Уход за ногами

Пермское вымирание. Массовое пермское вымирание произошло из-за сибирских вулканов

Пермское вымирание – самое грандиозное вымирание видов на планете за всю геологическую историю, случившееся на Земле около 250 миллионов лет назад. Наиболее распространённая гипотеза о причинах этого вымирания – вулканическая – недавно получила новое подтверждение палеогеологов.

Если посмотреть на хрестоматийную геохронологическую таблицу, на временной шкале которой геологические эры и периоды сопровождаются описанием господствующих флор и фаун, то увидим, что в следующем после Пермского периода Триасовом на Земле господствовали совершенно иные формы. В конце Перми исчезают древние леса из гигантских плаунов и папоротников (это которые и дали нам ныне активно разрабатываемые каменноугольные месторождения), населённые ящероподобными амфибиями, а на смену им приходят хвойные. В животном царстве позднепермская эпоха ознаменовалась появлением настоящих ящеров - крупных рептилий, которые определи весь облик последующей Мезозойской эры в представлениях современных школьников и продвинутых журналистов.

Пермским вымиранием закончился Палеозой, длившийся 420 миллионов лет. Пермское вымирание освободило на планете место для мезозойской флоры и фауны.

Причина столь грандиозной смены классов растений и животных на границе Палеозоя и Мезозоя кроется в катастрофической смене глобального тропического климата умеренным и в существенном изменении химического состава земной атмосферы. А изменения эти вызваны вулканической активностью на территории современной Сибири.

В те далёкие геологические времена Сибири как таковой не существовало. Не было ни Европы, ни Азии, ни вообще Евразийского континента. А был единый суперматерик Пангея, включавший в свой состав также Африку, Антарктиду, Австралию и обе Америки. И был единственный океан, омывавший Пангею со всех сторон - суперокеан Панталасса.

Но вот 252 миллиона лет назад по какой-то причине (причина - до сих пор дискуссионный вопрос) активизировались супервулканы. Их мощнейшие извержения на тысячелетия закрыли солнечный свет, выбросив в атмосферу огромное количество пыли и сажи. Наступила длительная эпоха сумерек с общим похолоданием, которую-то и не смогли пережить тропические палеозойские леса с их земноводным населением. За каких-то 50 тысяч лет катастрофически вымерло 65-70% наземных видов. В науке это вымирание известно как пермская биосферная катастрофа.

Но грандиозное пермское вымирание наземных флор и фаун, оказывается, всего лишь слабое отражение биосферной катастрофы, случившейся чуть позже в мировом океане Панталасса. По оценкам палеонтологов тогда вымерло 90% обитателей подводного мира.

Выброс вулканами агрессивных химических веществ в атмосферу вызвал сернокислые, азотнокислые и прочие кислотные дожди. Пыль, оседавшая на обширной водной поверхности тоже содержала в себе кислотные радикалы. Но главным фактором оказался углекислый газ СО2, в неимоверных количествах – триллионы тонн! – попавший в атмосферу вследствие вулканических выбросов, и вторичным путём - из-за тотальных лесных пожаров. В целом, плохо растворяясь в воде, углекислый газ, тем не менее, поступал в неё в огромных количествах. И растворяясь, превращался в углекислоту Н2СО3 (это та, которая язык щиплет в газировке).

В течение каких-то 10 тысяч лет воды мирового океана окислились, рН водной среды резко понизился сразу (по геологическим меркам) на 0,7 единицы. И океан Панталасса надолго опустел.

Всё вышеизложенное – результат долгих и кропотливых исследований геологов, геохимиков, палеонтологов разных стран, по крохам добывающих новые знания о далёком прошлом нашей планеты.

Последний по времени (но далеко не окончательный) вклад внесли геологи, изучая пермские известняковые отложения на территории Объединённых Арабских Эмиратов (ОАЭ) на побережье Персидского залива. Учёные исследовали содержание двух изотопов бора в биогенном известняке. Эти две разновидности атомов одного химического элемента различаются по концентрации в щелочных и кислых водах, что является маркером для определения pH водной среды, в которой когда-то обитали пермские раковинные моллюски, раковинные амёбы фораминиферы и прочие морские организмы с известковым скелетом. Из их скелетов через миллионолетия и образовались известняки, дошедшие до наших дней.

