вторник, 26 февраля 2019 г.


В венах загадочных антарктических рыб течет антифриз


Крокодиловая белокровка (лат. Chaenocephalus aceratus) обитает в прибрежных антарктических водах и отличается рядом специфических особенностей. Одна из них заключается в том, что у этой рыбы попросту нет функциональных эритроцитов, которые отвечают за доставку кислорода клеткам и тканям — поэтому ее кровь белого, а не красного цвета. Пока что это единственное из известных позвоночных, обладающее таким свойством, пишет «Популярная механика».
Чтобы выживать в холодной воде и как-то компенсировать отсутствие функционального гемоглобина — белка, который и помогает эритроцитам захватывать кислород — белокровка обзавелась огромным сердцем и укрепленной сосудистой системой. Ее организм производит гликопротеины, играющие роль антифриза — они понижают температуру замерзания жидкостей внутри тела.
Исследователи из Корейского полярного научно-исследовательского института обнаружили, что подотряд «ледяных» рыб, Notothenioidei, отделился от основной группы примерно 77 миллионов лет назад. К тому времени, как средняя температура в Антарктике опустилась до -1,9°С (примерно 10−14 миллионов лет назад), организм нототеноидов начал вырабатывать механизмы устойчивости к холоду. В своей статье ученые отмечают, что гены, кодирующие выработку гликопротеинов и другие биологические аспекты, позволяющие рыбам выживать в суровых северных условиях, проявляют повышенную активность.
Анализ также показал, что у белокровки отсутствует часть генов, отвечающих за регуляцию циркадных ритмов. В этом нет ничего удивительного — в Антарктиде солнце никогда не садится летом и не восходит зимой, поэтому отпадает и нужда в подобной регуляции. Вероятно, с ходом эволюции гены сначала просто ослабли из-за того, что оказались не востребованы, а затем и вовсе были разрушены мутациями.
Подобные исследования помогают ученым понять, как именно животным удается выживать в условиях крайне низких температур.


