Долговечная гидротермальная система Чиксулуба просуществовала 8 миллионов лет

Когда массивный астероид диаметром десять километров врезался в Землю около 66 миллионов лет назад, он создал огромный кратер. Удар вызвал мегацунами и глобальную пожарную бурю. Он также создал ударную зиму, подавив фотосинтез. Все это привело к вымиранию неавиановых динозавров. В общей сложности удар и его последствия уничтожили около 75% всех видов на Земле.

Но в последние годы некоторые исследователи сосредоточились на его подземном воздействии. Удар, вероятно, создал обширную гидротермальную систему из разрушенной породы, через которую текла перегретая вода, взаимодействуя с камнем. Никто не знает точно, но этот тип гидротермальной системы мог бы быть местом, где начинается жизнь, если система просуществует достаточно долго.

Новое исследование в журнале Nature Communications Earth and Environment утверждает, что гидротермальная система, созданная Чиксулубом, могла просуществовать дольше, чем считалось ранее. Оно называется "Долговечная гидротермальная система, созданная ударом, в структуре Чиксулуба", а ведущим автором является Аннемари Э. Пиккерсгилл. Пиккерсгилл из Школы географических и земных наук Университета Глазго.

"Гидротермальные системы, вероятно, играли важную роль в происхождении жизни как на Земле, так и, возможно, на других планетах," пишут авторы. "Они формируются везде, где взаимодействуют тепло и водные жидкости, включая охлаждающиеся кратеры гипервысокой скорости."

Чем дольше эти системы существуют, тем больше возможностей для протекания предбиотических химических реакций. И если там возникает простая жизнь, то чем дольше системы существуют, тем больше возможностей для их распространения и процветания, а также для миграции в другие ниши.

Гидротермальные системы под ударами не являются редкостью. Из примерно 200 известных ударных структур на Земле около 70 имеют доказательства гидротермальных систем. Эти системы кажутся идеальными средами для обитания. Они пористые и проницаемые, имеют богатую химию и легко доступные питательные вещества. Однако доказательства микробной колонизации в этих системах скромны. Только 8 из 200 на Земле показывают четкие доказательства микробной колонизации. "Мы не можем с уверенностью сказать, что эти ранние ударные среды были населены, потому что так мало записей о породах ранней Земли все еще существует, и поэтому физические свойства ранней земной коры плохо ограничены," пишут авторы.

Но они могут рассмотреть природу этих систем и рассчитать, как долго они существуют. "Тем не менее, мы можем изучить, могли ли ударные кратеры обеспечить правильные условия температуры и потока жидкости на достаточно длительные сроки, чтобы жизнь могла возникнуть," объясняют исследователи.

Время критично, потому что оно создает больше возможностей для правильной химии. В этой работе они изучают, как долго могла просуществовать гидротермальная система Чиксулуба, и используют ее в качестве аналога для других крупных бассейнов. Результаты применимы не только к Земле, но и к другим планетам, особенно к Марсу, который когда-то был теплым, влажным и, вероятно, обитаемым.

"Здесь мы представляем радионуклидные возрастные ограничения и численные симуляции для продолжительности постударной гидротермальной активности в и вокруг пикового кольца ударной структуры Чиксулуба диаметром ~200 км, произошедшей 66 миллионов лет назад," пишут исследователи.

Ученые знали о гидротермальной системе на протяжении десятилетий благодаря сейсмическим исследованиям и бурению. Множественные буровые работы обнаружили минералы, измененные гидротермальной активностью.

Исследования 2004 года предположили, что система просуществовала минимум 300,000 лет. "Наше первоначальное заключение заключается в том, что гидротермальные процессы были активны в бассейне Чиксулуба как минимум 300 тысяч лет и могли действовать значительно дольше," написали те исследователи.

Другие исследования последовали, и в 2007 году исследователи оценили, что системе потребовалось 2.3 миллиона лет, прежде чем она остыла до температуры ниже 90 градусов Цельсия. Те же исследователи считали, что их цифра была консервативной оценкой.

