Палеонтологический парадокс

Палеонтологический парадокс  — противоречие между палеонтологическими данными и содержанием других разделов геологии, а также астрофизики.

По мнению некоторых авторов, палеонтологические данные указывают на значительно более слабую, по сравнению с современным её значением, гравитацию в геологические периоды с карбона по мел.

Геология и астрофизика отрицают возможность осуществления такого рода вариации гравитационного поля.

Проблема не получила широкого признания среди учёных.

Общая информация

Многие из гигантских палеозой-мезозойских животных в наши дни, по мнению скептиков, не смогли бы существовать на Земле из-за физических ограничений: они были бы раздавлены своим собственным весом.

Эмпирические данные свидетельствуют о том, что снижение максимальных масс наземных животных последние 150 млн. лет носит экспоненциальный характер.

Вместе с тем, все попытки объяснения более слабой гравитации в геологическом прошлом нашей планеты входят в противоречие с геотектоникой, палеогеографией, геофизикой и др. Парадокс представляет собой междисциплинарное противостояние, начавшееся в середине прошлого столетия, когда, с одной стороны, существует научный консенсус в отношении аномально высокой массы животных палеозой-мезозоя, а с другой стороны, отсутствует непротиворечивое объяснение этой аномалии с позиций знаний, заключённых в других естественных науках.

История изучения проблемы

Возникновение этого термина обязано математическим методам которые оказались не только полезным инструментом описания изменения мегафауны от палеозой-мезозоя до наших дней, но и позволили перевести эти данные в разряд объективных в онтологическом аспекте.

В 1968 году, частности, Джон Мейнард Смит, популяризировавший применение анализа размерности в биологии, в своей книге «Математические идеи в биологии» указывал на то, что в случае увеличения размеров сухопутного животного $L$, при неизменной форме и плотности  биологических тканей его масса $m$ увеличивается в пропорции $m$~$L^{3}$. Прочность же костей зависит от площади их поперечного сечения $S$~$L^{2}$. Таким образом, нагрузка на кости растёт быстрее, чем их прочность. А так как графики квадратного уравнения и кубической функции неизбежно пересекутся, то существует критическая точка, за которой прочности костей и силы мышц не хватит, чтобы удержать тело на ногах, а летающим животным — подняться в воздух.

В качестве примера им был рассчитан верхний предел размеров для летающих животных наших дней. Их вес не может превышать примерно 14 кг. В то время, как вес самого крупного птерозавра Кетцалькоатль достигал, по разным оценкам, 65−250 кг.

В 1984 году Кнут Шмидт-Ниельсен в книге «Размеры животных: почему они так важны?» проводит анализ причин широкого спектра биологических форм животных, в том числе гигантов мира юрского периода. Он возражает против упомянутой Альфредом Ромером гипотезы (1966 год) в отношении того, что длинная шея крупных динозавров служила адаптацией к жизни в глубокой воде, и что это сильно упрощает проблему поддержания позы и локомоции.

Одно из возражений заключается в том, что дыхание через шноркель на глубине 5 м требует, чтобы грудная клетка совершала работу против давления воды, равного 5000 кг/м². Из этого следует вывод, что динозавры вели не водный, а, по меньшей мере, полуводный образ жизни. Второе возражение заключалось в том, что ископаемые отпечатки ног динозавров очень отчётливы и не могли быть оставлены под водой. Значит, динозавры были способны передвигаться по суше.

Кроме перечисленного выше, необходимо учитывать, что в отличии от морских рептилий, которые были живородящими, динозавры вели сухопутный образ жизни, откладывая яйца и охраняя потомство.

В 2015 году ученые из МГУ и РАН высказали свое категорическое неприятие результатов палеонтологических исследований со стороны представителей других разделов геологии и физиков обусловлено отсутствием данных, подтверждающих возможность вариации гравитации в геологическом прошлом нашей планеты.

Тем не менее, констатация перечисленных фактов в трудах палеонтологов и их оппонентов из лагеря геологов и физиков длительное время не завершалась признанием существования такого парадокса.

Учёными, которые первыми применили этот термин в указанном контексте, были физик-теоретик Бурундуков А. С. и биолог Дроздов А. Л.[1] Две их совместные статьи «Гигантские ящеры — палеонтологический вызов междисциплинарному синтезу» и «Палеонтологический парадокс в контексте глобального эволюционизма», были опубликованы одновременно 6 октября 2015 года.

