Почему вымерли динозавры (об одной из гипотез)

Инверсия магнитного поля Земли как причина вымирания динозавров

http://journal-shkolniku.ru/dinozavry.html

Ю. Коптев

Промежуток времени между меловым периодом и началом палеогена покрыт мраком, получается впечатление, как будто в театре выключили свет и через некоторое время снова включили: обнаружилась сцена, наполненная действующими лицами, "артисты" были уже другие, и они разыгрывали другую пьесу; "расцвет млекопитающих" называлась эта новая пьеса, а предыдущая — "торжество динозавров".

Л. Савельев "Следы на камне"

Эта загадка поставила в тупик многих исследователей. И не удивительно. Действительно, почему где-то около 80 миллионов лет назад вымерли динозавры? Причем повсеместно. А ведь эти чудовища более 150 миллионов лет хозяйничали на Земле.

Наибольшего расцвета они достигли в меловом периоде. В океанах и морях плавали страшные рыбоящеры — мезозавры и ихтиозавры, — перед которыми современные акулы кажутся безобидными карасями. В воздухе летали сказочные драконы — птеродактили — с размахом крыльев до восьми метров. Сушу сотрясала тяжелая поступь гигантских травоядных ящеров — диплодоков. Это животное вы не раз видели на рисунках: необычно маленькая голова, длинная шея, массивное туловище, длинный, волочащийся по земле хвост.

Такие гиганты (а некоторые из них достигали в длину 25 метров!) помимо головного и спинного мозга имели еще один, расположенный в области таза и по своему объему превосходивший в несколько раз головной.

Господству динозавров, казалось, не будет конца. И вдруг произошло неожиданное. На протяжении очень короткого исторического срока эти чудовищные рептилии полностью вымерли, уступив свое место млекопитающим.

Какая же сила уничтожила ящеров? Борьба за существование? Но кто был страшен этим гигантам? Млекопитающие только-только появились и не могли конкурировать с ящерами. Мало вероятно и то, чтобы одни группы ящеров вели беспощадную войну на полное уничтожение с другими группами.

Что же случилось в тот далекий период? Ведь тогда вымерли не только динозавры. Примерно в то же время произошли не менее резкие изменения и в растительном мире. В начале мелового периода наивысшего расцвета достигли так называемые голосемянные растения, главных представителей которых вы хорошо знаете — это хвойные растения. Так вот, когда на ящеров напал странный мор, необычно бурный расцвет переживают покрытосемянные — земля одевается лиственными лесами. Чарльз Дарвин назвал это явление "ужасной тайной" в истории Земли.

Многие ученые пытались объяснить такие перемены различными геологическими процессами или изменением климата Земли. Однако эти гипотезы не могли объяснить всех изменений. Ведь ни геологические, ни климатические катастрофы не могли произойти одновременно сразу же на всей Земле. Животные могли уйти в более безопасные места с приемлемым для них климатом. А они вымерли везде. Здесь следовало искать такую причину, которая могла иметь глобальный, повсеместный характер. Только такие причины могли привести к катастрофическим переменам в фауне и флоре нашей планеты...

Безусловно, Земля не оставалась все время такой, какой мы ее знаем сейчас: возникали и исчезали горы, появлялись из океана и опять скрывались в пучине вод острова, наступало и вновь отходило море, менялись растительность и животный мир. Трудно разобраться во всех этих переменах и еще трудней отыскать их свидетелей. Когда историки исследуют прошлое, они пользуются хрониками, летописями, документами, воспоминаниями. Тем, кто изучает Землю, труднее: у катастроф, потрясавших ее, нет очевидцев. Но ведь и обо многих событиях в жизни людей рассказывают не только письменные источники или устные предания. Большую помощь оказывают неодушевленные следы минувшего — археологические находки. Они мертвы, но не безмолвны, нужно только суметь их "прочитать". Геологическое прошлое, оказывается, тоже записано. И записи эти сделало магнитное поле Земли.