Геологи пришли к выводу, что вода в этом районе в позднепермскую эпоху имела повышенную кислотность. Эти исследования подтвердили правоту аналогичного вывода других специалистов относительно изотопов кальция в тех же известняках.

Полученные результаты, конечно, сенсацией (как это преподнесли СМИ) назвать нельзя – просто ещё одна песчинка в кирпичике грандиозного небоскрёба современной науки. Но сам "кирпичик" этот в некотором смысле краеугольный.

Как отмечают сами учёные, их работа позволила выяснить причины второго вымирания (панталасского) животных в позднепермскую эпоху, но не объясняет снижение видового разнообразия во время первого вымирания, которое случилось на несколько десятков тысячелетий ранее и длилось 50 тысяч лет. Как указывают палеогеологические данные, кислотность водной среды на этом первом этапе вымирания тоже повысилась, но незначительно.

Как можно интерпретировать эти данные по позднепермским известнякам Аравийского полуострова? Очевидно, они ещё раз доказывают, что вулканическая активность поздней перми привела к биосферной революции и двухстадийному вымиранию биоты на планете.

Первое вымирание – наземной флоры-фауны - описано выше. Явилось оно следствием климатической катастрофы (затемнение земной поверхности и снижение глобальной температуры на суше из-за загрязнения и замутнения атмосферы сажепылевыми частицами, выброшенными вулканами и пожарами). То есть, здесь мы имеем состоявшийся аналог знаменитой математической модели "ядерной зимы", впервые описанной Карлом Саганом и подробно исследованной Вычислительным центром АН СССР в начале 1980-х под руководством академика Н.Моисеева (модель "Мир-3").

Второе, беспрецедентное вымирание – гидробиоты океана Панталассы, последовавшее после первого наземного вымирания через некоторый короткий геологический промежуток времени (знаменитых математических аналогов не имеет). Оно вызвано химическим загрязнением атмосферы и поверхностных вод и кислотообразующими ангидридами и, как следствие, вторичным загрязнением-закислением мирового океана в результате растворения ангидридов (в первую очередь - СО2) в воде. Хотя углекислота куда менее агрессивна, чем кислоты с азот-сера-хлорсодержащими остатками-радикалами, а растворение СО2 в воде весьма посредственное, но его количество в атмосфере было феноменально большим. И времени – предостаточно. В итоге именно углекислый газ, поступивший в атмосферу из "сибирских" вулканов и горящих папоротниковых джунглей сильно закислил мировой океан. Это изменение химсостава и кислотности привычной для пермских морских обитателей среды и погубило их.

Вступивший в реакцию с водой углекислый газ образовывал угольную кислоту Н2СО3, которая реагировала с вездесущим кальцием с образованием труднорастворимой соли СаСО3, попросту – известняка. Выжившие в апокалипсисе водные организмы с известковым скелетом извлекали из раствора этот известняк (наверное, правильнее говорить, извлекали растворённый кислотный остаток радикал СО3 и сами соединяли его с кальцием) и строили из него свой кальцесодержащий экзоскелет. Богатое содержание извести в воде дало вспышку численности кальций содержащих организмов. За много миллионов лет они таким образом постепенно извлекли растворённую в воде углекислоту, аккумулировав её в виде уже совсем нерастворимых известковых отложений ракушняков, известняков (моллюски), мела (фораминиферы). То есть, вернули кислотность океанской воды в прежнее (или сегодняшнее) нейтральное состояние. А после себя оставили ракушняк, который постепенно превратился в залежи мела и известняка. А некоторые из них пошли далее и, в свою очередь, через миллионолетия превратились в кальциты, доломиты, мергели и мрамор – то есть, в ценные строительные материалы.

Это – что касается научного значения описанной работы по изучению позднепермских известняков.