В 2016 году вышла монография Бурундукова А., Дроздова А., Казанского Б. «Палеонтологический парадокс — гордиев узел глобального эволюционизма». По мнению авторов, новая постановка задачи имеет высокую методологическую ценность:

Междисциплинарные исследования в рамках зарождающейся на наших глазах теории глобального эволюционизма, объединяющие усилия космологов, астрофизиков, физиков, геофизиков, биологов и т. д., должны привести к созданию полного, детально разработанного и непротиворечивого естественнонаучного сценария эволюции Вселенной.

Содержание термина не отражено корректно в его названии. В частности, палеонтология обладает множеством данных, которые входят в непримиримое противоречие друг с другом, а, в некоторых случаях, с содержанием других разделов естествознания. Описанная Бурундуковым и Дроздовым коллизия естественных наук касается гравитации в геологическом прошлом Земли. Поэтому, более точной формулировкой представленной проблемы является термин «па́леогравитацио́нный парадо́кс» (от греч. παλαιός — древний, старинный, от лат. gravitas — «тяжесть»).

Содержание парадокса

Рис. 1. Древняя многоножка Артроплевра (реконструкция).

Рис. 2. Фоссилия крылатого насекомого Палеодиктиоптеры.

Рис. 3. Фоссилия стрекозоподобного насекомого Меганевры.

Механическая прочность хитина позволяла жившим в карбоне-перми многоножкам Артроплеврам наращивать длину своего тела до размеров, превышающих два метра.

Мощности, развиваемой двигательной системой живших с карбона по пермь крылатых насекомых Палеодиктиоптеры с размахом крыльев до 43 см , или стрекозоподобного насекомого Меганевры с размахом крыльев до 70 см (Рис.3) хватало, чтобы непринуждённо порхать в погоне за мошками. Их система трахейного дыхания дыхания позволила им достичь таких размеров.

Имеются надёжные палеонтологические данные в отношении существования огромных летающих ящеров-птерозавров позднего мелового периода. Таких, как Кетцалькоатль с размахом крыльев 12 м или даже 15 м (Рис. 4), или Хацегоптерикс с размахом крыльев 10−11 м (Рис. 5). А также невероятных масс гигантских сухопутных динозавров, таких как Амфицелий (Рис. 8), Сейсмозавр или Брухаткайозавр, Бревипароп.

Рис. 4. Сравнение размеров птерозавров Кетцалькоатль northropi (зелёный), Кетцалькоатль sp. (синий) и человека.

Рис. 5. Птерозавр Хацегоптерикс (реконструкция).

Рис. 6. Сравнительные размеры некоторых гигантских зауропод и человека.

Рис. 7. Фоссилия спинного позвонка динозавра—зауропода Amphicoelias altus.

Среда обитания гигантских динозавров определяется их физиологией. Гигантские четвероногие динозавровы-завроподы вынуждены были находится на суше хотя бы для того, чтобы отложить яйца и охранять кладку. Подтверждением тому являются оставленные на суше следы, по-видимому, самого массивного наземного животного Бревипаропа.

Необходимо помнить, что в естествознании, как в геологии, так и в биологии, уже два века господствует методологический подход, называемый «принципом актуализма», согласно которому геологические и биологические процессы, происходившие в прошлые эпохи идентичны современным, и поэтому при анализе прошлых событий постулируется, что в древности существовали те же природные закономерности, что и в современности. Этот принцип позволяет предположить, что механическая удельная прочность костей и мышц ископаемых животных принципиально не менялась на протяжении миллионов лет, и что до появления фактов, опровергающих его действенность, это допущение может использоваться в рамках рабочей гипотезы (свойство презумпции).

Проверку обоснованности применения принципа актуализма в 2006 году провела группа немецких учёных во главе с Анке Кайссер-Пизалла (Anke Kaysser-Pyzalla) — материаловедом и инженером-механиком, научным руководителем Берлинского центра материаловедения и энергетики имени Гельмгольца, профессором Рурского университета в Бохуме. Они использовали подход материаловедения, когда материалы исследуются на предмет их структуры на всех иерархических уровнях, от формы до наноструктуры. В частности применялись методы рентгеновской дифракции, протон-индуцированной рентгеновской эмиссионной (ПИРЭ) спектроскопии и некоторые другие. Сравнение первичной фиброламеллярной кости у зауроподов, доминирующем типе ткани в коре длинных костей, с фиброламеллярной и хаверсовой костями современных крупных млекопитающих даёт основание утверждать, что кость зауроподов сохраняет свою первоначальную ориентацию кристаллитов и что ее микроструктура на разных иерархических уровнях, по-видимому, такая же, как у современной кости. Таким образом, современные данные опровергают гипотезу о том, что кости динозавра зауроподов были необычайно высокопрочным материалом.

