Довговічна гідротермальна система Чіксулубу існувала 8 мільйонів років

Коли масивний астероїд діаметром десять кілометрів вдарив у Землю приблизно 66 мільйонів років тому, він створив величезний кратер. Удар спричинив мегацунамі та глобальну пожежу. Це також викликало ударну зиму, що заглушила фотосинтез. Усе це призвело до вимирання неавіаційних динозаврів. В цілому, удар і його наслідки знищили близько 75% усіх видів на Землі.

Але в останні роки деякі дослідники зосередилися на його підземному ефекті. Удар, ймовірно, створив величезну гідротермальну систему з розбитої породи, через яку текла перегріта вода, взаємодіючи з породою. Ніхто не знає напевно, але цей тип гідротермальної системи може бути місцем, де зароджується життя, якщо система існує достатньо довго.

Нові дослідження в журналі Nature Communications Earth and Environment стверджують, що гідротермальна система, створена Чіксулубом, могла існувати довше, ніж вважалося раніше. Стаття має назву "Довговічна гідротермальна система, створена ударом, в структурі Чіксулуб" і головним автором є Аннемарі Е. Пікерсгілл. Пікерсгілл представляє Школу географічних та земних наук Університету Глазго.

"Гідротермальні системи, ймовірно, відігравали важливу роль у виникненні життя, як на Землі, так і, можливо, на інших планетах", - пишуть автори. "Вони формуються будь-де, де тепло та водяні рідини взаємодіють, включаючи охолоджені кратери гіперзвукових ударів."

Чим довше ці системи існують, тим більше можливостей для передбіотичних хімічних реакцій. І якщо просте життя дійсно виникає там, то чим довше системи існують, тим більше можливостей для його розмноження та процвітання, а також для розповсюдження в інші ніші.

Гідротермальні системи під ударами не є рідкістю. З приблизно 200 відомих ударних структур на Землі близько 70 з них мають свідчення гідротермальних систем. Ці системи виглядають як ідеальні середовища для життєздатності. Вони пористі та проникаючі, мають багатий хімічний склад і легко доступні поживні речовини. Однак свідчення мікробної колонізації в системах є незначними. Лише 8 з 200 на Землі показують чіткі свідчення мікробної колонізації. "Ми не можемо з упевненістю стверджувати, що ці ранні ударні середовища були населені, оскільки так мало з геологічного запису ранньої Землі все ще існує, і, отже, фізичні властивості ранньої земної кори погано обмежені", - пишуть автори.

Але вони можуть розглянути природу цих систем і розрахувати, як довго вони існують. "Ми можемо, однак, дослідити, чи могли ударні кратери забезпечити правильні температурні та рідинні умови протягом достатньо тривалого часу, щоб життя могло виникнути", - пояснюють дослідники.

Час є критично важливим, оскільки він створює більше можливостей для виникнення правильної хімії. У цій роботі вони досліджують, як довго могла існувати гідротермальна система Чіксулубу, і використовують її як аналог для інших великих басейнів. Результати застосовуються не лише до Землі, але й до інших планет, особливо до Марса, який колись був теплим, вологим і, найімовірніше, придатним для життя.

"Тут ми представляємо радіоізотопні вікові обмеження та числові моделювання тривалості постударної гідротермальної активності в і навколо пікового кільця ударної структури Чіксулуб діаметром ~200 км, що сталася 66 мільйонів років тому", - пишуть дослідники.

Вчені знали про гідротермальну систему протягом десятиліть завдяки сейсмічним дослідженням та бурінню. Багаторазові зусилля з буріння виявили мінерали, змінені внаслідок гідротермальної активності.

Дослідження 2004 року припустило, що система існувала не менше 300,000 років. "Наше початкове висновок полягає в тому, що гідротермальні процеси були активними в басейні Чіксулуб не менше 300 тисяч років і могли діяти значно довше", - написали ті дослідники.

Потім з'явилися інші дослідження, і в 2007 році дослідники оцінили, що системі знадобилося 2.3 мільйона років, перш ніж вона охолола до нижче 90 градусів Цельсія. Ті ж дослідники вважали, що їхнє число є консервативною оцінкою.