Делая географические открытия, древние мореплаватели полагали, что компас указывает всегда на "волшебные железные горы", которые и притягивают конец стрелки к себе. В средние века капитаны втолковывали юнгам: "Магнитная стрелка, как подсолнух к солнцу, поворачивается к Полярной звезде". "Там, где хвост Большой Медведицы, имеется магнитный камень", — говорили они.

И это не удивительно, что поведение магнитной стрелки связывали с действием волшебных камней. Магнитные явления известны, по крайней мере, с V века до нашей эры. Некоторые камни, найденные вблизи города Магнезия (теперь Манисса) в Турции, обладали необычным свойством: если их свободно подвешивать, они всегда ориентировались в определенном направлении. (Как утверждает одна версия, по имени города Магнезия и получил свое название магнит.) За 3000 лет до наших дней появились первые компасы — небольшие кусочки намагниченного железа, помещенные на пробке, плавающей в глиняном сосуде с водой. Такие примитивные приборы применяли кочевники при переходах через бескрайние пески гобийских пустынь. Причем эти компасы были настолько ценны, что их держали в специальных ящиках, между горбами белых верблюдов.

Хотя люди и использовали магниты, но их свойства приписывали неким сверхъестественным силам. Лишь начало XVII века принесло истину. В 1600 году Вильям Гильберт Колчестерский опубликовал книгу "О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле", в которой обобщил результаты своих почти двадцатилетних опытов. Это был первый действительно научный труд по магнетизму. Самый известный эксперимент был поставлен с целью объяснить магнетизм Земли. Гильберт изготовил из магнитного материала шар — тереллу (то есть землицу) и исследовал, как этот шар будет действовать на поднесенную к нему маленькую железную стрелку. Оказалось, что она ведет себя так же, как стрелка компаса в различных точках Земли. У тереллы тоже были полюса и экватор. Все это позволило Гильберту сделать вывод, что Земля — магнит и стрелка компаса ориентируется по его силовым линиям.

Прошло еще около двухсот лет, и известный немецкий физик Карл Гаусс математически вывел зависимость величины геомагнитного поля от точки, где происходили наблюдения. Эти расчеты совпали с истинными величинами поля. Так был сделан следующий шаг — показано, что источник магнитного поля Земли находится внутри нашей планеты.

Еще великий адмирал Христофор Колумб во время плавания в 1492 году заметил, что стрелка его компаса где-то посередине Атлантического океана перестала показывать на Полярную звезду и отклонилась почти на 12 градусов на Запад. Известие об этом вызвало панику среди суеверных матросов, которая грозила перерасти в бунт. Однако Колумб поступил весьма решительно. Он повернул шкалу компаса так, чтобы стрелка указывала прежнее направление, а команде каравеллы объяснил, что "Полярная звезда сместилась со своего места".

Так было открыто склонение, измеряющееся углом между направлениями на магнитный и географический полюсы; так была введена первая "поправка" на склонение. Впоследствии, чтобы можно было ориентироваться в морях и океанах, мореплаватели стали составлять специальные таблицы и карты поправок на склонение. Одну из таких карт с уникальными замерами магнитного склонения во многих морях и океанах мира привезли в подарок Гильберту его друзья — королевские пираты Френсис Дрейк, совершивший второе, после Магеллана, кругосветное путешествие, и Генри Кэвендиш.

Первую карту склонений составил по поручению английского адмиралтейства в 1701 году известный английский астроном Эдмонд Галлей. Однако эта карта не была точной, так как составили ее только по измерениям, произведенным на морях. А необходимость знать склонения с развитием мореходства становилась все насущнее. Поэтому не удивительно, что многие ученые занимались сбором необходимых данных и составлением карт. Так например, видный политик и ученый Лейбниц писал создателю русского флота Петру I: "Если бы Ваше царское величество повелеть изволили учредить таковые наблюдения [склонения], то тем оказали бы важное пособие к усовершенствованию мореплавания в пользу всем морякам".

