Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Еще один интересный признак столкновения астероида получен в результате анализа изотопов Стронция (38-й элемент), который имеет четыре стабильных изотопа: ⁸⁴Sr (0,56 %), ⁸⁶Sr (9,86 %), ⁸⁷Sr (7,00 %) и ⁸⁸Sr (82,58 %). Содержание ⁸⁷Sr на самом деле со временем растет (очень медленно), поскольку он возникает в результате бета-распада Рубидия‐87, период полураспада которого составляет 48,8 миллиарда лет. (Это означает, что с тех пор, как образовалась Земля – а это произошло 4,5 миллиарда лет назад, – распалось только 6,3 % ⁸⁷Rb, поэтому, когда я говорю «медленно», я имею в виду «очень медленно».) Датирование при помощи рубидий-стронциевого метода сыграет важную роль в будущих главах, поэтому стоит уже сейчас потратить немного времени и изучить взаимосвязь этих двух изотопов. Для наших целей важно отметить, что Стронций находится непосредственно под Кальцием в Периодической таблице и, следовательно, химически подобен ему, благодаря чему становится прекрасным заменителем Кальция в маленьких раковинах фораминифер, состоящих из CaCO₃.

В веществе земной коры Стронций составляет около 370 миллионных долей (ppm), а ⁸⁷Sr присутствует в концентрации 25,9 ppm (7 % от общего количества). Рубидий встречается реже, его концентрация достигает 90 ppm, а изотоп ⁸⁷Rb сегодня составляет 27,83 % от общего количества; в ту эпоху, когда формировалась Земля – с учетом той части, которая к настоящему времени уже распалась, – на его долю приходилось 29,16 % из 91,62 ppm Рубидия, присутствующих в то время (единственный другой изотоп, ⁸⁵Rb, стабилен, поэтому он не меняется со временем). Это означает, что распад ⁸⁷Rb дает нам лишь 1,68 ppm современного ⁸⁷Sr, и даже через миллион лет доля дополнительного изотопа ⁸⁷Sr, который добавится в результате распада ⁸⁷Rb, составит всего 0,00035 ppm – это совершенно ничтожная величина. Поэтому любое внезапное изменение соотношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr должно иметь какую-то внешнюю причину.

В морской воде концентрация Стронция и Рубидия сильно отличается от тех, которые характерны для горных пород на суше: у Стронция она составляет 8,1 ppm, а у Рубидия – 0,12 ppm. Но океан очень большой, и если перевести эту долю в абсолютные величины, то окажется, что всего в нем 11 триллионов тонн Стронция и 0,77 триллиона тонн именно изотопа ⁸⁷Sr. Поэтому для того, чтобы изменить общее соотношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr, необходимо добавить огромную долю одного изотопа к другому. Сегодня соотношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в морской воде равно 0,7091, тогда как соотношение, поступившее в море в ходе эрозии наземных пород, приближается к 0,716. Таким образом, любое значительное увеличение соотношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в океанах предполагает невероятное усиление эрозии.

Именно об этом говорят некоторые исследователи, изучавшие соотношения изотопов Стронция на границе K-Pg. Анализ раковин фораминифер, найденных в слоях горных пород, показал, что содержание ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr постепенно увеличивается – от 0,7077 за 10 миллионов лет до границы до 0,7078 на границе¹³. Это объясняется последовательным возрастанием площади суши, происходившим в тот период под влиянием тектоники плит (больше земли – больше возможностей для эрозии горных пород). Ряд измерений проведен и на самой границе, и они не очень хорошо согласуются друг с другом, хотя все они, похоже, свидетельствуют о небольшом, но резком увеличении – оценки этого скачка варьируются от 0,0002¹⁴ до лишь четверти этого числа. Но, опять же, если мы обратим внимание на цифры, упомянутые выше, то увидим, что даже меньшее изменение соотношения, равное 0,00005, требует добавления примерно 5 миллиардов тонн дополнительного ⁸⁷Sr. Если учесть, сколь скромным оказалось возрастание ⁸⁷Sr в наземных породах, которые, по всей видимости, стали источником этого избытка, то нам потребуется в общей сложности 65 миллиардов тонн Стронция из эродированных пород или 175 триллионов тонн горных пород в целом¹⁵.

Создается впечатление, что эрозия была огромной и внезапной – но Земля велика. Континентальная кора имеет общую массу 2 × 10²² кг, и наша величина – это лишь 0,001 % от общей массы (эквивалент – сантиметр на слое породы толщиной в полтора километра). Но что могло вызвать столь резкую перемену скорости эрозии? Очевидные виновники – это два последствия столкновения с астероидом.