Их ученые использовали для датирования ударного события.

Результаты анализа, проведенного в Шведском музее естественной истории, показали, что определенный по соотношению ²⁰⁶Pb/²³⁸U возраст циркона в неизмененных породах составляет 1915 ± 8 млн лет, а в импактитах — 57,99 ± 0,54 млн лет. Авторы отмечают очень близкое соответствие датировок, полученных аргон-аргоновым и уран-свинцовым методами. Учитывая, что в последнем случае разброс значений был минимальным, они считают, что импактное событие, которое привело к образованию кратера Гайавата, с высокой долей вероятности имело место 58 млн лет назад.

Косвенным подтверждением того, что падение болида произошло именно в позднем палеоцене, а не в плейстоцене, служат и находки в зоне стока ледника Гайавата образцов гальки с частицами древесного угля, образовавшегося при пожаре, вызванном падением. Ячеистая структура углистого вещества указывает на принадлежность сгоревших деревьев к хвойным породам. Многочисленные палеоботанические данные указывают на то, что в позднем палеоцене в Арктике были широко распространены хвойные леса. А в плейстоцене Гренландия уже была покрыта ледниками.

Получив точный возраст кратера, авторы исследования попытались определить, какое влияние на региональный и глобальный климат, могло оказать данное импактное событие. В своей предыдущей статье (K. Kjær et al., 2018. A large impact crater beneath Hiawatha Glacier in northwest Greenland) они рассчитали, что для образования ударного кратера шириной 31 км в кристаллических породах типа гнейсов требуется около 3×10²¹ Дж энергии. Предполагая, что ударник был железным астероидом с плотностью 8000 кг/м³, а скорость удара составляла 20 км/с, они получили диаметр болида — 1,5 км.

После удара осталась чашеобразная впадина диаметром около 20 и глубиной около 7 км, которая в результате разрушения бортов практически сразу превратилась в кратер диаметром 31 км и глубиной 800 м с поднятием в центре. Моделирование показало, что при ударе расплавилось и испарилось до 20 км³ породы, примерно половина которой осталась внутри кратера, образовав пласт импактитов мощностью до 50 м, а еще половина — рассеялась в атмосфере. По всем параметрам это событие намного скромнее, чем произошедшее всего за 8 млн лет до этого, на границе мезозоя и кайнозоя, падение Чикшулубского астероида, спровоцировавшее массовое вымирание, когда с лица Земли исчезли все нептичьи динозавры. Но и оно, по мнению ученых, должно было оставить свой след в палеклиматической летописи.

Интересно то, что событие Гайавата совпадает по времени с периодом резкого похолодания на фоне общей тенденции к потеплению, сформировавшейся после катастрофических последствий удара Чиксулуба (рис. 6), а также с пиком значений δ¹³C, известным как палеоценовый изотопный максимум углерода (PCIM).

Рост δ¹³C обычно связывают с увеличением первичной продукции (прирост биомассы за единицу времени) или ускоренным захоронением органики. И в том, и в другом случае из оборота выводится легкий изотоп ¹²C, преимущественно накапливающийся в живых организмах (рис. 7).

Скорее всего, 58 млн лет назад имело место крупномасштабное захоронение органического углерода, каким-то образом связанное с глобальным похолоданием. Но какую роль в этой цепочке сыграло событие Гайавата, сказать пока трудно.

Источник: elementy.ru

Adblock test .