Читать полностью: https://42.tut.by/627765


Читать полностью: https://42.tut.by/627765

На юге Африки найдены следы древних ледников

Во время полевых работ по изучению вулканических пород Намибии американские геологи обнаружили в пустыне группы невысоких эллиптических холмов, выстроенных в цепи. Такие формы рельефа весьма характерны для территорий, которые ранее были покрыты ледниками. Датировка показала, что они сформировались около 300 млн лет назад, в позднем палеозое. И действительно, тогда Африка, Южная Америка, Антарктида, Австралия и Индия составляли единый суперконтинент Гондвана, который располагался вблизи Южного полюса. Удивительно, что ранее никто не обращал внимания на такой яркий пример ледниковых форм рельефа в Южной Африке.
Полевая поездка в Намибию для изучения вулканических пород привела американских ученых к неожиданному открытию. Группа геологов из Университета Западной Вирджинии во главе с Грэмом Эндрюсом (Graham Andrews) буквально наткнулась на разбросанные по пустыне в районе Твифелфонтейн своеобразные формы рельефа, представляющие собой цепочки холмов эллиптической формы (речь про контур основания). Грэм Эндрюс, который вырос в Северной Ирландии, сразу предположил, что это ледниковые формы рельефа. Гипотеза была настолько очевидной, что ученый не поверил, что ранее никто не описывал данные образования, и, прежде чем публиковать результаты исследования в журнале PLOS One, тщательно изучил все, что было написано ранее о геоморфологии этого региона.
Описываемые холмы имеют достаточно хорошие обнажения (рис. 1), благодаря которым по геологическим данным легко определяется их возраст. Это границакарбона и перми (примерно 300 млн лет назад) — время, когда африканский континент входил в состав суперконтинета Гондвана, а южная оконечность Африки располагалась в районе Южного полюса (рис. 2).
Рис. 2. Положение континентов 300 млн лет назад
Рис. 2. Положение континентов 300 млн лет назад. Рисунок с сайта www-udc.ig.utexas.edu
С геологической точки зрения обнаруженные холмы — это окатанные и отполированные движением ледника выступы коренных пород. Часто это выступы более плотных и твердых по сравнению с окружающими пород, например, гранитов (рис. 3). В российской геоморфологии такие формы называют «бараньими лбами».
Рис. 3. «Бараньи лбы» гранитного состава
Рис. 3. «Бараньи лбы» гранитного состава. Фото с сайта wvutoday.wvu.edu
Авторы исследования называют эти холмы по-разному в зависимости от их размера: мелкие (первые метры и десятки метров) выступы — roche moutonées («бараньи лбы»), более крупные (десятки и сотни метров) — drumlins (друмлины), а самые крупные (километрового размера) — whalebacks («китовые спины»). На мой взгляд, все эти образования подпадают под определение «бараньих лбов» разного размера. Использование термина друмлины спорно, так как друмлины в классическом понимании сложены не коренными породами, а моренными отложения, и образуются они при отступлении ледника, а не при его пластическом движении, как «бараньи лбы», являющиеся типичными формами ледниковой эрозии (рис. 4). Большинство обнаруженных холмов по классификации авторов относятся к «китовым спинам».
Рис. 4. Схема образования ледниковых эрозионных холмов
Рис. 4. Схема образования ледниковых эрозионных холмов. Форма «бараньих лбов» позволяет реконструировать направление движение ледника. Склоны, обращенные в сторону, откуда движется ледник, являются более пологими и гладкими, противоположные склоны — обрывистые и часто неровные. Рисунок с сайтаweb.gccaz.edu
Вернувшись из экспедиции, авторы продолжили изучение обнаруженных форм ледникового рельефа на основе анализа космических снимков территории, доступных в Google Earth и Google Maps. Первое, что показал анализ снимков: поверхность скальных выступов повсеместно покрыта эрозионными бороздами, которые оставляли вмороженные в нижнюю поверхность ледника камни (рис. 5).
Рис. 5. Эрозионные борозды на поверхности скальных выступов
Рис. 5. Эрозионные борозды на поверхности скальных выступов свидетельствуют о высокой скорости движения ледника. Фото с сайта wvutoday.wvu.edu
Наличие таких борозд говорит о крайне высокой скорости движения, так как медленно ползущий ледник успевает подтаивать и оставляет вмороженные камни в виде моренных отложений. Это значит, что в районе Твифелфонтейн 300 млн лет назад происходило так называемое движение ледникового потока (ice stream) — пластическое перемещение огромных объемов ледниковых масс, аналогичный тому процессу, который наблюдается в наши дни в Антарктиде (рис. 6).
Рис. 6. Современные ледниковые потоки Антарктиды
Рис. 6. Современные ледниковые потоки Антарктиды. В верхнем левом углу — шкала скорости движения ледниковых потоков (от 0 до 3592 м в год). Схема с сайтаantarcticglaciers.org
Известно, что длина борозд и степень удлинения самих «бараньих лбов» прямо пропорциональна скорости ледникового потока. Основываясь на наблюдениях за современными ледниковыми потоками в Антарктиде, авторы посчитали, что скорость движения ледника в районе Твифелфонтейн составляла около 800 метров в год. Выявленные субгляциальные (подледные) линейные структуры прослеживаются в северо-западном направлении на протяжении более 200 км вплоть до самого побережья. Такой путь проделал ледник, чтобы завершить свой путь на мелководье в районе побережья нынешней Бразилии. Сам же ледниковый щит (центр ледника) располагался восточнее, в районе нынешней пустыни Каоковелд (Kaokoveld, рис. 7).
Рис. 7. Палеореконструкция территории Северной Намибии в период позднепалеозойского оледенения
Рис. 7. Палеореконструкция территории Северной Намибии в период позднепалеозойского оледенения (Late Paleozoic ice age — LPIA). Тонкими стрелкамипоказаны направления ледниковых потоков; толстыми стрелками — долинные ледники;тонкими линиями — палеодолины; сиреневый прямоугольник — район полевых работ. Kaokoveld ice sheet — ледниковый щит Каоковелд. Желтый цвет — гляциальные отложения серии Итараре (Itarare) в Бразилии. Рисунок из обсуждаемой статьи в PLOS One
Очевидно, такие быстрые темпы таяния ледникового покрова в самом конце каменноугольного — начале пермского периодов были связаны с перемещением африканского континента в это время к северу. Если в раннем карбоне, согласно палеотектоническим реконструкциям, территория нынешней Намибии находилась в районе Южного полюса, то к концу каменноугольного периода она переместилась к 60-й широте. И данные, полученные авторами исследования, прекрасно подтверждают тектонические построения. Результаты работы также позволяют объяснить генезис гляциальных отложений серии Итараре, расположенных в прибрежной зоне Бразилии, существенно дополняя представления геологов о развитии суперконтинента Гондвана.
Источник: Graham D. Andrews, Andrew T. McGrady, Sarah R. Brown, Shannon M. Maynard. First description of subglacial megalineations from the late Paleozoic ice age in southern Africa // PLOS One. 2019. 14 (1): e0210673 DOI: 10.1371/journal.pone.0210673.