Но из этой работы геологов вытекает ещё один важный вывод (они сами акцентируют на этом): массовое вымирание животных может быть предупреждением человеку в связи с его активной промышленной деятельностью, приводящей к выбросу в атмосферу Земли углекислого газа. Именно с ней ученые связывают повышение среднего уровня pH в океане к настоящему времени на 0,1 с начала промышленной революции.

Обрати, читатель, внимание: для закисления вулканами и пожарами праокеана Панталасса на 0,7 водородных единиц потребовалось десятки тысяч лет. Промышленная революция в Англии началась всего 300 лет назад, в России – 200, а кое-куда в мире она ещё не докатилась даже. Но за этот исторический (а не геологический!) промежуток океан уже успел закислиться на 0,1 единицы. Напрашивается сравнительный вывод, от которого волосы на голове станут шевелиться!

Пермское вымирание стало одной из крупнейших катастроф, случившихся за долгую историю Земли. Биосфера планеты потеряла почти всех морских животных и более 70% наземных представителей. Удалось ли ученым понять причины вымирания и оценить его последствия? Какие выдвинуты теории и можно ли им верить?

Пермский период

Чтобы примерно представить последовательность настолько далеких событий, необходимо обратиться к геохронологической шкале. Всего палеозой насчитывает 6 периодов. Пермь - период на границе палеозоя и мезозоя. Его длительность по 47 млн лет (от 298 до 251 млн лет тому). Обе эры, и палеозой, и мезозой, являются частью фанерозойского эона.

Каждый период палеозойской эры по-своему интересен и богат на события. В пермский период произошел эволюционный толчок, развивший новые формы жизни, и пермское вымирание видов, уничтожившее большую часть животных Земли.

С чем связано название периода

«Пермь» - удивительно знакомое название, вам не кажется? Да, вы не ошиблись, оно имеет русские корни. Дело в том, что в 1841 году была обнаружена тектоническая структура, соответствующая этому периоду палеозойской эры. Находка располагалась недалеко от города Пермь. А вся тектоническая структура сегодня носит название Предуральского краевого прогиба.

Концепция массовых вымираний

Концепция массовых вымираний введена в научный оборот учеными Чикагского университета. Работу провели Д. Сепкоски и Д. Рауп. По статистическому анализу было выделено 5 массовых вымираний и почти 20 катастроф меньшего масштаба. Бралась к рассмотрению информация за последние 540 млн лет, так как за более ранние периоды данных недостаточно.

К крупнейшим вымираниям отнесены:

ордовикско-силурийское;
девонское;
пермское вымирание видов (причины которого мы рассматриваем);
триасовое;
мел-палеогеновое.

Все эти события происходили в палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры. Их периодичность от 26 до 30 млн лет, но установленную периодичность многие ученые не принимают.

Величайшая экологическая катастрофа

Пермское вымирание - самая массовая катастрофа в истории нашей планеты. Морская фауна вымерла почти полностью, наземных видов сохранилось всего 17% от общего количества. Вымерло более 80% видов насекомых, чего не случалось во времена других массовых вымираний. Все эти потери случились примерно за 60 тыс. лет, хотя некоторые ученые предполагают, что период массового мора продолжался около 100 тыс. лет. Глобальные потери, которые принесло большое пермское вымирание, провели итоговую черту - переступив ее, биосфера Земли начала эволюцию.

Восстановление фауны после величайшей экологической катастрофы продолжалось очень долго. Можно сказать, что намного дольше, чем после других массовых вымираний. Ученые пытаются воссоздать модели, по которым мог протекать массовый мор, но пока не могут сойтись даже в количестве толчков внутри самого процесса. Некоторые ученые считают, что Великое пермское вымирание 250 млн лет назад имело 3 пиковых толчка, другие научные школы склоняются к тому, что их было 8.

