Биологические эффекты
Временное отсутствие солнечного света эффективно остановило бы фотосинтез и таким образом разрушило бы пищевые цепочки в их начале. В общих чертах эффекты, которые следует ожидать в таком случае, заключаются в палеонтологическом факте вымирания.
Пищевая цепочка в открытом океане основана на микроскопических таких плавающих растениях, как производящие кокколиты морские водоросли, которые почти полностью вымерли. Животные на последовательно более высоких уровнях в этой пищевой цепочке также очень сильно пострадали, почти полностью вымерли фораминиферы, и полностью вымерли белемниты4 (4 - см. Приложение), аммониты5 (5 - см. Приложение) и морские рептилии.
Вторая пищевая цепочка основана на наземных растениях. Среди этих растений существовавшим экземплярам следовало бы погибнуть или, по крайней мере, перестать расти во время темноты, но после возвращения света они возродились бы из семян, спор и существующей корневой системы. Однако, большие травоядные и плотоядные животные, которые непосредственно или косвенно зависели от этой растительности, стали вымершими. Russell [2] утверждает, что "не известно ни одно земное позвоночное пережившее вымирания животное, весом более 25 кг”. Намного меньшие земные позвоночные животные выживали, включая наследственных млекопитающих, и они, возможно, могли выжить, питаясь насекомыми и увядшей растительностью.
Ситуация c мелкими обитающими на морском дне беспозвоночными животными менее ясна; некоторые группы вымерли, а другие выжили. Возможная основа для временной пищевой цепочки в этой окружающей среде - питательные вещества из распадающихся наземных растений и животных и принесенных реками к морскому мелководью.
Мы не будем углубляться далее в этот вопрос, но мы направим читателя к протоколам конференции в Оттаве 1976г. по вымираниям третичного и мелового периодов. Эта книга воспроизводит обширное обсуждение среди участников, что случилось бы, если солнечный свет был бы временно "выключен” [5, pp. 144-149]. Те, приняв участие в обсуждение, казалось бы, согласились, что многие аспекты картины вымирания можно было бы объяснить этим механизмом, хотя осталось множество загадок.
Мы должны обратить внимание, наконец, на биологический факт, который расходится с гипотезой воздействия астероида или с любым внезапным, насильственным механизмом. Вымирание фораминифер и наннопланктона происходит в пределах зоны обратной геомагнитной полярности Губбио G - в разрезе Губбио [30]. Butler и сотрудники [68, 69] изучили неморскую последовательность бассейна Сан-Хуан Нью-Мексико и обнаружили, что последовательность полярности коррелировала с переменой последовательности в Губбио. В бассейне Сан-Хуан найдены самые высокие окаменелости динозавра в зоне нормальной полярности (аномалия 29), которая следует за той, что идентифицирована как G-зона Губбио. Таким образом, казалось бы, что вымирания динозавра и форам-наннопланктона не были синхронны. (Вымирания, встречающиеся в зоне одинаковой полярности в отдаленных районах, не могут быть определены как одновременные или диахронические.) Были изданы три комментария к работе о бассейне Сан-Хуан [70], привлекшие внимание к возможности несоответствия на границе, при которой корреляция зон магнитной полярности принята по ошибке, и вымирания могли бы быть все еще синхронны. Линдсей и др. [69] настоятельно аргументируют против главного пробела, но признают, что "ситуация полностью не ясна". Russell [71] отметил стратиграфическое свидетельство против диахронического вымирания в континентальном и морском царстве.
Решение вопроса, могли бы вымирания быть синхронными, будет зависеть от дальнейших палеомагнитных изучений. Тем временем мы можем утверждать, что гипотеза воздействия астероида прогнозирует, что очевидно диахронический выбор времени вымирания форам ископаемых микроорганизмов и динозавров, в конечном счете, окажется неправильным.