среда, 20 февраля 2019 г.

В Австралии признали первое вымирание из-за глобального потепления

Министерство окружающей среды и энергетики Австралии официально перевело в группу вымерших животных рифовую мозаичнохвостую крысу (melomys rubicola). Это первый вид, чья популяция исчезла из-за изменения климата, пишет«Медуза».


Изображение: Ian Bell / Queensland Government

Первое упоминание о мозаичнохвостых крысах относится к 1845 году - тогда их увидели и описали первооткрыватели небольшого островка Брэмбл-Кей, находящегося в северной части Большого Барьерного рифа. Позже выяснилось, что животные являются эндемиками этого острова - они также являются единственными эндемиками-млекопитающими Большого Барьерного рифа в целом.
В конце 1970-х годов насчитывалось несколько сотен особей, в 1998 году - в рамках первого и единственного комплексного исследования мозаичнохвостых крыс - их численность была оценена в несколько десятков. В последний раз животное видели в 2009 году местные рыбаки.
В 2014 году ученые установили на острове ловушки и камеры. Несколько недель наблюдений, сопровождавшихся рейдами специалистов, в ходе которых они исследовали территорию визуально, не привели к каким-либо результатам. Специалисты сделали вывод о вымирании вида.
К 2016 году ученые подготовили официальный доклад, в котором назвали причиной вымирания изменение климата: из-за повышения уровня Мирового океана и вызванных им регулярных затоплений острова площадь, пригодная для обитания крыс, за десять лет сократилась на 97%. Два года спустя власти официально признали выводы ученых.

вторник, 19 февраля 2019 г.

Как выглядит суперлуние...

В эти дни жители планеты наблюдали очень большую «суперлуну». В этом месяце Луна подошла к Земле на наименьшее за год расстояние. Смогли насладиться зрелищем и белорусы. Посмотрите, если пропустили.
Суперлуния происходят каждый год. Их причина — в эллиптической форме орбиты Луны вокруг Земли, из-за чего расстояние между нашей планетой и спутником варьируется: от 406 тысяч километров при максимальном удалении до 357 тысяч в моменты сближения. 19 февраля планету и спутник разделяли всего 356 тысяч километров.





Читать полностью: https://42.tut.by/626987






Читать полностью: https://42.tut.by/626987



Читать полностью: https://42.tut.by/626987



Читать полностью: https://42.tut.by/626987

понедельник, 18 февраля 2019 г.