"Где бы на Земле вы не нашли текущую теплую воду, вы найдете жизнь, и мы уже давно знаем, что астероидные удары создают гидротермальные системы," сказала ведущий автор Пиккерсгилл в пресс-релизе. "Предыдущие исследования, проведенные в начале 2000-х, предполагали, что система, созданная ударом Чиксулуба, просуществовала около двух миллионов лет. Эти выводы основывались на компьютерных моделях, которые даже тогда считались консервативными оценками, но мы все равно были удивлены результатами нашего исследования."

Другие исследователи пришли к различным оценкам, и в 2020 году одна группа заявила, что "система поддерживала температуры ≥250 °C в течение 150-500 тысяч лет."

Но эта работа показывает, что эти цифры, возможно, были консервативными.

"Мы обнаруживаем, что гидротермальная активность сохранялась как минимум 8 миллионов лет, что примерно в четыре раза дольше, чем ранее оценивалось численными симуляциями, палеомагнитными записями и петрографическими интерпретациями в Чиксулубе, что делает ее самой долговечной гидротермальной системой, созданной ударом, задокументированной на Земле," пишут авторы.

Большая часть того, на чем основан этот новый результат, пришла из Международной программы океанических исследований и Международной программы континентального научного бурения и их экспедиции 364. Эта экспедиция состоялась в 2016 году и бурила глубоко в пиковое кольцо Чиксулуба. Эти образцы бурения содержали тип полевого шпата, богатого калием, который образовался в результате потока горячих жидкостей. Ведущий автор Пиккерсгилл был частью этой научной команды и использовал аргон-аргоновое датирование, чтобы определить возраст этих образцов. Возраст полевого шпата варьировался от 66 миллионов лет назад, времени удара, до около 58 миллионов лет назад, что составляет 8 миллионов лет.

Чтобы дополнить эти результаты, исследователи обратились к симуляциям. В этих симуляциях они моделировали различные типы геологических условий, чтобы увидеть, какие из них могли создать аналогичную долговечную систему. Моделирование команды показало, что высокая проницаемость в породе, ударное нагревание и естественные геотермальные системы позволили гидротермальной системе просуществовать так долго.

"Совершенствование вычислительных методов позволяет исследователям моделировать сложные природные системы с беспрецедентным реализмом, приближая нас к раскрытию тайн хаотичных физических процессов, которые формируют Землю и другие планетные тела на геологических временных шкалах," сказал соавтор доктор Эвангелос Христу, бывший аспирант Колледжа науки и инженерии Университета Глазго. "Мы использовали эти достижения, чтобы исследовать в беспрецедентной детализации сложные взаимодействия между теплом, составом породы и потоком воды, вызванным ударом Чиксулуба, позволяя нам исследовать, как гидротермальные системы изменялись со временем и определять, как долго они оставались активными под кратером."

Эти результаты могут быть распространены на другие каменистые планеты, которые испытали свои собственные массивные удары на протяжении истории Солнечной системы. На Марсе есть десятки огромных ударных кратеров, самый большой из которых имеет диаметр более 3,000 км, и естественно задаться вопросом, создали ли эти удары аналогичные гидротермальные системы. Если да, то они могли бы быть местом, где простая жизнь могла бы начать свое существование на этой планете, если это когда-либо происходило.

"Мы знаем, что такие планеты, как Марс, которые не имеют защиты от плотной атмосферы, как Земля, испытали множество ударов на протяжении своей истории," сказала ведущий автор Пиккерсгилл. "Это включает в себя периоды, когда вода могла быть гораздо более обильной, и достаточно большие удары могли бы способствовать образованию долговечных гидротермальных систем, которые могли бы поддерживать жизнь."

"Пористые, треснувшие породы, созданные ударами, создают микроокружения, где микроорганизмы могут быть защищены от радиации и экстремальных температур," добавила Пиккерсгилл. "Эти условия дают жизни шанс закрепиться и процветать, и, вероятно, именно это произошло здесь на Земле миллиарды лет назад. Когда мы смотрим в будущее космических исследований, эти находки могут помочь будущим миссиям на другие планеты определить, какие ударные кратеры могли бы быть наиболее вероятными для поддержания жизни."