Очень важным было открытие несовпадения магнитных и географических полюсов Земли. Многие исследователи пытались отыскать "нулевую" магнитную точку. Некоторым даже удавалось ее найти и установить координаты, но, как ни странно, данные разных путешественников не совпадали. Причину этого удалось выяснить позднее. Оказалось, что магнитные полюса непрерывно кочуют, не остаются надолго на одном месте. А вместе с ними изменяется и склонение. Поэтому и приходится примерно через каждые 5-10 лет подправлять мореходные таблицы.

Через два десятилетия после плавания Колумба была открыта другая составляющая магнитного поля — наклонение. Оно определяется углом между горизонталью и направлением, которое занимает свободно подвешенная стрелка компаса. Но склонение и наклонение еще не все говорят о Земле как о магните. Чтобы получить ее полную характеристику, необходимо знать и о "силе" этого магнита — напряженности его поля.

А сейчас немного отойдем от нашего рассказа и поговорим на первый взгляд о совершенно других вещах. Знаете ли вы, как изготовляют кирпичи? Сначала делают форму, кладут в нее глину, затем подсохший кирпич кладут в печь для обжига. Это известно многим, но лишь единицы знают, что такая процедура обжига уже тысячи лет существует без изменения. И самое важное для нас здесь то, что кирпич всегда кладут в печи на длинное ребро. Это и позволяет узнать нам, когда был изготовлен кирпич. И вот почему. При понижении температуры в печи, когда она становится ниже 800 градусов, зерна магнитных минералов, имеющихся в глине, под воздействием земного магнитного поля ориентируются по нему и слегка намагничиваются. От этого приобретает намагниченность и сам кирпич. Он "записывает" в себе величину и наклонение поля. А если удается отыскать древнюю печь с оставленными в ней кирпичами, то удается определить и склонение (ведь ни печь, ни кирпичи в ней никто не двигал, не перемещал, и они сохранили свое первоначальное положение).

Ученый С. П. Бурлацкая изучала на Кавказе древние поселения. Исследуя намагниченность обожженных в печах глиняных изделий (а время их обжига можно было установить по археологическим данным), она заметила, что напряженность геомагнитного поля за последние пять — шесть тысяч лет изменялась. От наших дней в глубь веков оно плавно нарастало и становилось максимальным где-то в начале нашей эры, а затем вновь уменьшалось. Причем значительно — в два раза по отношению к нынешнему. Если мы будем уходить еще глубже по лестнице веков, то геомагнитное поле опять начинает расти. Таким образом, напряженность магнитного поля Земли со временем периодически меняется. Как предполагают ученые, период изменения поля составляет около 10 000 лет.

Вело себя странно и наклонение магнитной стрелки. Если подвешенная стрелка в III веке установилась бы под углом 20 градусов к горизонту, то через 500 лет ее конец был направлен уже на 65 градусов вниз! Таким образом и наклонение меняет свою величину, но с другим периодом — около 1000 лет. И для разных мест по-разному. Так, для Лондона оно было максимальным в 1700 году, а для Японии — в 1200 году. Это явление тоже связано с тем, что магнитный полюс колеблется вокруг географического. Как вычислили ученые, в последний раз магнитная стрелка точно указывала на Северный полюс в 1663 году. С 1928 по 1948 год южный магнитный полюс сместился на 150 километров. Японский физик Ватанабе установил, что какое бы положение ни занимал магнитный полюс, за достаточно большой промежуток времени его усредненным положением будет географический полюс. Они взаимосвязаны. И в этом ничего удивительного нет, ведь магнитное поле обязано своим существованием вращению планеты.

Археологические методы не позволяют заглянуть далеко в прошлое. И здесь ученым помогает иной метод разработанный японским геофизиком Т. Нагата.

Десятки лет назад было обнаружено, что многие горные породы, из которых состоит земная кора, тоже обладают остаточным магнетизмом. Его возникновение относится к тем временам, когда эти породы, извергаясь из земных недр, находились в раскаленном состоянии. При остывании, как у кирпичей в печах для обжига, в них "записывалось" магнитное поле Земли, существовавшее в те далекие времена.