Проблемы в составе граничной глины
Можно было бы ожидать из самых простых рассмотрений нашей гипотезы, что граничный слой образовался из вещества коры Земли (обогащенного определенными элементами астероидного вещества), которое было распределено по всему миру в стратосфере, и затем упало в океан. Это вещество должно было подвергнуться химическим и физическим процессам в атмосфере и затем в океане, который меняет состав. Увеличение металлов, образующих нерастворимые в воде сульфиды, в датской границе третичного и мелового периодов по сравнению с итальянской могло быть связано с анаэробной окружающей средой в течение отложения осадков для первой и с аэробной окружающей средой - для последней. Сульфид водорода может быть произведен бактериями в небогатых кислородом водах, и металлы осели бы, если бы они присутствовали. Это, однако, не объяснило бы поразительное истощение некоторых рассеянных элементов в датской границе или ее очень высокой распространенности иридия. Если бы хондритовый иридий с распространенностью приблизительно 500 ppb был разбавлен в 60 раз веществом коры Земли, распространенность иридия должна быть приблизительно на 8 ppb больше, чем наблюдаемая 65 ppb. Эти трудности могут быть преодолены, когда более точно оценят степень смешивания астероидного и земного вещества в атмосфере, и когда будет изучена химия граничного слоя в дополнительных местоположениях, и когда будет лучше изучена морская химия.
Выводы
Среди многих выводов гипотезы воздействия астероида, если она верна, два заметно выделяются. Во-первых, если вымирания третичного и мелового периодов были вызваны столкновением, то же самое могло быть и с более ранними главными вымираниями. Было пять таких вымираний, начиная с конца докембрия, 570 миллионов лет назад, которые хорошо соответствуют вероятному интервалу приблизительно 100 миллионов лет между столкновениями с объектами 10 км диаметром. Обсуждения этих событий вымирания вообще образуют список пораженных организмов согласно таксономическим классификациям; было бы более полезно иметь эту информацию, приведенную в периодах интерпретируемых экологических или пищевых классификациях. Будет также важно провести анализы иридия в полных стратиграфических секциях других границ. Однако, E. Shoemaker (частное сообщение) утверждает, что, если некоторые из вымираний были вызваны столкновением "новой" кометы (главным образом изо льда), аномалия иридия не будет замечена даже при том, что механизм вымирания работал посредством того же самого облака пыли вещества коры Земли, так что отсутствие более высокой концентрации иридия, например, на границе пермского и триасового периодов не должно лишить законной силы нашу гипотезу. Согласно Shoemaker, столкновения кометы размером из этого диапазона могут быть вдвое чаще астероидных столкновений.
Во-вторых, мы хотели бы найти кратер, образованный объектом воздействия. Известно только три кратера диаметром 100 километров или больше [62]. Два из них (Садбери и Вредефорт) относятся к докембрию. С другой стороны, был описан кратер Попигай в Сибири [72, 73], стратиграфический возраст от позднего мелового до четвертичного периода и датируется 28.8 миллионов лет (другие сведения отсутствуют). Таким образом, кратер Попигай вероятно слишком молодой, и диаметр 100 км вероятно также слишком маленький, чтобы быть местом воздействия на границе третичного и мелового периодов. С вероятностью 2/3 объект упал в океан. Поскольку вероятный диаметр объекта, 10 км, является двойной типичной океанской глубиной, кратер был бы образован на дне океана, и распыленная порода могла быть выброшена. Однако в этом случае мы вряд ли найдем кратер, так как батиметрическая информация не достаточно детализирована, и так как площадь дотретичного океана значительно сократилась.
Литература и примечания
(приведены без изменений)
1. D. A. Russell, Geol. Assoc. Can. Spec. Rep. 13(1975), p. 119.
2. ______, in (5), p. 11.
3. M. B. Cita and I. Premoli Silva, Riv. Ital. PaIeontol. Stratigr. Mem. 14 (1974), p. 193.
4. D. A. Russell. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 7 .163 (1979).
5. K-TEC group (P. Beland et al.), Cretaceous-Tertiary Extinctions and Possible Terrestrial and Extraterrestrial Causes (Proceedings of Workshop, National Museum of Natural Sciences, Ottawa, 16 and 17 Nov. 1976).
6. T. Birkelund and R. G. Bromley, Eds., Cretaceorts-Tertiary Boundary Events, vol. 1, The Maastrichtian and Danian of Denmark (Symposium, University of Copenhagen, Copenhagen. 1979); W. K. Christiansen and T. Birkelund, Eds., ibid., vol. 2, Procceedings.