Кости современных позвоночных животных представляют собой композиционный материал, в котором фосфат кальция отложен на органическую матрицу и имеют характеристики предельной прочности. Величина предельного растяжения составляет 130 МН/м², а предельного сжатия — 170 МН/м². Когда давление на кость превышает предел прочности материала кости, она ломается.

Крупные млекопитающие наших дней спят стоя, поскольку, для того чтобы подняться с земли, им необходимо приложить все имеющие силы. А самое крупное современное сухопутное животное слон — не способен прыгать.

В водной среде, самые крупные современные млекопитающие синие киты могут превышать 180 тонн. При попадании на сушу кости китов ломаются под собственным весом, поскольку исчезает архимедова сила, поддерживающая тело животных в гидростатическом равновесии в воде.

Анализ изменения со временем максимальных масс наземных животных

В таблице 1. приведены массы и времена жизни крупнейших наземных животных, обитавших на Земле за последние 150 млн. лет. С учётом принципа актуализма, а также того, что палеонтология и сравнительная анатомия завропсидов не даёт иных данных в отношении характеристик материала костей и мышц динозавров, то налицо эволюционный парадокс.

Таблица 1. Массы тел крупнейших наземных животных, обитавших на Земле за последние 150 млн лет

	Вид	Время: млн лет назад	Масса, т.
1.	Слон саванный — Loxodonta africana	0 — 5,3	12,24
2.	Индрикотерий — Indricotherium	20 — 30	20
3.	Суперзавр — Supersaurus vivianae	65	35 — 40
4.	Антарктозавр — Antarctosaurus	65 — 84	60
5.	Футалогнкозавр — Futalognkosaurus	87	70 — 80
6.	Паралититан — Paralititan	93 — 98	45
7.	Аргентинозавр — Argentinosaurus	90 — 115	60 — 108
8.	Завропосейдон — Sauroposeidon	110 — 112	60
9.	Амфицелия — Amphicoelias	150	155
10.	Сейсмозавр — Seismosaurus hallorum	150 — 155	140
11.	Брухаткайозавр — Bruhathkayosaurus	70	180 — 240

Рис. 8. Динозавр—зауропод Амфицелий fragilimus (реконструкция).

Приведенные величины представлены на координатной плоскости «время-масса» (Рис. 9). Номера точек соответствуют номерам животных в таблице 1. Полученное распределение демонстрирует явную нелинейную зависимость, напоминающую экспоненту.

Допустим, что искомая функция имеет вид $m(t)=m_{0}a^{\alpha t}$, где $m_{0}=m(0)$ — максимальная масса современных сухопутных животных, $m(t)$— максимальная масса сухопутных животных в определённый момент $t$ геологического времени, $t$— ретроспективное исчисление в млн лет назад, $\alpha$— показатель экспоненты.

Используя метод наименьших квадратов (метод Гаусса) и данные таблицы 1, получим систему из двух линейных алгебраических уравнений

Рис. 9. Изменение массы животных за последние 150 млн. лет. Горизонтальные отрезки соответствуют временному интервалу существования животных, а вертикальные —оценкам их максимальной массы.

${\begin{cases}405,2{\displaystyle \cdot }{\displaystyle \alpha }+11{\displaystyle \cdot }{\displaystyle \lg m_{0}}=19,63&\ \\43678,3{\displaystyle \cdot \alpha }+933{\displaystyle \cdot \lg m_{0}}=1801,33\end{cases}}$ (1)

Их решением является значение коэффициента показателя экспоненты $\alpha$=1,464·$10^{-2}$(млн. лет)$^{-1}$ и оценка верхнего предела массы современных сухопутных животных $m_{0}$=17,6 тонн.

Полученный таким образом график функции

$m(t)=m_{0}\exp(\alpha t)=17,6\cdot \exp(0,01464\cdot t)$, (2)

с нанесёнными эмпирическими данными представлен на Рис. 9.

Необходимо учитывать, что эволюционные преимущества, связанные с увеличением массы животного не беспредельны. Согласно Дж. Смиту, популяризировавшему применение анализа размерностей в биологии, увеличение размеров сухопутного животного $L$, при неизменной плотности $\rho$ биологических тканей, влечёт увеличение массы $m$, причём $m=\rho L^{3}$.

Прочность же костей определяется площадью их поперечного сечения $S$$\sim L^{2}$. Поэтому нагрузка на кости растёт быстрее, чем их прочность. Точка пересечения графика квадратного уравнения и кубической функции определяет величину критической массы, за которой прочности костей и мышц не хватит, чтобы удержать тело на ногах.