Человек — не химический робот


Дмитрий Жуков,
доктор биологических наук
«Химия и жизнь» №1, 2019

Иллюстрация из французского издания книги Рене Декарта «Человек», 1729 год («Химия и жизнь» №1, 2019)
Иллюстрация из французского издания книги Рене Декарта «Человек», 1729 год
Листая новости в Интернете, я наткнулся на статью, начинавшуюся следующим абзацем: «Граф Калиостро так и не сумел разгадать формулу любви. Хотя, по мнению ученых современности, весь ее секрет кроется в простом арифметическом действии и представляет собой не что иное, как сложение воедино гормонов фенилэтиламина, окситоцина и эндорфина».
Подобные утверждения уже давно не вызывают у меня ни смеха, ни возмущения, потому что журналисты — они такие. Это их работа — обрамлять рекламные площади занятными текстами. Если заметка «из мира науки», то она должна содержать простое утверждение вроде «открыт ген агрессии», или «у человека только три потребности», или, как в данном случае, что любовь — простое сложение трех гормонов. Несложную схему легко усвоить, и заметку читатель пробежит глазами до конца, заодно впитывая сопутствующие рекламные объявления.
Но недавно я встретил аналогичную картинку в социальной группе «Я — учитель биологии!». Как показывает поиск, она широко разошлась по соцсетям. А учитель биологии все-таки должен ставить перед собой другую цель — не развлекать учеников, а формировать у них такое представление об окружающем мире, которое соответствует мнению ученых специалистов. Мнение же это таково, что человек (и прочие животные) — не химический робот, что регуляция функций, особенно эмоций, процесс очень сложный, который зависит не только от концентрации определенных химических веществ, но и от того, в каких местах организма эти вещества находятся.
Зависимость состояния и настроения человека от гормонального фона, схема из социальной группы «Я — учитель биологии!» («Химия и жизнь» №1, 2019)
Зависимость состояния и настроения человека от гормонального фона, схема взята из социальной группы «Я — учитель биологии!»
А данная схема напрочь игнорирует принцип компартментальности живых систем. Наш организм — не мешок, в котором бултыхаются разные химикалии. У нас есть различные органы, каждый из них отделен от прочих. В каждом органе множество клеток разных типов, и каждая клетка имеет свою стенку. А внутри клетки имеется множество компонентов — органелл. И каждая из органелл опять-таки отделена от прочих и от заполняющей клетку жидкости специальной мембраной, которая пропускает только те вещества, которые надо пропустить. Да еще для входа и выхода веществ из органеллы имеются раздельные калитки. Страшно представить, что будет, если разрушатся мембраны лизосом. Впрочем, ничего страшного, клетка просто умрет, произойдет ее лизис, растворение.
Даже кровь, ток которой объединяет все органы и ткани организма, различна по химическому составу в каждом органе. Точнее, клетки каждого органа, окружающие кровеносные капилляры, представляют собой барьер, который пропускает строго определенные вещества. Многие слышали о гематоэнцефалическом барьере (учителя биологии наверняка знают о нем), который не пропускает в мозг определенные вещества. Аналогичными барьерами отгорожены от тока крови и ткани других органов: сердца, легких, семенников и прочих. Поэтому говорят о гистогематических барьерах, одним из которых является барьер гематоэнцефалический.
Вот поэтому перечень веществ на приведенной схеме не просто ошибочен, а биологически ложен. Ведь там в один ряд поставлены и гормоны, и нейромедиаторы. А эти группы веществ принципиально различны по своему участию в регуляции функций организма.
Гормоны секретируются в кровоток и, разносятся кровью по всему организму и могут влиять на работу всех органов и тканей. Есть и локальные гормоны, они секретируются в межтканевую жидкость и воздействуют на относительно небольшие группы соседних клеток. В отличие от гормонов, нейромедиаторы выделяются в синаптическую щель — место контакта двух нейронов. Некоторые нейромедиаторы, например фенилэтиламин, выводясь из синапса, могут изменять свойства мембран соседних нейронов, но не более отдаленных органов и тканей. Таким образом, ставить в один ряд нейромедиатор ацетилхолин и гормон тироксин безграмотно и антинаучно.
