» » Доказана роль резкого закисления океана в массовом вымирании на рубеже пермского и триасового периодов

Рис. 1.[/b] Схема геологического разреза морских" />

Доказана роль резкого закисления океана в массовом вымирании на рубеже пермского и триасового периодов


Рис. 1.[/b] Схема геологического разреза морских карбонатных осадочных пород конца перми — начала триаса в Объединенных Арабских Эмиратах')">

Доказана роль резкого закисления океана в массовом вымирании на рубеже пермского и триасового периодов
Рис. 1.[/b] Схема геологического разреза морских карбонатных осадочных пород конца перми — начала триаса в Объединенных Арабских Эмиратах" border=0 width="600">
Доказана роль резкого закисления океана в массовом вымирании на рубеже пермского и триасового периодов

Рис. 1. Схема геологического разреза морских карбонатных осадочных пород конца перми — начала триаса в Объединенных Арабских Эмиратах. На палеогеографической карте (вверху справа) желтой звездочкой показан изученный район, который 252 млн лет назад был дном мелководного участка океана Неотетис. Шкала слева показывает толщину слоев в метрах, красные цифры — абсолютный возраст тех слоев, которые удалось точно датировать, в млн лет. PTB — рубеж перми и триаса. EP1, EP2 — первый и второй эпизоды массового вымирания. Графики показывают динамику содержания тяжелых изотопов углерода (?13C) и бора (?11B) в карбонатных породах. Изображение из обсуждаемой статьи в Science


Массовое вымирание на рубеже пермского и триасового периодов складывается из двух резких снижений биоразнообразия, разделенных промежутком примерно в 80 тысяч лет. Детальный анализ соотношения изотопов углерода и бора в морских осадочных карбонатных породах, сформировавшихся в конце перми и начале триаса, показал, что второй (но не первый) эпизод вымирания совпадает с резким снижением pH морской воды. По-видимому, закисление океана было вызвано выбросом огромного количества CO2 в ходе формирования Сибирских траппов. Вывод о связи второго эпизода массового вымирания с закислением океана согласуется с тем, что этот эпизод в наибольшей степени затронул именно тех морских животных, которые должны были сильнее всего пострадать от резкого снижения pH: вымерли преимущественно сидячие и малоподвижные организмы с массивными карбонатными скелетами.

Массовое вымирание на рубеже перми и триаса (см.: Массовое пермское вымирание), произошедшее около 252 млн лет назад, было величайшей катастрофой в истории жизни на Земле. Наиболее вероятной причиной вымирания считается трапповый вулканизм (см.: Трапп), а именно формирование Сибирских траппов. В ходе этого процесса за недолгое по геологическим меркам время из недр изверглось несколько миллионов кубических километров магмы. О связи траппового вулканизма с пермотриасовым вымиранием рассказано в новости Связь массовых вымираний с вулканизмом получила новое подтверждение («Элементы», 19.09.2011).

Конкретные механизмы, посредством которых вулканическая активность привела к полному разрушению морских и наземных экосистем и гибели едва ли не всего живого на планете, остаются во многом неясными. Выброс огромного количества вулканических газов (CO2, HCl, H2S и др.) может навредить биосфере разными способами, из которых основными считаются три. Во-первых, рост концентрации атмосферного сероводорода ведет к аноксии океана (Anoxic event). Геологические данные действительно указывают на распространение бескислородных условий на морском шельфе в рассматриваемое время. Во-вторых, парниковые газы вызывают глобальное потепление, что ведет к перегреву поверхностных вод; геологические данные согласуются и с этим предположением. Наконец, резкий рост концентрации CO2 и других вулканических газов в атмосфере, помимо парникового эффекта, может вызвать ацидификацию (закисление) морской воды (см.: Закисление океана), что тоже чревато тяжелыми последствиями, особенно для организмов с минеральными скелетами (см.: Кораллы могут обходиться без скелета, «Элементы», 05.04.2007).

Гипотеза о том, что закисление океана сыграло важную роль в пермотриасовом вымирании, подтверждается некоторыми геологическими данными, однако все эти свидетельства — косвенные и не бесспорные. Чтобы внести больше ясности в этот вопрос, геологи из Великобритании, Германии и Австрии измерили соотношение изотопов бора 10B и 11B (см.: Isotopes of boron) в осадочных породах конца перми — начала триаса на территории Объединенных Арабских Эмиратов, где сохранилась очень подробная геологическая летопись данного временного интервала. 252 млн лет назад территория ОАЭ представляла собой дно мелководного участка океана Тетис, где происходило быстрое карбонатное осадконакопление (рис. 1).