Хранят записи о магнитном поле и осадочные породы. Когда зерна магнитных пород оседают на дно океанов и морей, они, подобно малюсеньким магнитным стрелкам, ориентируются по существующему в данном месте и в данный момент геомагнитному полю. Масса таких "магнитиков" и создавала остаточную намагниченность.

Если изучать магнитные свойства геологического разреза горных пород или колонки грунта, взятой со дна океана, то можно проследить за изменением магнитного поля в очень далекие времена.

Человек изобрел компас более трех тысяч лет назад. И с тех пор стрелка показывает всегда в одну сторону — на полюс. Это направление геофизики называют "прямым направлением", или "нормальным". Однако в начале тридцатых годов были обнаружены образцы пород с обратной намагниченностью. В то время на это явление мало кто обратил внимание. И все же явление было зафиксировано. Вскоре физики нашли, что в лабораторных условиях с помощью специальных катушек, по которым течет ток, можно скомпенсировать магнитное поле Земли и получить ненамагниченные образцы, можно и перемагнитить их. Вот тогда-то и решили, что образцы с ненормальным направлением почему-то перемагнитились самостоятельно.

Геофизик И. Хосперс, изучая напластования застывших лав на склонах вулканов в Исландии, заметил, что поток горячей лавы, обжигая на своем пути горные породы, перемагничивает их и заставляет "забыть" данные о старом магнитном поле. Отсюда Хосперс делал вывод, что самообращения не происходит, его вызывают внешние причины.

Сейчас уже считается доказанным, что в истории Земли неоднократно происходили обращения поля — инверсии, когда магнитные полюса менялись местами: северный становился южным, и наоборот. Это было подтверждено при изучении чередующихся слоев осадочных пород и лав. И везде последовательность слоев была одинакова. Причем в некоторых геологических периодах было по нескольку таких инверсий.

Первые изменения полярности полюсов находят еще в кембрийских и силурийских отложениях — 400-300 миллионов лет назад. Тогда инверсии происходили через десятки миллионов лет. В каменноугольный период, когда на суше был расцвет растительной жизни, инверсии происходили раз в несколько миллионов лет. Причем в этот период преобладала обратная полярность. Чем ближе к нашим дням, тем "прогулки" полюсов становятся чаще. Не менее девяти раз менялись они местами в плиоцен — последнюю эпоху третичного периода истории Земли, длившуюся 5 миллионов лет. Последняя инверсия отмечена 500-800 тысяч лет назад.

Итак, факт, что полюса могут меняться местами, стал общепризнанным. Теперь перед учеными встал другой вопрос: а что происходит в момент инверсии? Не исчезает ли геомагнитное поле полностью, не становится ли оно "нулевым"? Пока еще никто не может дать убедительный ответ на этот вопрос. Единого мнения нет. Некоторые ученые считают, что исчезает, а другие, возражая им, утверждают, что в момент инверсий возрастает поле мировых магнитных аномалий, которое и заменяет на какое-то время основное геомагнитное поле. Но далеко не полностью. Исследования показали, что оно может ослабевать в 5-10 раз.

А теперь попытаемся дать ответ и на вопрос, который мы поставили в заголовок: "Почему вымерли динозавры?"

В ноябре 1970 года на конференции Геологического общества Америки доктор Джеймс Д. Хейс сообщил о том, что, изучая колонки донного грунта, взятые в различных районах Мирового океана, он обнаружил исчезновение за последние 2,5 миллиона лет восьми видов живущих во всех океанах одноклеточных морских организмов — радиолярий. Шесть из них вымерло одновременно и повсеместно. И это не было случайностью, заявляет Хейс, так как их гибель произошла немедленно вслед за переменой направления магнитного поля. Такие "перемагничивания" способны влиять на живые организмы, не только уничтожая некоторые их виды, но и порождая новые. Так, Хейс указывает, что именно в такие периоды внезапно появились некоторые виды водорослей и простейших организмов.