Максимальный вес современных сухопутных животных определяется соотношениями

$m_{0}g_{0}\thicksim \rho L^{3}g_{0}=\beta kS=(\beta k{\frac {S}{L^{2}}})L^{2}=\kappa L^{2}$, (3)

где $g_{0}=9,8156$м/с— ускорение свободного падения, произвольно выбранное на широте г. Москвы, $L$— условный максимальный размер животного, $\beta$- количество точек опоры, принимающее значения 3 или 1 в случае локомоции на четырех или двух конечностях соответственно, а $k$и $\kappa$— постоянные, имеющие размерность [кг$\cdot$м$^{-1}$$\cdot$с$^{-2}$= Н/м$^{2}$], определяющие прочность костей в зависимости от площади их поперечного сечения $S$.

Из формулы (3) выводится оценка условного максимального размера современного сухопутного животного

$L={\frac {\kappa }{\rho g_{0}}}$. (4)

Откуда следует, что предельная масса $m_{0}$составляет примерно

$m_{0}\thicksim {\frac {1}{\rho ^{2}}}\left({\frac {\kappa }{g_{0}}}\right)^{3}$. (5)

Подставив в формулу (5) $m_{0}$= 17,6 т, оценим численное значение $\kappa$:

$\kappa \thicksim g_{0}{\sqrt[{3}]{m_{0}\rho ^{2}}}\thickapprox$25,5 кН/м$^{2}$, (6)

здесь $\rho$ для простоты округляется до плотности воды ($\rho$=1 т/м$^{3}$).

Подставляя (5) в эмпирическую формулу (2) и предполагая неизменность физиологических характеристик биологических тканей, входящих в коэффициенты $\rho$ и $\kappa$ ($\rho$= const, $\kappa$= const),

$m(t)=m_{0}e^{\alpha t}={\frac {1}{\rho ^{2}}}\left({\frac {\kappa }{g_{0}}}\right)^{3}e^{\alpha t}={\frac {1}{\rho ^{2}}}\left({\frac {\kappa }{g_{0}e^{-\alpha t/3}}}\right)^{3}={\frac {1}{\rho ^{2}}}\left({\frac {\kappa }{g(t)}}\right)^{3}$, (7)

получим формулу изменения со временем значения ускорения свободного падения:

$g(t)=g_{0}e^{-\alpha t/3}$. (8)

То есть за последние 150 млн лет $g$ должно было увеличиться примерно в $exp$(0,732) $\approx$2,079 раз.

От каких факторов может зависеть столь значительное изменение ?

В грубом приближении невращающейся сферической Земли массой $M$из закона всемирного тяготения следует, что ускорение свободного падения тела $g$(гравитационный потенциал произвольного тела) на её поверхности равно

$g(t)={\frac {GM}{R^{2}}}$. (9)

Таким образом, изменение ускорения свободного падения $g$ может зависеть либо от изменения гравитационной постоянной $G$, либо от отношения ${\frac {M}{R^{2}}}$.

Междисциплинарные противоречия

Как выясняется, казалось бы очевидное решение проблемы сверхбольших масс животных палеозоя-мезозоя опирается на неприемлемую с точки зрения других научных дисциплин идею об изменении гравитации нашей планеты.

Вот неполный список основных ограничений в отношении выбора способа изменения силы притяжения Земли:

• измерения при помощи современных высокоточных геодезических методик показывают, что земной шар не изменяет свой радиус с точностью до 0,2 мм в год;
• палеомагнитные данные свидетельствуют, что радиус нашей планеты 400 миллионов лет назад составлял 102 ± 2.8 процента от текущего радиуса.
• оценки момента инерции Земли по палеозойским породам свидетельствуют о том, что за последние 620 миллионов лет не происходило значительного изменения массы земного шара;
• современные данные относительно изменения постоянной $G$ не превышает ~10⁻¹¹−10⁻¹² в год (не менялось по меньшей мере на протяжении времени, соизмеримого с периодом от наших дний до момента Большого взрыва).

Попытки решения парадокса

Ниже приведён перечень основных принципов, заложенных в различные идеи поиска способа разрешения проблемы гигантизма животных:

• отрицание проблемы превышения веса животных палеозой-мезозоя предела прочностей их костей;
• изменение радиуса земного шара (все представленные ниже гипотезы генерируют междисциплинарные противоречия);
• нарушение физических законов, а именно, принципа сохранения энергии-массы, CPT-инвариантности;
• объяснение неизвестного неизвестным;
• гипотеза повышенного содержания кислорода в атмосфере.

Предложенные гипотезы можно сгруппировать по следующим сюжетам.

