Новости химической науки > Причиной вымирания динозавров мог быть кислотный дождь

Приблизительно 65 миллионов лет назад 71–81% всех биологических видов на Земле, включая сухопутных динозавров, были стерты с лица Земли в результате ее столкновения с астероидом, кратер от которого находится в юго-восточной части Мексики.

Японские исследователи провели наиболее точное моделирование удара, чтобы определить, к каким последствиям оно могло привести. Результаты новой работы позволяют говорить о том, что вымирание динозавров может быть следствием кислотного дождя, вызванного высвобождением ангидрида серной кислоты (триоксида серы), попавшего в атмосферу в результате удара астероида о богатые серой скальные породы.

Большинство исследователей соглашаются, что основной причиной массового исчезновения живых организмов в конце мелового периода был десятикилометровый астероид, ударивший по полуострову Юкатан, однако конкретный способ, послуживший причиной вымирания, до сих пор остается спорным. Некоторые ученые считают, что пыль и взвешенные частицы, взметнувшиеся при остывании места удара астероида и затемнившие поверхность Земли, сделав невозможным фотосинтез, послужили причиной гибели растительного мира и как следствие голодной смерти многих животных.

Триоксид серы, высвободившийся в результате удара, мог стать причиной кислотного дождя в мировом масштабе. (Фото: © Shutterstock)

В соответствии с другим вариантом развития событий окисление минералов, богатых серой, могло стать причиной глобального кислотного дождя, который увеличил кислотность океанов, что привело к растворению известковых скелетов многих растений и животных. Это могло бы объяснить высокое содержание сульфатных минералов в осадочных отложениях, образовавшихся в то время и большое содержание окаменелостей папоротников в палеонтологических находках, датирующихся тем периодом. «Папоротниковый пик» объясняется тем, что эти растения лучше всех пережили катастрофу и быстрее всех повторно заселились на Земле, поскольку хорошо растут в кислой почве. Следует отметить, что обычным продуктом окисления серы является диоксид серы. Он мог бы оставаться в атмосфере несколько месяцев подряд, поскольку медленно превращается в триоксид серы, прежде чем, растворившись в воде, образовать серную кислоту. Ввиду этого дождевая вода могла бы быть только слабокислой, что привело бы к очень незначительному понижению pH океана.

Чтобы выяснить, что именно же именно образовалось, Сосуке Оно (Sohsuke Ohno) с коллегами из Технологического института в Чибе в Японии смоделировал столкновение настолько точно, насколько это возможно. Объект, упавший из космоса и попавший в гравитационное поле Земли будет двигаться со скоростью, по крайней мере, 11.2 км/сек. Скалистое основание кратера на месте падения астероида в значительной степени состоит из ангидрита (безводный сульфат кальция).

Чтобы сделать так, чтобы объект с большой энергией упал в ангидрит со скоростью свыше 11.2 км/сек, исследователи взяли природный ангидрит из Перу (который обладает таким же составом, как и скалистое основание кратера) и поместили его в вакуумной камере с химически инертной высокоплотной металлической пластиной из тантала, поддерживаемой абляционным пластиком, находящимся на небольшом расстоянии от нее. Импульс от высокомощного лазера превратил абляционный материал в плазму, и быстрое расширение объема послужило причиной того, что танталовая пластина ударила по ангидриту со скоростью 13-25 км/сек. Исследователи отобрали полученные в результате газы и проанализировали их с помощью масс-спектрометра.

Газ содержал приблизительно в 100 раз больше серного ангидрида, чем сернистого ангидрида, что свидетельствует о том, что в результате столкновения произошло полное окисление ангидрита скалистого основания до прекурсора серной кислоты. Осадочные отложения того периода свидетельствуют о том, что при столкновении произошло подбрасывание вверх довольно больших масс частиц силикатной пыли, которые сразу же после столкновения часами и днями падали бы обратно на Землю. За это время молекулы серного ангидрида могли прореагировать с парами воды, образуя аэрозольную взвесь серной кислоты. Проведенные исследовательской группой теоретические подсчеты дают основание предположить, что аэрозольная взвесь серной кислоты скапливалась вокруг частиц силикатной пыли, что создавало дождевые капли с приблизительным содержанием серной кислоты 0,2 М, pH которых составлял 0–1. Оно считает, что такой сильнокислотный дождь мог бы послужить причиной существенного понижения значения pH и океана, и почвы, и мог бы объяснить вымирание лучше, чем теория глобального потемнения. Оно объясняет, что граничный слой осадочных отложений имеет большие, а не маленькие, частицы. Такие частицы, по мнению Оно, должны были упасть на землю в течение месяца, что не могло являться долгим препятствием для прохождения солнечного света на Землю.

Виви Важда (Vivi Vajda), палеонтолог из Университета Лунда в Швеции, говорит, что японские исследователи впервые представили четкое доказательство того, что серный ангидрид играл главную роль в закислении океанов, сопровождавшим произошедшее столкновение астероида с Землей. Однако Важда менее убеждена в том факте, что массовое вымирание на глобальном уровне может быть объяснено без упоминания затемнения, обращая внимание на тот факт, что в северных широтах отсутствуют признаки падения силикатных частиц на Землю, но, тем не менее, эти области также испытали массовое вымирание. Поэтому Важда предполагает, что все-таки существуют и другие факторы, как например, темнота, которая вызвала вымирание по всему свету.

Источник: Nat. Geosci., 2014, DOI: 10.1038/ngeo2095

метки статьи: #вопросы экологии, #геохимия, #химия твердого тела