"Де б на Землі ви не знайшли текучу теплу воду, ви знайдете життя, і ми вже давно знаємо, що удари астероїдів створюють гідротермальні системи", - сказала головний автор Пікерсгілл у прес-релізі. "Попередні дослідження, проведені на початку 2000-х, припустили, що система, створена ударом Чіксулубу, існувала близько двох мільйонів років. Ці висновки базувалися на комп'ютерних моделях, які навіть на той час вважалися консервативними оцінками, але ми все ще були здивовані результатами нашого дослідження."

Інші дослідники дійшли до різних оцінок, і в 2020 році одна група заявила, що "система підтримувала температури ≥250 °C протягом від 150 до 500 тисяч років."

Але ця робота показує, що ці цифри, можливо, були консервативними.

"Ми виявляємо, що гідротермальна активність зберігалася принаймні 8 мільйонів років, що приблизно в чотири рази довше, ніж раніше оцінювалося числовими моделями, палеомагнітними записами та петрографічними інтерпретаціями в Чіксулубі, що робить її найдавнішою гідротермальною системою, створеною ударом, задокументованою на Землі", - пишуть автори.

Багато з того, на чому базується цей новий результат, походить з Міжнародної програми океанічних відкриттів та Міжнародної континентальної наукової програми буріння, а також їхньої експедиції 364. Ця експедиція відбулася в 2016 році і пробурила глибоко в пікове кільце Чіксулубу. Ці зразки буріння містили тип польового шпату, багатого калієм, який утворився внаслідок потоку гарячих рідин. Головний автор Пікерсгілл був частиною цієї наукової команди і використовував датування аргон-аргоном, щоб визначити вік цих зразків. Вік польового шпату варіювався від 66 мільйонів років тому, часу удару, до приблизно 58 мільйонів років тому, що становить 8 мільйонів років.

Щоб доповнити ці результати, дослідники звернулися до симуляцій. У цих симуляціях вони моделювали різні типи геологічних умов, щоб побачити, які з них могли створити таку ж довговічну систему. Моделювання команди показало, що висока проникність у породі, ударне нагрівання та природні геотермальні системи дозволили гідротермальній системі існувати так довго.

"Прогрес у обчислювальних методах дозволяє дослідникам моделювати складні природні системи з небаченою реалістичністю, наближаючи нас ще ближче до розкриття таємниць хаотичних фізичних процесів, які формують Землю та інші планетарні тіла протягом геологічних масштабів часу", - сказав співавтор доктор Євангелос Христу, колишній аспірант Коледжу науки та інженерії Університету Глазго. "Ми використали ці досягнення, щоб дослідити в небаченій деталізації складні взаємодії між теплом, складом породи та потоком води, які викликав удар Чіксулубу, що дозволило нам дослідити, як змінювалися гідротермальні системи з часом і визначити, як довго вони залишалися активними під кратером."

Ці результати можуть бути застосовані й до інших кам'янистих планет, які зазнали своїх власних масивних ударів протягом історії Сонячної системи. У Марса є десятки величезних ударних кратерів, найбільший з яких має діаметр понад 3000 км, і цілком природно запитувати, чи створили ці удари подібні гідротермальні системи. Якщо так, то вони могли бути місцем, де просте життя зародилося на цій планеті, якщо воно коли-небудь виникло.

"Ми знаємо, що планети, такі як Марс, які не мають захисту товстої атмосфери, як Земля, зазнали багатьох ударів протягом своєї історії", - сказала головний автор Пікерсгілл. "Це включає періоди, коли вода могла бути набагато більшою, і великі удари могли спонукати до формування довговічних гідротермальних систем, які могли підтримувати життя."

"Пористі, тріщинуваті породи, створені ударами, створюють мікросередовища, де мікроорганізми можуть бути захищені від радіації та екстремальних температур", - додала Пікерсгілл. "Ці умови дають життю шанс закріпитися та процвітати, і, ймовірно, саме так сталося тут, на Землі, мільярди років тому. Коли ми дивимося в майбутнє космічних досліджень, ці результати можуть допомогти майбутнім місіям на інших планетах визначити, які ударні кратери могли б найбільше ймовірно підтримувати життя."