Отрицание проблемы превышения веса животных палеозой-мезозоя предела прочностей их костей

Статья 1985 года физика Хоканен «Размер самого крупного наземного животного» (Hokkanen J. E. I. «The Size of the Largest Land Animal») учитывается некоторыми палеонтологами как теоретическое обоснование точки зрения об отсутствии проблемы превышения массы представителей палеозой-мезозойской мегафауны предела прочности их костей. В частности, расчёты Хоканен показывают, что предел прочности костей современных животных допускает возможность существования сухопутных существ способных двигаться весом в диапазоне от 100 т до 1000 тонн. При этом возможность еще большей массы, в случае новых адаптаций, не исключается.

Вместе с тем, объективные данные содержат сведения о самом крупном из когда либо зарегистрированных сухопутном животном наших дней — африканском саванном слоне, расчётный вес которого был определён в 12,24 тонн (животное было застрелено 7 ноября 1974 года и описано в Анголе; этот гигант имел 4,16 метров в длину и 3,96 метров в высоту).

Хоканен в своей статье оставляет без ответа заданный себе вопрос: «Почему же тогда не было таких гигантских животных, которые были предсказаны экстраполяцией?»

Уменьшение радиуса планеты при постоянной массе

При постоянной массе Земли увеличение ускорения свободного падения $g$ в 2,079 раз могло бы быть обеспечено за счёт уменьшение её радиуса в 1,44 раза.

Но это предположение опровергается геофизическими данными, так как при таком уменьшении на поверхности планеты невозможно образование молодой океанической коры, вся поверхность Земли имела бы один и тот же возраст.

Увеличение радиуса планеты при постоянной массе

 → Гипотеза изначально гидридной Земли

Гипотеза изначально гидридной Земли Ларина В. Н. предусматривает постепенное и неуклонное увеличение радиуса Земли при неизменной массе.

Очевидно, что такое расширение нашей планеты лишь усугубляет палеонтологический парадокс: ведь в этом случае ускорение свободного падения $g$ в прошлом было больше современного значения.

Увеличение радиуса планеты с увеличением её массы

 → Гипотеза расширяющейся Земли

Есть несколько гипотез, в рамках которых предприняты попытки объяснения увеличения массы планеты вместе с увеличением её диаметра.

Их можно разделить на две категории на основании локализации источника поступления массы:

1. внутренний источник, когда новая масса образуется внутри Земли;
2. внешний, когда дополнительная масса поступает из космического пространства.

К первой группе относятся концепция Кэри и гипотезы трансмутации гипотетической субстанции в вещество, а ко второй — адунационная модель Казанского и аккреционная модель Дроздова.

Компьютерная анимация гипотезы расширяющейся Земли.

В концепции Сэмюеля Кэри увеличение массы объясняется постулированием существования процесса рождения вещества в центре Земли.

Истоки этой идеи находятся в стационарной космологической теории Хойла-Бонди-Голда, попытавшихся расширить космологический принцип и на время, постулировав существование порождающего $C$-поля, обеспечивающего неизменность критической плотности Вселенной.

В модели Хойла-Бонди-Голда вещество должно было рождаться в межгалактическом пространстве со скоростью «один атом водорода в ведре пространства за год», что гарантировало появление новой галактики между двумя старыми через время, когда расстояние между ними удвоится в результате космологического расширения.

Однако предсказанное рождение молодых галактик обнаружить так и не удалось. Открытие микроволнового фонового излучения окончательно поставило крест на модели с «абсолютным космологическим принципом».

Принимая во внимание новые экспериментальные данные, Кэри предположил, что ненаблюдаемый процесс рождения вещества проходит не в межгалактическом пространстве, а в недрах Земли.

К недостаткам этой теории являются крайняя сложность её экспериментальной проверки, а также отсутствие её космологического обоснования, что относит её к разряду теорий, нарушающих законы сохранения энергиии и массы.

Гипотеза трансмутации — превращения гипотетического субстрата в обычное вещество.

С начала ХХ века стали предлагаться гипотезы превращения эфира в вещество.

Так, например, во второй половине ХХ века Нил Адамс, в развитие идей Кэри, выдвинул гипотезу непрерывно растущей Земли и Вселенной («Growing Earth — Growing Universe»), которая предполагает непрерывной прирост массы нашей планеты за счёт гипотетического субстрата (всё равно, как её назвать: эфир, первичная или тёмная материя).

Позитрон будет притягивать частицы электромагнитно нейтрального гипотетического субстрата. Как только эти частицы соединяются с позитроном, они становятся «нейтронным материалом». Поддерживая положительный заряд позитрона, первичное вещество будет накапливаться в слоях вокруг него до тех пор, пока вся структура не станет в 1,998 раз больше позитрона — точно такого же размера, как протон, которым и стала эта вещь.