7. H. Tappan, Palaeogeogr. Palaeorlimcrtol. Palaeoecol. 4, 187 (1968); T. R. Worsley, Nature (London) 230, 318 (1971); W. T. Holser, ibid. 267, 403 (1977); D. M. McLean, Science 200, 1060 (1978); ibid. 201, 401 (1978); S. Gartner and J. Keany, Geology 6, 708 (1978).
8. E. G. Kauffman, in (6), vol. 2, p. 29.
9. A. G. Fischer, in (6), vol. 2, p. 11 ; _____ and M. A. Arthur, Soc. Econ. Paleontol. Mineral. Spec. Publ. 25 (1977), p. 19.
10. J. F. Simpson, Geol. Soc. Am. Bull. 77, 197 (1966); J. D. Hays, ibid. 82, 2433 (1971); C. G. A. Hanison and J. M. Prosoero. Nuttire (London) 250, 563 (1974).
11 O. H. Schindewolf, Neurs Jahrb. Geol. Pcilaeontol. Monatsh. 1954, 451 (1954); ibid. 1958, 270 (1958); A. R. Leoblich, Jr., and H. Tappan, Geol. Soc. Am. Bull. 75, 367 (1964); V. I. Krasovski and I. S. Shklovsky, Dokl. Akad. Nauk SSSR 116, 197 (1957); K. D. Terry and W. H. Tucker, Science 159, 421 (1968); H. Laster, ibid. 160.1138 (1968); W. H. Tucker and K. D. Terry, ibid., p. 1138; D. Russell and W. H. Tucker, Nature (London) 229.553 (1971): M. A. Ruderman. science l84, 1079(1974); R. C. Whitten, J. Cuzzi, W. J. Borucki, J. H. Wolfe, Nature (London) 263, 398 (1976).
12. S. Gartner and J. P. McGuirk, Science 206, 1272 (1979).
13. A. Boersma and N. Schackleton, in (6), vol. 2, p. 50; B. Buchardt and N. O. Jorgensen, in (6), vol. 2, p. 54.
14. L. Christensen, S. Fregerslev, A. Simonsen, J. Thiede, Bull. Geol. Soc. Den. 22, 193 (1973).
15. N. O. Jorgensen, in (6), vol. 1, p. 33, voi. 2, p. 62; M. Renard, in (6), vol. 2, p. 70.
16. H. P. Luterbacher and I. Premoli Silva, Riv. Ital. Paleontol. Stratigr. 70, 67 (1964).
17. H. Pettersson and H. Rotschi, Geochim. Cosmochim. Acta 2, 81 (1952).
18. V. M. Goldschmidt, Geochemistry (Oxford Univ. Press, New York, 1954).
19. J. L. Barker, Jr., and E. Anders, Geothim. Cosmochim. Acta 32, 627 (1968).
20. R. Ganapathy, D. E. Brownlee, P. W. Hodge . Science 201, -1119 (1978).
21. A. M. Sarna-Wojcicki, H. R. Bowman, D. Marchand, E. Helley, private communication. J. H. Crocket and H. Y. Kuo, Geochim. Cosmochim. Acta 43. 831 (1979).
23. These are briefly discussed in L. W. Alvarez, W. Alvarez, F. Asaro, H. V. Michel, Univ. Calif . Lawrence Berkeley Lab. Rep. LBL-9666(1979).
24. A description of the NAA techniques is given in Alvarez et al (23), appendix II; I. Perlman and F. Asaro, in Science and Archaeology, R. H. Brill, Ed. (MIT Press, Cambridge, Mass., 1971), p. 182
25. These limestones belong to the Umbrian sequence, of Jurassic to Miocene age, which has been described in V. Bortolotti, P. Passerini. M. Sagri. G. Sestini, Sediment. Geol. 4, 341 (1970); A. Jacobacci, E. Centamore, M. Chiocchini, N. Malferrari, G. Martelli, A. Micarelli, Note Esplicative Carta Geologica d'ltalia (1:50,000). Foglio 190: "Cagli" (Rome, 1974).
26. H. P. Luterbacher and I. Premoli Silva, Riv. Ital. Paleontol. Stratigr. 68, 253 (1962); I. Premoli Silva, L. Paggi, S. Monechi, Mem. Soc. Geol. Ital. 15, 21 (1976).