Еще один порок разбираемого нами перечисления в том, что норадреналин, дофамин (на схеме он назван «допамином», по-видимому, в результате перевода с английского, в котором «фосфор» пишется через «p» — phosphorus; в отечественной научной литературе все же принято написание через «ф»), серотонин обозначены просто как компоненты «гормонального фона». А ведь эти веществамогут быть и нейромедиаторами, и гормонами, и функции их зависят от того, выделяются ли они в конкретной синаптической щели или же поступают в кровь как гормоны. Норадреналин, к примеру, выделяется как из мозгового слоя надпочечников, так и из окончаний нейронов симпатической нервной системы на капиллярах. В обоих случаях он попадает в циркулирующий кровоток и действует как гормон, его концентрация отражает активность симпатической нервной системы. Но в мозге норадреналин работает нейромедиатором. Поэтому мозг и отделен гематоэнцефалическим барьером, чтобы периферический норадреналин не дезорганизовал работу норадреналиновых синапсов. Соответственно, содержание норадреналина в крови никак не связано с активностью норадренергических нейронов в мозге.
Плохо уже само название схемы: «Зависимость состояния от...». Зависимость бывает различной. На какие-то состояния организма гормоны могут влиять, как, например, все стероидные гормоны (эстрадиол, прогестерон, тестостерон). Стероиды свободно проходят через гематоэнцефалический барьер. Чем выше их концентрация в крови, тем больше этих гормонов оказывается в нервной ткани и тем сильнее их потенциальный эффект. Например, колебания уровня прогестерона в крови на протяжении менструального цикла влияют на настроение женщины: чем больше прогестерона, тем меньше беспокойство, тревога и психологический дискомфорт. А когда во время беременности концентрация прогестерона возрастает в десятки, сотни, тысячи раз — женщина становится не только совершенно невозмутимой, но и болевая чувствительность у нее резко снижается. В супрафизиологических дозах прогестерон оказывается и нейропротектором — самым эффективным препаратом из назначаемых при черепно-мозговой травме (Деревщиков С. А., Пособие дежуранта. Горно-Алтайск, 2014).
А в другом случае концентрация вещества в крови лишь отражает процессы, происходящие в мозге. Хорошо известно, что концентрация тестостерона в крови — и у мужчин, и у женщин — растет после победы в соревновании или после полового акта; тогда как введение тестостерона до соревнования, до любовного свидания нисколько не увеличивает вероятность успеха. Еще один яркий пример — концентрация серотонина. О том, почему ложно представление о серотонине как «гормоне счастья», мы уже писали (см. «Химию и жизнь» № 5, 2017). В двух словах: серотонин, который является нейромедиатором в мозговой ткани, участвует в регуляции эмоций, но тот, который мы определяем в крови, — главным образом продукт обмена веществ, выведенный из мозга; и обратно в мозг он никоим образом не попадет. Можно повысить концентрацию серотонина в своей крови, скажем, поедая богатые серотонином бананы. Но пытаться влиять на настроение таким способом — все равно что стряхивать градусник, надеясь этим унять лихорадку. Тем не менее автор схемы недрогнувшей рукой рисует серотонин в составе «гормонального фона» счастья и интереса.
Нужно сказать, что поиск веществ, концентрация которых отражает то или иное психическое состояние или процесс, — актуальная проблема биологической психиатрии. Биологические маркеры психических расстройств, в частности результаты анализа крови, помогают ставить диагноз, что, естественно, крайне важно для успешного лечения. Но эти биологические маркеры, как правило, значительно сложнее простого определения концентрации вещества в крови или в другой жидкости организма. Часто они представляют собой нагрузочные тесты — сопоставление биохимических показателей до и после некоего воздействия на организм. Например, «дексаметазоновый тест», при котором вводят синтетический глюкокортикоид дексаметазон. В норме это приводит к торможению секреции эндогенного глюкокортикоида кортизола по механизму отрицательной обратной связи. Но обратная связь ослаблена при ряде расстройств и заболеваний, в частности при депрессии. Таким образом, дексаметазоновый тест помогает дифференцировать первичную депрессию от вторичной, которая возникает при болезни — настроение портится и при банальном гриппе.
Далее, когда мы обсуждаем нейрохимические закономерности, важны не только сами вещества и реакции, в которые они вступают, но и место в мозге, где это происходит. Как известно, разные мозговые структуры имеют различные функции. При этом в разных структурах находятся нейроны с одним и тем же основным нейромедиатором. Перегородка (септум), гипоталамус, ретикулярная формация ствола мозга — эти структуры различаются своими функциями, хотя все они богаты скоплениями холинергических, то есть продуцирующих ацетилхолин, нейронов. Аксоны этих нейронов направлены в разные мозговые структуры, в которых ацетилхолин выделяется в синаптических окончаниях, выступая как нейромедиатор. Заметим, что гормоном ацетилхолин назвать никак нельзя. Выделившись в нервно-мышечном синапсе и вызвав сокращение мышечных волокон, он моментально разрушается ацетилхолинэстеразой, так что в кровь попадает ничтожное количество ацетилхолина.