Теперь, когда протон сталкивается с электроном, позитрон в ядре протона настолько изолирован, что оба не погасят друг друга. Вместо этого электрон будет вращаться вокруг большего протона. Эти первые частицы вещества собираются в молекулы водорода, затем добавляют протоны и электроны, образуя гелий и, в конечном счёте, все остальные элементы периодической таблицы.

Слабой стороной гипотез трансмутации является ущербный метод объяснение неизвестного (причин роста планеты) неизвестным (эфиром, первичной или тёмной материей) — объяснения непонятного природного феномена путём введения новых неизвестных сущностей, которым можно приписать любые свойства.

Гипотеза трансмутации, как и концепция Кэри, опровергнута результатами экспериментов по определению размеров Земли: роста её радиуса и массы не наблюдается ни в наше время, ни на протяжении ближайших к нам 400 млн лет в прошлом.

Перейдём к рассмотрению гипотез второй категории.

В адунационной модели Казанского Б. А. увеличение массы планеты связано с «мягкой» аккрецией двух небесных тел — Пангеи и Панталассы в конце перми — начале триаса на поверхность Земли.

Для небесных объектов порядка размеров и масс планет, существует ограничение, называемое пределом Роша. Предел Роша — радиус круговой орбиты спутника, обращающегося вокруг небесного тела, на котором приливные силы, вызванные гравитацией центрального тела, равны силам самогравитации спутника.

Для системы Земля-Луна рассчётный предел Роша составляет 9376 км при приближении «твёрдого» и 18305 км при приближении «жидкого» спутника.

Поэтому, «мягкая» посадка Пангеи и Панталассы на поверхность Земли привело бы к их механическому разрушению с выделением огромного количества энергии, не оставляющей биоты никаких шансов на выживание.

Учитывая геологические периоды реализации этого фантастического сценария, который быть может способен объяснить огромные размеры стрекоз Meganeura в карбоне-перми и последующее их исчезновение, адунационная модель Казанского делает невозможным существование гигантских динозавров юры и мела.

Гипотеза Дроздова А. Л. аккреции на поверхность Земли огромного количества сравнительно мелких метеоритов и космической пыли.

Гипотетически такой процесс возможен в результате попадания солнечной системы в плотное облако межзвёздной пыли, либо в результате разрушения уже существующих планет (например, гипотетического Фаэтона) 150−200 млн лет назад. Большое количество вещества, выпадавшее на начальной стадии аккреции могло бы объяснить пермь-триасовое вымирание. Образовавшиеся осадочные породы за счёт гидрологического цикла (круговорота воды в природе) могли бы выноситься в океан в виде донных осадков. Оттуда, часть вещества результате субдукции частично погрузилась в мантию, а другая часть — принимала участие в геологическом формировании континентальных окраин. При этом должны одновременно увеличиваться и масса и размеры Земли.

Таким образом, за 150−200 млн лет площадь земной поверхности увеличилась в 4,32 раза, то есть на 76,81 %, что соответствует приросту площади океанической коры, а объем Земли увеличился примерно в 9 раз.

Как отмечают сами авторы, одним из недостатков их гипотезы является необъяснимый выборочный характер предполагаемой аккреции. Так, например, по непонятной причине исключением стали области Восточного Средиземноморья: возраст древней океанической коры достигает почти 280 млн лет.

По мнению биолога Е. Задереева, увеличение объёма Земли в 9 раз за указанный период означало бы катастрофические изменения её поверхности, которых не было ни до, ни после гипотетической аккреции. Геологи не обнаружили такого рода отложений.

Астрофизик Сергей Попов отмечает, что в Австралии хорошо изучены находящиеся на поверхности горы, которым миллиарды лет. И нигде следов гигантского слоя пыли нет.

Как и адунационная модель Казанского, так и гипотеза Дроздова опровергаются результатами экспериментов по определению размеров Земли: роста её радиуса и массы не наблюдается ни в наше время, ни на протяжении ближайших к нам 400 млн лет в прошлом.

Уменьшение гравитационной постоянной

 → Гипотеза расширяющейся Земли

Поль Дирак предположил в 1938 году, что универсальная гравитационная постоянная за миллиарды лет существования вселенной могла уменьшиться. Эта идея позволила немецкому физику Паскуалю Йордану модифицировать общую теорию относительности и предположить в 1964 году, что все планеты постепенно расширяются. В отличие от большинства других объяснений расширения, это оставалось в рамках физически допустимой теории.