27. S. Monechi, in (6), vol. 2, p. 164.
28. D. V. Kent, Geology 5, 769 (1977); M. A. Arthur, thesis, Princeton University (1979).
29. O.Renz, Eclogue Geol. Helv. 29, 1 (1936); Serv. Ceol. Ital. Mem. Descr. Carta Ceol. Ital. 29, 1
(1936).
30. M. A. Arthur and A. G. Fischer, Geol. Soc. Am. Bull. 88, 367 (1977); I. Premoli Silva, ibid., p. 371; W. Lowrie and W. Alvarez, ibid., p. 374; W. M. Roggenthen and G. Napoleone, ibid., p. 378; W. Alvarez, M. A. Arthur, A. G. Fischer, W. Lowrie, G. Napoleone, I. Premoli Silva, W. M. Roggenthen, ibid., p. 383: W. Lowrie and W. Alvarez, Ceophys. J. R. Astron. Soc. 51, 561 (1977); W. Alvarez and W. Lowrie, ibid. 55, 1 (1978).
31. Locations of the sections studied are: (i) Bottaccione Gorge at Gubbio: 43°21.9'N, 12°35.0'E (0°7.9' east of Rome); (ii) Contessa Valley, 3 km northwest of Gubbio: 43°22.6'N, 12°33.7'E (0°6.6' east of Rome); (iii) Petriccio suspension bridge, 2.3 km west-southwest of Acqualagna: 43°36.7'N, 12°38.7'E (0°11.6' east of Rome); (iv) Acqualagna, road cut 0.8 km southeast of town: 43°36.7'N, 12°40.8'E (0°13.7' east of Rome); and (v) Gorgo a Cerbara: 43°36.1'N, 12°33.6'E (0°6.5' east of Rome). We thank E. Sannipoli, W. S. Leith, and S. Marshak for help in sampling these sections.
32. J. H. Crocket, J. D. McDougall, R. C. Harriss, Grorhim. Cosmochim. Acta 37, 2547 (1973).
33. Location: 55°16.7'N, 12°26.5'E. We thank I. Bank and S. Gregersen for taking W.A. to this locality.
34. A. Rosenkrantz and H. W. Rasmussen. Guide to Excursions A42 and C37 (21st International Geological Congress, Copenhagen, 1960). part 1, pp. 1-17.
35. F. Surlyk, in (6). vol. 1, p. 164.
36. C. Heinberg, in (6), vol. 1, p. 58.
37. H. W. Rasmussen, in (6), vol. 1, p. 65; P. Gravesen, in (6), vol. l, p. 72; U. Asgaard, in (6).vol. 1, p. 74.
38. E. Hakansson and E. Thomsen, in (6). vol. 1, p. 78.
39. S. Floris, in (6), vol. 1, p. 92.
40. I. Bang, in (6), vol. 1, p. 108.
41. K. Perch-Nielsen, in (6), vol. 1, p. 115.
42. Soft x-ray fluorescence measurements for major element determinations were made by S. Flexser and M. Sturz of Lawrence Berkeley Laboratory.
43. Hard x-ray fluorescence measurements for trace element determinations were made by R. D. Giauque of Lawrence Berkeley Laboratory.
44. F. G. Walton Smith, Ed. CRC Handhook of Marine Science (CRC Press. Cleveland, 1974), vol.
1, p. 11.
45. H. A. Wollenberg et al., Univ. Colif. Lawrence Berkeley Lab. Rep. LRL-7092. revised 1980.
46. Enryclopaedia Britannica (Benton, Chicago, ed. 15, 1974), vol. 6, p. 702.
47. K. K. Turekian, Oceans (Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J., 1976), p. 122.
48. J. H. Crocket, Can. Mineral. 17, 391 (1979); J. R. Ross and R. Keays, ibid., p. 417.
49. I. S. Shklovsky, Supernovae (Wiley, New York, 1968), p. 377.
50. D. D. Clayton, Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis (McGraw-Hill. New York, 1968), pp. 546-606.
51. D. N. Schramm, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 12, 389 (1974).
52. C. F. McKee, personal communication.
53. These observations were reported at the American Geophysical Union meeting in May 1979 and at the Geological Society of America meeting in November 1979 [W. Alvarez, L. W. Alvarez, F. Asaro, H. V. Michel, Eos 60,734 (1979); Geol. Soc. Am. Abstr. Programs 11, 350 (1979)].