Процентное содержание тяжелого изотопа бора (?11B) в морских карбонатных осадках определяется комплексом факторов, но сильнее всего оно зависит от кислотности морской воды. При повышении кислотности (то есть при снижении pH) содержание 11B в карбонатах падает (см., например: A. Sanyal et al., 1996. Oceanic pH control on the boron isotopic composition of foraminifera: Evidence from culture experiments). Поэтому геологи используют величину ?11B для оценки pH древних морских бассейнов.

Помимо ?11B, авторы измерили в изучаемых породах также и содержание тяжелого изотопа углерода (?13C). Колебания этого показателя в морских карбонатных осадках отражают долю 13C в атмосферном CO2 и связаны со сложным комплексом биотических и абиотических факторов. К их числу относится вулканизм, выветривание силикатов и карбонатов, темп морского осадконакопления, интенсивность фотосинтеза и биологического круговорота углерода, а также темп захоронения органики на континентах. В частности, при фотосинтезе растения используют для производства органики преимущественно легкий изотоп 12С, причем значительная часть образующейся органики захоранивается на континентах. Это в конечном счете ведет к обогащению атмосферы и морских карбонатных осадков тяжелым изотопом 13С. Если биологический круговорот углерода приостанавливается (например, из-за массового вымирания), доля 13С в морских осадочных породах может резко снизиться. К другим возможным причинам снижения ?13C относится вулканизм, поскольку углерод мантийного вещества обычно имеет облегченный изотопный состав по сравнению с углеродом атмосферного CO2 и карбонатных пород земной коры.

Результаты проведенных авторами измерений показаны на рис. 1. Для интерпретации результатов использовалась сложная математическая модель, учитывающая множество дополнительных показателей (гидрологических, геохимических, климатических и др.), так или иначе связанных с динамикой ?13C и ?11B.

В итоге вырисовалась следующая картина. В нижней части изученного геологического разреза (в породах старше 252,04 млн лет) показатель ?13C был устойчиво высоким. Иными словами, признаков усиленного вулканизма или приостановки биологического цикла углерода в это время не наблюдалось. При этом показатель ?11B оставался на уровне, свидетельствующем о средних, типичных для пермского океана значениях pH. Затем, около 252,04 млн лет назад (за 80 тысяч лет до первого эпизода великого вымирания), показатель ?11B резко вырос. Это означает, что морская вода стала более щелочной. Показатель ?13C при этом остался высоким.

В качестве возможных причин повышения pH морской воды в конце пермского периода авторы, основываясь на результатах моделирования, отмечают произошедшее в это время понижение уровня моря (регрессию), усиление выветривания силикатных и карбонатных пород, распространение безкислородных условий на мелководье и снижение глобальной скорости карбонатного осадконакопления.

Несколько позже (252,00 млн лет назад, за 40 тысяч лет до кульминации первого этапа вымирания) началось резкое снижение ?13C, однако значение ?11B при этом оставалось высоким (океан оставался щелочным). Первый эпизод великого вымирания произошел на фоне снижающегося ?13C и по-прежнему высоких значений ?11B. Моделирование показало, что такую картину можно объяснить комбинацией двух процессов: прекращением захоронения органики на континентах (из-за гибели наземной флоры и фауны, которая, по-видимому, предшествовала массовому вымиранию в море) и дополнительным поступлением в атмосферу углерода с облегченным изотопным составом, которое должно было продолжаться долго (примерно 50 тысяч лет). Возможно, источником этого углерода были вулканические газы, вырывавшиеся в атмосферу на ранних этапах формирования Сибирских траппов. Поскольку поступление вулканического CO2 на этом этапе было постепенным, карбонатно-бикарбонатный буфер океана справлялся с ним и удерживал pH на прежнем высоком уровне.

Второй этап великого вымирания (на рис. 1 он обозначен как EP2) произошел уже в начале триасового периода, 251,88 млн лет назад. Как раз в это время отмечается резкое снижение ?11B, свидетельствующее о катастрофическом закислении океана. Как и следовало ожидать, в этот момент наиболее сильному вымиранию подверглись организмы, наиболее уязвимые для подобных перемен среды. Это были, прежде всего, сидячие и малоподвижные морские организмы с карбонатными скелетами (которые при низких pH растворяются): моллюски, кораллы, мшанки, иглокожие. В это же время практически полностью прекратилось биогенное (с участием микроорганизмов) и абиогенное осаждение карбонатов во всем океане Тетис.