Согласно исследованиям Фрэнсиса Бёрча (1968), даже при изменении гравитационной постоянной $G$ в 2 раза, радиус Земли изменился бы примерно на 370 км.

Однако, экспериментальные данные опровергают такую возможность, поскольку относительное изменение постоянной $G$ намного ниже и не превышает ~10$^{-11}$−10$^{-12}$ в год.

Гипотеза компенсации веса за счёт архимедовой силы

Дэвид Эскер предложил гипотезу существования в прошлые геологические эпохи гипервысокой плотности воздуха, которая снижала механическую нагрузку на скелет древних гигантских насекомых и динозавров за счёт архимедовой силы.

С учётом характерной для всех позвоночных средней плотности тел 970 кг/м, а также необходимых сил выталкивания, Эскер рассчитал, что плотность атмосферы во время позднего Юрского периода должна быть равна 2/3 плотности воды, что соответствует величина 670 кг/м на уровне моря. Это почти в 550 раз больше сегодняшнего его значения — 1,2250 кг/м³.

Главными недостатками этой гипотезы являются отсутствие подтверждающих её палеонтологических данных, а также отсутствие объяснений в отношении способа обеспечения таких гипервысоких плотностей воздуха. Ведь, атмосферное давление на уровне моря зависит, в конечном итоге, от силы гравитационного притяжения Земли, которая удерживает воздух от свободного рассеяния в космическое пространство.

На первый взгляд не связанная с проблемой увеличения массы Земли гипотеза гипервысокой плотности воздуха возвращает нас к вопросу о причинах вариации массы нашей планеты в прошедшие геологические эпохи.

Гипотеза повышенного содержания кислорода в атмосфере

Гипотеза повышенной концентрации кислорода в воздухе, как причина гигантизма насекомых верхнего карбона — нижней перми (314,6−290,1 млн лет назад), кроме того, хорошо объясняет ускоренное образование каменного угля на поверхности нашей планеты, а также переход части земноводных на сушу, что привело к появлению первых рептилий.

Дыхательная система большинства насекомых представлена множеством трахей, пронизывающих всё тело и открывающихся наружу с помощью дыхалец (стигм), которые регулируют поступление воздуха. Концевые ветви трахей заканчиваются звёздчатой трахейной клеткой, от которой отходят тончайшие трахейные капилляры (трахеолы). Трахейная система насекомых может быть открытой (типична для многих наземных свободно живущих видов или для водных насекомых, дышащих атмосферным кислородом) либо замкнутой. При втором типе трахеи имеются, но дыхальца отсутствуют. Этот тип характерен для водных или эндопаразитических насекомых, дышащих кислородом, растворённым в воде или в полостной жидкости хозяина.

Например, бо́льшую часть жизни личинки стрекоз не могут дышать атмосферным воздухом и для дыхания используют жабры, расположенные на конце тела, которые могут быть внутренними (ректальными — в прямой кишке) или наружными (каудальными). На брюшке личинок большинства равнокрылых стрекоз (Zygoptera) развиты хвостовые трахейные жабры, которые могут иметь вид листовидных прозрачных пластинок или овальных капсуловидных (пузыревидных) придатков. У личинок разнокрылых стрекоз (Anisoptera) трахейные жабры расположены в специальной камере в прямой кишке (ректальные жабры), которая периодически заполняется водой.

Логическим продолжением гипотезы повышенного содержания кислорода в воздухе в верхнем карбоне является ещё одна гипотеза, которая связывает исчезновение насекомых-гигантов в результате падения процентного содержания кислорода в воздухе в нижней перми (массовое пермское вымирание, примерно 252 млн лет назад). Расцвет мира динозавров начался после массового пермского вымирания. Они доминировали на Земле в мезозойскую эру — в течение более 160 миллионов лет, начиная с позднего триасового периода (приблизительно 225 млн лет назад) до конца мелового периода (66 млн лет назад). Исследования показывают, что уровень кислорода в этот период был ниже современного — примерно 15 %

Исходя из палеонтологических данных, изменение газового состава атмосферы в условиях низкой гравитации оказало влияние только на гигантизм насекомых.

Изменение силы гравитации как гипотеза, объясняющая мел-палеогеновое вымирание

Дроздов А. Л. и Бурундуков А. С. считают, что судьбу гигантов юрского периода определила гравитация — земное притяжение.

Гипотеза изменения гравитации нашей планеты предполагает осуществление естественного отбора животных по критерию массы тела, а потому является наиболее правдоподобной при описании мел-палеогенового вымирания. Эта гипотеза не исключает воздействия всех иных факторов, которые ранее предлагались в качестве причин массового вымирания мезозойской мегафауны и были опровергнуты.