54. W. M. Napier and S. V. M. Clube, Nature(London) 282, 455 (1979).
55. H. C. Urey, ibid. 242, 32 (1973).
56. E. J. Цpik, Ir. Astron. J. 5 (No. 1), 34 (1958).
57. E. M. Shoemaker, J. G. Williams, E. F. Helin, R. F. Wolfe, in Asteroids, T. Gehrels, Ed. (Univ. of Arizona Press, Tucson, 1979), pp. 253 - 282.
58. E. J. Цpik, Adv. Astron. Astrophys. 2, 220 (1963); ibid. 4, 302 (1964); ibid. 8, 108 (1971). These review articles give references to Opik's extensive bibliography on meteorites, Apollo objects, and asteroids.
59. C. R. Chapman, J. G. Williams, W. K. Hartmann, Annu. Rev. Astron. Astrophys. 16, 33 (1978).
60. G. W. Wetherill, Sci. Am. 240 (No. 3), 54 (1979).
61. E. M. Shoemaker, personal communication.
62. R. A. F. Grieve and P. B. Robertson. Icarus 38, 212 (1979).
63. R. A. F. Grieve, personal communication.
64. G. J. Symons. Ed., The Eruption of Krakatoa and Subsequent Phenomena (Report of the Krakatoa Committee of the Royal Society, Harrison, London, 1888).
65. I. U. Olson and I. Karlen, Am. J. Sci. Radiocarbon Suppl. 7 (1965). p. 331; T. A. Rafter and B. J. O'Brien, Proc. 8th Int. Conf. Rcrdiocarhon Dating 1, 241 (1972).
66. U. Krдhenbьhl, Geochim. Cosmuchim. Acta 37, 1353 (1973).
67. B. Mason, Space Sci. Rev. 1, 621 (1962-1963).
68. R. F. Butler, E. H. Lindsay, L. L. Jacobs, N. M. Johnson, Noture (London) 267, 318 (1977); E. H. Lindsay, L. L. Jacobs, R. F. Butler, Geology 6,425 (1978).
69. E. H. Lindsay, R. F. Butler, N. M. Johnson, in preparation.
70. W. Alvarez and D. W. Vann, Geology 7, 66 (1979); J. E. Fassett, ibid., p. 69; S. G: Lucas and J. K. Rigby, Jr., ibid., p. 323.
71. D. A. Russell. Episodes 1979 No. 4 (1979), p. 21.
72. V. L. Masaytis, M. V. Mikhaylov, T. V. Selivanovskaya, Sov. Geol. No. 6 (1971), pp. 143-147; translated in Geol. Rev. 14, 327 (1972).
73. V. L. Masaytis, Sov. Geol. No. 11 (1975), pp. 52-64; translated in Int. Geol. Rev. 18, 1249 (1976).
74. Как видно каждому читающему эту статью, мы получили большую пользу из обсуждений и переписки со многими друзьями и коллегами всего научного сообщества. Мы хотели бы поблагодарить за помощь, которую мы получили от E. Anders, J. R. Arnold, M. A. Arthur, A. Buttington, I. S. E. Carmichael, G. Curtis, P. Eberhard, S. Gartner, R. L. Garwin, R. A. F. Grieve, E. K. Hyde, W. Lowrie, C. McKee. M. C. Michel (который был ответственный за измерения методом масс-спектрометрии), J. Neil, B. M. Oliver, C. Orth, B. Pardoe, I. Perlman, D. A. Russell, A. M. Sessler, and E. Shoemaker. Один из нас (W.A.) благодарит за поддержку Национальный научный фонд, другие три автора благодарят за поддержку Министерство энергетики, и один из нас (L.W.A.) благодарит за поддержку Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Измерения методом рентгеновской флюоресценции микроэлементов Fe и Ti R. D. Giauque и основных элементов S. Flexser and M. Sturz были самыми ценными. Мы высоко ценим помощь D. Jackson и C. Nguyen в процедурах подготовки проб. Мы благодарны T. Lim и сотрудникам исследовательского реактора Berkeley за множество нейтронных облучений, использованных в работе. Мы также высоко оцениваем работу G. Pefley и персонала Ливерморского реактора погружного типа за облучения, использованные для измерения изотопного отношения иридия.