Объяснить столь сильное и быстрое закисление океана можно только новым выбросом больших количеств CO2 в атмосферу. Этот второй выброс был намного более стремительным, чем первый. Вероятнее всего, источником углерода и на этот раз были Сибирские траппы, проходившие теперь более поздние этапы своего формирования. Парадоксальным образом, на этот раз никакого снижения ?13C не произошло. Это значит, что изотопный состав вулканического углерода теперь был другим — не таким облегченным. Этому есть логичное объяснение: к мантийному углероду с низким содержанием 13C (?13C ? –5‰) теперь должен был добавиться углерод, выделяющийся из карбонатных пород, с которыми подошедшая к поверхности Земли расплавленная магма вступила в непосредственный контакт. У этих пород значение ?13C было выше (от +2 до +4‰). В итоге углекислый газ, выброшенный в атмосферу в этот период, имел значение ?13C, близкое к 0‰.

Таким образом, исследование показало, что причины первого и второго эпизодов великого вымирания различались. В первом случае ключевую роль, по всей видимости, сыграла аноксия и климатические изменения (возможно, в комплексе с другими факторами), но закисления океана тогда еще не было. Резкое падение pH морской воды было основной причиной второго, но не первого эпизода вымирания.

Чтобы вызвать катастрофическое закисление океана на рубеже перми и триаса, потребовался выброс в атмосферу порядка 24 триллионов тонн углерода. Скорость выброса CO2 была сопоставима с той, которую сегодня обеспечивает человечество, сжигая ископаемое топливо, но суммарный объем был больше. Авторы отмечают, что если сжечь все «традиционные» типы ископаемого топлива (нефть, уголь), это обеспечит поступление в атмосферу лишь 5 трлн тонн углерода. Чтобы добиться эффекта, сопоставимого с пермотриасовой катастрофой, нужно сжечь также и все «нетрадиционные» виды ископаемого горючего, такие как гидрат метана.

Источник: M. O. Clarkson, S. A. Kasemann, R. A. Wood, T. M. Lenton, S. J. Daines, S. Richoz, F. Ohnemueller, A. Meixner, S. W. Poulton, and E. T. Tipper. Ocean acidification and the Permo-Triassic mass extinction // Science. 2015. V. 348. P. 229–232.

См. также:
1) Связь массовых вымираний с вулканизмом получила новое подтверждение, «Элементы», 19.09.2011.
2) Обнаружена корреляция между изменениями в составе морских осадков и вымиранием морских животных, «Элементы», 20.06.2008.
3) В прошлые эпохи постепенное потепление климата сопровождалось внезапным кризисом биоты, «Элементы», 03.07.2009.

Александр Марков


28 сентябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Главной причиной позднечетвертичного вымирания все-таки были люди, а не климат

В конце четвертичного периода по всем континентам прокатилась волна массового вымирания крупных животных. Специалисты уже много десятилетий спорят о том, что было главной причиной этого вымирания —

Микробиота угленосных океанических осадков унаследована от древних почв

В ходе глубокого бурения северо-западного шельфа Тихого океана были собраны данные по микробиоте океанических осадков. В осадочных породах на глубинах от 1,5 до 2,5 км обнаружена сравнительно богатая

Выделение галогенов при формировании Сибирских траппов могло стать причиной массового пермского вымирания

Самое грандиозное массовое вымирание в истории Земли, произошедшее в конце пермского периода, совпадает по времени с формированием Сибирских траппов. В связи этих двух событий ученые уже практически

Океаны с трудом справляются с поглощением антропогенного углекислого газа из атмосферы

Океаны — одни из важнейших нейтрализаторов СО2. Если в воды океана попадает слишком много углекислого газа, кислотность воды увеличивается и истощаются запасы минерального карбоната кальция,

Важной причиной вымирания морских животных в конце пермского периода была нехватка кислорода

Примерно 252 миллиона лет назад, на рубеже пермского и триасового периодов, случилась крупнейшая биосферная катастрофа в истории Земли. Американские ученые построили модель, чтобы оценить, как

Верхний слой океана в позднем архее местами уже был обогащен кислородом

Примерно 2,45 млрд лет назад, в самом начале протерозоя, произошло событие, коренным образом повлиявшее на всю геологическую и биологическую историю Земли: в атмосфере появился свободный кислород.
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Почему одни нации богатые, а другие — бедные?Люди могут отращивать хрящи, как саламандрыПочему мы стареем? Новая теория ученыхРоссийский аппарат к Луне стартует не раньше 2026 годаОхотник за сокровищами нашел редчайший доисторический кладЧто происходит с океанами Земли?NASA получило новые снимки Большого красного пятна ЮпитераОбманщики чередуют ложь с правдой, чтобы им продолжали верить