Или рассмотрим популярный в соцсетях дофамин. Тела дофаминергических нейронов лежат в двух сравнительно небольших ядрах среднего мозга: в черном веществе и вентральной области покрышки. Аксоны этих нейронов образуют пути к самым разным вышележащим отделам мозга, каждый из которых связан с различными функциями. К примеру, нигростриарный путь ведет к базальным ганглиям, которые связаны с моторными функциями. При паркинсонизме активность нигростриарной системы ослаблена. Известно и то, какая из структур ответственна за то или иное проявление болезни. Так, в тех случаях, когда хвостатое ядро и скорлупа лишены дофаминергической иннервации, возникает обездвиженность, а падение уровня дофамина в бледном шаре вызывает повышенный тонус мышц.
Система дофамина в головном мозге человека («Химия и жизнь» №1, 2019)
Система дофамина в головном мозге человека. Показаны только основные пути распространения аксонов дофаминергических нейронов
То, что в разных структурах мозга, имеющих разные функции, нейроны используют одинаковые вещества в качестве нейромедиаторов, и составляет основную трудность практической фармакологии. Можно увеличить концентрацию дофамина в мозге, вводя в организм его предшественника ДОФА. Но тогда концентрация дофамина возрастет сразу во всех структурах мозга, а это не только облегчит состояние больного паркинсонизмом, но может вызвать как другие двигательные нарушения, так и шизофренические симптомы. При лечении шизофрении в мезолимбическом методе нужно снижать уровень дофамина, тогда как в мезокортикальном — повышать (Stahl S. M. Essential psychopharmacology: neuroscientific basis and practical application. Cambridge University Press, New York, 2013).
Эффект каждого нейромедиатора и каждого гормона зависит не только от концентрации данного вещества, но и от активности его рецепторов — сложных белковых комплексов, связывающих нейромедиатор или гормон и трансформирующих этот сигнал в функцию данной клетки. Для каждого биологически активного вещества обнаружено несколько типов рецепторов. Например, для прогестерона установлено четыре типа рецепторов. В разных тканях и в разных мозговых структурах преобладают определенные типы рецепторов для одного и того же вещества. Поэтому, воздействуя на конкретный тип рецептора, можно получить эффект определенной избирательности.
В эффективности каждого биологически активного вещества огромную роль, кроме рецепторов, играют и ферменты синтеза этого вещества из предшественников. Фенилэтиламин, который симулирует активность дофамин- и серотонинергических систем, синтезируется в мозговой ткани из аминокислоты фенилаланина. Но избыток фенилаланина в организме не обязательно приведет к росту концентрации фенилэтиламина. Другая аминокислота триптофан — предшественник и серотонина, и его функционального антагониста мелатонина. Соотношение серотонина и мелатонина зависит от активности соответствующих ферментов.
Завершая критику злосчастной учебной схемы, укажем на совершенно нелогичный список «состояний и настроений человека». Во-первых, здесь перемешаны бытовые слова для обозначения эмоций (азарт, грусть, раздражение, счастье) с научными терминами (стресс, тревога, депрессия). Во-вторых, научные термины тоже даны вперемешку. Апатия (вероятно, имеется в виду аффективный дефицит при депрессии) — это один из симптомов депрессии. Нельзя ставить в один ряд компонент и целое. Стресс — комплексная реакция организма на новый для него раздражитель, а тревога — один из компонентов стресса. Кстати, то, что в списке веществ отсутствует кортизол, основной стрессорный гормон человека, — еще одно свидетельство дилетантизма авторов схемы. Тревога — это нормальное состояние, а мания (вероятно, имеется в виду маниакальная стадия биполярного депрессивного психоза) — это тяжелая психопатология, как и аутизм — тяжелое и относительно редкое заболевание. В-третьих, неприятно поражает редукционизм авторов.
Например, свести весь аутизм к одному лишь дефициту окситоцина или однозначно связать низкий окситоцин с аутизмом! Что же получается: все, кто в данный момент заняты делом и не умиляются на младенцев и котиков, — аутисты? А женщины с аутизмом, наверное, не могут самостоятельно рожать? Плохо это все, плохо. Напомним еще раз читателю, что регуляция функций, особенно функций психических, — это очень сложный процесс, в котором участвует множество химических веществ, причем каждое из них работает в строго определенных участках нашего организма — в конкретных органах, тканях, клетках, органеллах. Схемы регуляции человеческой психики вроде той, о которой мы говорили, привлекательны для обывателя своей простотой. Но это та простота, которая полностью искажает реальность своим примитивным детерминизмом.