При этом необходимо делать различие между терминами:

1. «гибель»— преждевременная или насильственная смерть, либо прекращение существования вследствие неблагоприятных или трагических обстоятельств,
2. «вымирание» — явление в биологии и экологии, заключающееся в исчезновении (смерти) всех представителей определённого биологического вида или таксона.

Вымирания, вследствие их большой длительности, от периода жизни нескольких поколений животных до длительности геологических периодов, происходят иногда незаметно для живых существ.

Темпы изменения окружающей среды соизмеримые с геологическими периодами способны влиять на особенности анатомии, физиологии и экологии животных, уменьшая их размеры.

Уменьшение гигантов делает их уязвимыми перед более мелкими хищниками. При таком характере эволюции, существующие виды, каждый на своём уровне, оказываются зажатыми между межвидовой борьбой за выживание и увеличивающейся гравитацией.

Палеонтологические данные указывают, что рептилии в целом, и динозавры в частности, страдали от разрушительной потери разнообразия в конце мелового периода.

Хищные птерозавры в определённый момент больше не смогли подняться в воздух для поиска добычи. Эволюция в сторону уменьшения габаритов тела привела динозавров к необходимости конкурировать вначале со средними, а затем с мелкими млекопитающими. То же самое произошло в морях с морскими рептилиями. В итоге вся мезозойская мегафауна сошла со сцены мировой истории.

От мира рептилий палеозой-мезозоя остались пресмыкающиеся и птицы, которые прошли через узкое горлышко естественного отбора, а затем в полной мере продемонстрировали свои способности к изменчивости в процессе приспособления к новым условиям.

Для сравнения, можно отметить, что существует около 10 793 современных видов рептилий. Не считая птиц, это почти в два раза больше известных видов млекомитающих (известно до 5500 современных видов млекопитающих).

Согласно данным Международного союза орнитологов, ныне живущие птицы образуют многообразие, исчисляемое 10 738 видами.

См. также

• Биомеханика динозавров
• Проблема гигантизма палеозой-мезозойской мегафауны
• Физиология динозавров
• Размеры динозавров
• Зауроподы
• Теория стационарной Вселенной
• Мел-палеогеновое вымирание
• Парадокс слабого молодого Солнца
• Универсальная история

Литература

• Нэйш Д., Барретт П. Динозавры: 150 000 000 лет господства на Земле / Переводчик Рыбаков К. Научный редактор Аверьянов А., д-р биол. наук. — 1. — ООО «Альпина нон-фикшн», 2018. — 223 с. — ISBN 978-5-0013-9010-7
• Бурундуков А. С., Дроздов А. Л. Гигантские ящеры — палеонтологический вызов междисциплинарному синтезу. (рус.) // Биота и среда заповедников Дальнего востока. — 2015. — № 5. — С. 93-112. — ISSN2227-149X.
• Шмидт-Ниельсен К. Размеры животных: почему они так важны? / Перевод с английского канд. биол. наук. В. Ф. Куликова и канд. биол. наук И. И. Полетаевой под редакцией канд. биол. наук Н. В. Кокшайского. — первое. — Москва: «Мир», 1987. — С. 11-26. — 259 с. — ISBN ББК 28.903 Ш73 УДК 591.7.
• Sander P. M. et al. Biology of the sauropod dinosaurs: the evolution of gigantism // Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society. — 2011. — Февраль (№ 86(1)). — С. 117—155. — ISSN 1469-185X. — DOI:10.1111/j.1469-185X.2010.00137.x
• Tappert R., McKellar R. C., Wolfe A. P., Tappert M. C., Ortega-Blanco J. Stable carbon isotopes of C3 plant resins and ambers record changes in atmospheric oxygen since the Triassic // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 2013-11-15. — Т. 121. — С. 240—262. — ISSN 0016-7037. — DOI:10.1016/j.gca.2013.07.011.

Ссылки

• Российские ученые назвали новую причину вымирания динозавров // vz.ru (15 октября 2015). Дата обращения 1 июня 2019.
• Эксперты: гипотеза о вымирании динозавров из-за роста земного притяжения несостоятельна // ТАСС Информационное агентство России. (17 октября 2015). Дата обращения 1 июня 2019.
• Горина А. Янтарь рассказал об атмосфере Земли времён динозавров // Вести. Наука. (21 ноября 2013). Дата обращения 1 июня 2019.
• Was weaker gravity responsible for large dinosaur size? (англ.). Galileo’s Pendulum (25 February 2013). Дата обращения 9 июня 2019.