Если это действительно так, то становится понятной и гибель динозавров — их исчезновение приходится также на период инверсии. Во всяком случае, так считают многие ученые. А некоторые из них идут еще дальше. Они полагают, что и невероятный, по быстроте сравнимый только со взрывом, процесс появления гомо сапиенс — человека — связан тоже по времени со сменой полярности полюсов. И здесь виновато магнитное поле.

Но как и почему выключение геомагнитного поля приводит к исчезновению одних видов и появлению других на древе эволюции?

Ни на секунду не прекращается бомбардировка атмосферы нашей планеты космическими частицами. С огромными скоростями они приходят к нам из глубин космоса. Их энергии вполне достаточно для того, чтобы при встрече с каким-либо плотным веществом произвести в нем разрушения: сместить атомы, разорвать между ними связи. Нас от губительного действия этих "пуль космоса" надежно защищает магнитное поле Земли. Так как космические частицы имеют электрический заряд, то они взаимодействуют с магнитным полем и отклоняются к полюсам. Магнитное поле захватывает их. Попавшие в его "паутину" частицы образуют радиационные пояса Земли.

В периоды инверсии, когда магнитный щит Земли исчезает, космические частицы могут достигать ее поверхности. Здесь они способны реагировать с тканями живых организмов.

Как известно, все ткани живых организмов построены из клеток. Одной из главных частей клетки является ядро, внутри которого находятся носители наследственности — хромосомы, — имеющие сложную молекулярную структуру. Как инженер-строитель имеет чертежи будущего здания, так и каждая хромосома наделена закодированой записью качеств клетки. При размножении (а клетки, как вы знаете, размножаются делением) хромосомы попадают в дочернюю клетку, "доводя до ее сведения" наследственную информацию, "рассказывая", как и что надо строить. Все части тела организма, все его органы формируются, точно придерживаясь наследственного кода. Он же обеспечивает и правильное функционирование организма и отдельных его частей.

Под действием радиоактивных излучений может происходить перестройка молекулярной структуры хромосом — возникают мутации, в результате чего у потомков могут возникнуть новые качества, которых не было у родителей. Человек сейчас широко использует этот метод, называемый радиационной селекцией, для получения новых пород животных и растений. Так ученые получили пенициллиновые грибки, дающие в десятки раз больше "продукции", чем их предшественники, и злаки, устойчивые против многих заболеваний.

Мутации могут возникать и под действием космических лучей. Такие ненаправленные мутации, как правило, приводят к появлению дефективных, нежизнеспособных форм. В ходе естественного отбора они обречены на неизбежное вымирание. Все это позволяет ученым считать, что быстрое исчезновение гигантских ящеров, а также изменения в растительном мире планеты могли быть вызваны достаточно длительным увеличением интенсивности космического излучения, которое произошло в момент исчезновения магнитного поля Земли. В Палеонтологическом музее Российской академии наук исследовалась радиоактивность останков некоторых древних животных, живших на протяжении 400 миллионов лет. Особо высокая радиоактивность наблюдалась у костей динозавров, причем у тех видов, которые относились к эпохе их вымирания. А почему же выжили другие организмы?

Мутации наиболее существенно сказываются на более сложных, долгоживущих организмах. Кроме того, устоявшиеся виды животных и растений, по-видимому, поражаются в значительно большей степени, чем вновь появившиеся, изменяющиеся. На Земле известны такие места, где сохранились архаичные формы растений и животных. Они выжили в глубинах морей и океанов, а также глубоко под землей, там, куда не проникали космические лучи. Вполне вероятно поэтому, что мелкие животные — млекопитающие, жившие в норах, под слоем грунта, являющимся неким экраном, — выжили и заняли господствующее положение. Так же уцелели и более примитивные, но лучше защищенные толщей воды животные, например, черепахи или живые ископаемые — кистеперые рыбы — целаканты.