Древняя континентальная кора могла образоваться из-за падения крупных метеоритов

В местах падения на поверхность Земли астероидов и крупных метеоритов образуются ударные кратеры, а энергия, выделяющаяся при таких событиях, настолько велика, что породы внутри кратера плавятся, заполняя его магматическим расплавом. При остывании этого расплава происходит расслоение (дифференциация) по плотности и составу, а после кристаллизации возникают крупные расслоенные интрузии (магматические тела), строение которых весьма напоминает строение континентальной земной коры. Исследование ударного кратера Садбери (Канада) показало, что в доархейское время, когда Земля подвергалась массированной метеоритной бомбардировке и практически вся ее поверхность была покрыта расплавом, именно по такой схеме могло происходить становление континентальной земной коры и зарождение материков.
Снаружи Земля покрыта твердой оболочкой — земной корой, которая не является монолитной, а разбита на плиты, неоднородные по своему строению и составу. Два главных типа плит — континентальные и океанические — различаются составом коры (соответственно, континентальной и океанической), мощностью (толщиной) и возрастом.
В центральных частях океанов (в зонах срединно-океанических хребтов) плиты раздвигаются, снизу поступает мантийный материал, который формирует океаническую кору, состоящую главным образом из базальтов, поверх которых отлагается слой осадков. Таким образом, океаническая кора имеет двуслойное строение.
Континентальная кора имеет трехслойное строение: осадочный слой сверху, затем располагается «гранитный» слой, состоящий главным образом из гранитов и гнейсов, а внизу — условно названный «базальтовым» нижний слой коры, идентифицируемый только на основе геофизических данных (даже самые глубокие скважины так и не достигли верхней границы «базальтового» слоя). Континентальная кора более мощная (толщиной до 75 км, в среднем — 35–45 км) и более древняя, чем океаническая. Первые блоки континентальной коры (кратоны) возникли на Земле еще в архее, 2,4–4,0 млрд лет назад. Кратоны составляют «ядра» всех континентов. Согласно теории тектоники плит, вокруг этих «ядер» непрерывно идет наращивание континентальных окраин за счет переплавления погружающейся в зонах субдукцииокеанической коры вместе с осадочным слоем. Но как образовались сами архейские кратоны, если первые достоверные признаки движения литосферных плит фиксируются лишь начиная с позднего протерозоя (1 млрд лет назад)?
Вероятно, процессы движения земной коры в архее сильно отличались от современных в силу того, что литосфера была еще сильно разогрета и часть пород земной коры находилась в расплавленном состоянии. Этот первичный расплав был исключительно базальтового состава. И именно тогда в этой полурасплавленной коре каким-то образом происходили процессы дифференциации (расслоения) первичного корового вещества, приведшие к образованию стратифицированной континентальной коры, верхние горизонты которой образовали более легкие икислые по составу граниты, а нижние — более плотные и тяжелые породы основного состава.
В качестве одного из процессов, который мог бы привести к дифференциации вещества земной коры (разделению ее на слои) в архейское время, был предложен механизм гравитационного перемешивания (D. Wiemer et al., 2018. Earth's oldest stable crust in the Pilbara Craton formed by cyclic gravitational overturns). Однако для того, чтобы огромные массы расположенного близко к поверхности и уже начинающего остывать базальта прошли все этапы дифференциации с образованием гранитов, требуется интенсивный источник тепла и энергии. В раннеархейское и доархейское (катархейское) время такими источниками вполне могли быть мощныеимпактные события — падения на Землю астероидов и крупных метеоритов в периодпоздней тяжелой бомбардировки (4,1–3,8 млрд лет назад). Учитывая тот факт, что падение астероида размером 50 км может вызвать появление гигантского озера магмы, простирающегося на сотни километров, интенсивная бомбардировка могла привести к появлению крупных областей расплавленных пород площадью тысячи квадратных километров при толщине расплавов в десятки километров.
Международная группа ученых во главе с Раисом Латыповым (Rais Latypov) изВитватерсрандского университета в ЮАР, изучая ударный кратер Садбери в Канаде, нашла серьезные подтверждения гипотезы о том, что метеоритная бомбардировка действительно могла быть причиной первичной дифференциации вещества внешней оболочки Земли и образования земной коры континентального типа.
При падении астероида диаметром 10–15 км, которое произошло 1,85 млрд лет назад, в кратере Садбери возник слой магматического расплава, нагретого до 1700–2000°C, а затем сформировалась расслоенная магматическая структура (магматический комплекс Садбери — Sudbury Igneous Complex) вытянутой овальной формы (62 км по длинной оси и 30 км — по короткой, рис. 2). Такая форма комплекса связана с тем, что столкновение астероида с поверхностью Земли произошло по касательной. Расслоенное магматическое тело прослеживается на глубину до 15 км. Это третий по величине ударный кратер на Земле и самая хорошо сохранившаяся расслоенная интрузия импактного происхождения. Магматический комплекс Садбери состоит из слоев таких изверженных пород, как габбронориты, игранофиры. Очевидно, что разделение слоев произошло в результате магматической дифференциации, при которой из первично однородной магмы образовались породы различного состава, однако каков был механизм этой дифференциации, до сих пор не было известно.
Рис. 2. Схематический план (а) и разрез (b) магматического комплекса Садбери
Рис. 2. Схематический план (а) и разрез (b) магматического комплекса Садбери.Цифрами внизу слева обозначены: 1 — комплексы перекрывающих осадочных и вулканических пород; 2–4 — породы магматического комплекса Садбери: 2 — породы кислого состава (гранофиры), 3 — кварцевые габбро, 4 — породы основного состава (нориты). Темно-зеленым цветом на профиле справа показаны нижний слой меланоритов и тела аналогичных пород, встречающиеся в виде фрагментов по всей толще пород комплекса. Справа на геохимической кривой видно, что меланориты резко отличаются от всех остальных пород комплекса повышенным содержанием MgO. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications
В отличие от других крупных расслоенных интрузивных комплексов импактного происхождения (Стиллуотер (Stillwater) в США, Бушвельд в ЮАР и других), верхние части которых уничтожены эрозией, в комплексе Садбери частично сохранились породы кровли — верхнего слоя магматических пород комплекса. Авторы обнаружили, что фрагменты кровли сложены теми же самыми породами, которые залегают в основании комплекса — высокотемпературными меланократовыминоритами, которые авторы назвали меланоритами. Эти породы резко отличаются от представленных в нижней части комплекса Садбери фельзических (felsic) норитов как петрографически (доля ортопироксена в них составляет 23–35% по сравнению с 6–9% в фельзических норитах), так и геохимически (содержание MgO в них составляет 8–9% по сравнению с 4–6% в фельзических норитах).
Фрагменты тел тех же самых меланоритов размером от 10 до 100 м авторы обнаружили в виде обломков, распределенных по всей толще пород интрузивного комплекса Садбери. Это стало возможным благодаря детальному петрографическому и геохимическому картированию комплекса (так как внешне меланориты практически неотличимы от вмещающих пород). По трем геохимическим профилям (траверсам), отмеченным на рис. 2, было отобрано более 600 образцов, что впервые позволило задокументировать тела меланоритов на разных стратиграфических уровнях интрузивного тела.
Авторы интерпретируют картину образования магматического комплекса Садбери следующим образом (рис. 3). После удара астероида в кратере образовался очаг магмы однородного гранодиоритового состава, перекрытый сверху слоем обломочных отложений, выброшенных из кратера при ударе. По мере застывания магмы происходила ее дифференциация — расслоение за счет фракционной кристаллизации. Доказательством того, что застывание (кристаллизация) происходила одновременно в двух направлениях (снизу вверх и сверху вниз), служит тот факт, что самые высокотемпературные породы, кристаллизовавшиеся из расплава первыми — меланориты, встречаются как в кровле магматического массива, так и в его основании. Так как в центральной части массива некоторое время продолжалось конвекционное перемешивание магматического расплава, застывшая кровля массива периодически разрушалась и ее обломки, более плотные по сравнению с расплавом, погружались вниз, фиксируясь в породах внутренних частей массива по мере их кристаллизации.
Рис. 3. Модель формирования расслоенного магматического комплекса Садбери
Рис. 3. Модель формирования расслоенного магматического комплекса Садбери: а — импактное событие (падение астероида) привело к образованию кратера, заполненного магматическим расплавом (красный); b — возникновение конвекции в первично однородном гранодиоритовом расплаве; с — образование слоев меланоритов (зеленый) в основании и кровле массива, частичное разрушение кровли;d — завершающая стадия расслоения массива. В конце концов формируется разрез, полностью аналогичный трехслойному разрезу континентальной земной коры: сверху осадочный слой (голубой), затем «гранитный» слой (гранофиры — желтый) и «базальтовый» слой, состоящий из основных пород (норитов — зеленый) внизу. Зеленые треугольники и прямоугольники — фрагменты меланоритов кровли. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications
Таким образом, впервые обнаруженные в породах магматического комплекса фрагменты меланоритов, заключенные в породах более кислого состава, позволили воссоздать всю картину последовательной кристаллизации расслоенного комплекса Садбери, а детальное изучение строения комплекса — доказать, что мощные импактные события действительно могли приводить к переплавлению древней базальтовой коры с образованием расслоенных комплексов пород различного состава, в том числе — кислых пород богатых кремнеземом («гранитного» слоя), которые локализовались в верхней части новообразованной коры континентального типа.
Несмотря на то, что образование магматического комплекса Садбери произошло 1,85 млрд лет назад (в палеопротерозойской эре), то есть значительно позже периода поздней тяжелой бомбардировки, авторы считают, что характер импактных событий и последующих процессов магматической дифференциации в архее и катархее вряд ли сильно отличался, и полученные результаты вполне можно распространять на все предшествующие периоды.
Источник: Rais Latypov, Sofya Chistyakova, Richard Grieve, Hannu Huhma. Evidence for igneous differentiation in Sudbury Igneous Complex and impact-driven evolution of terrestrial planet proto-crusts // Nature Communications. 2019. V. 10. Article number 508. DOI: 10.1038/s41467-019-08467-9

воскресенье, 10 февраля 2019 г.


Слишком крутые, чтобы бояться. Посмотрите, как медоеды держат в страхе змей, гиен и львов


Недавно в Сети появилось видео из национального парка Крюгера в ЮАР. На нем видно, как самка медоеда вырывает своего детеныша из пасти леопарда! Впечатляет, но на самом деле ничего необычного в этом нет. Медоеды — самые бесстрашные звери на земле, а все из-за их шкуры. Она настолько толстая, что ее невозможно прокусить хищникам (а если и удалось, то медоед все равно не умрет). Посмотрите, как они держат в страхе гиен, львов и змей (даже рой пчел для медоедов — ерунда).
Читать полностью: https://news.tut.by/culture/625585.html


Читать полностью: https://news.tut.by/culture/625585.html