Одна из новых теорий

По предположениям ученых, пермскому вымиранию предшествовала еще одна массовая катастрофа. Она случилась за 8 млн лет до основного события и значительно подорвала экосистему Земли. Животный мир стал уязвим, поэтому второе вымирание в рамках одного периода оказалось величайшей трагедией. Если удастся доказать, что в пермский период произошло два вымирания, то под сомнением окажется концепция о периодичности массовых катастроф. Справедливости ради уточним, что эту концепцию оспаривают с многих позиций, даже без учета возможного дополнительного вымирания. Но данная точка зрения пока удерживает научные позиции.

Возможные причины пермской катастрофы

Пермское вымирание до сих пор вызывает множество споров. Острая полемика разворачивается вокруг причин экологического катаклизма. Как равнозначные рассматриваются все возможные основания, в том числе:

внешние и внутренние катастрофические события;
постепенные изменения в окружающей среде.

Попытаемся рассмотреть некоторые составляющие обеих позиций подробнее, чтобы понять, насколько велика вероятность их влияния на Пермское вымирание. Фото подтверждающих или опровергающих находок предоставляют ученые многих университетов по мере изучения вопроса.

Катастрофа как причина пермского вымирания

Внешние и внутренние катастрофические события принято рассматривать как самые вероятные причины Великого вымирания:

В этот период произошло значительное усиление деятельности вулканов на территории современной Сибири, что привело к большому излиянию траппов. Это означает, что произошло огромное извержение базальта за короткое в геологическом понятии время. Базальт слабо подвержен эрозии, а окружающие осадочные породы легко разрушаются. Как доказательство траппового магматизма ученые приводят в пример огромные территории в виде плоских ступенчатых равнин на базальтовом основании. Крупнейшей трапповой местностью является Сибирский трапп, образовавшийся в конце пермского периода. Его площадь более 2 млн. км². Ученые Нанкинского института геологии (Китай) провели изучение изотопного состава горных пород Сибирских траппов и установили, что пермское вымирание происходило именно в период их образования. Оно заняло не больше 100 тыс. лет (до этого считалось, что оно заняло более длительный промежуток времени - около 1 млн лет). Деятельность вулканов могла спровоцировать парниковый эффект, вулканическую зиму и другие процессы, губительные для биосферы.
Причинами биосферной катастрофы могло стать падение одного или нескольких метеоритов, с крупным астероидом. В качестве доказательства приводится кратер площадью более 500 км (Земля Уилкса, Антарктида). Также свидетельства ударных событий найдены в Австралии (структура Бедоут, Северо-восток континента). Многие полученные образцы позднее были опровергнуты в процессе более глубокого изучения.
Одной из возможных причин считают резкий выброс метана со дна морей, что могло привести к тотальной гибели морских видов животных.
К катастрофе могло привести получение одним из доменов живых одноклеточных организмов (археи) способности перерабатывать органику, выделяя большие объемы метана.

Постепенные изменения в окружающей среде

Постепенные изменения состава морской воды и атмосферы, в результате чего возникла аноксия (недостаток кислорода).
Повышение сухости климата Земли - животный мир не смог приспособиться к изменениям.
Следствием изменения климата стали нарушения океанических течений и уменьшение уровня моря.

Скорее всего, повлиял целый комплекс причин, поскольку катастрофа носила массовый характер, и произошла за короткий период.

Последствия Великого вымирания

Великое пермское вымирание, причины которого пытается установить ученый мир, имело серьезные последствия. Полностью исчезли целые отряды и классы. Вымерла большая часть парарептилий (остались только предки современных черепах). Исчезло огромное количество видов членистоногих и рыб. Изменился состав микроорганизмов. Фактически планета опустела, оказавшись во власти грибков, питающихся падалью.

После пермского вымирания выжили виды, максимально приспособленные к перегреву, низкому уровню кислорода, недостатку пищи и избыточному содержанию серы.

Массовый биосферный катаклизм открыл дорогу новым видам животных. Триас, первый явил миру архозавров (прародителей динозавров, крокодилов и птиц). После Великого вымирания на Земле появились первые виды млекопитающих. На восстановление биосферы ушло от 5 до 30 миллионов лет.

Одно из самых катастрофических вымираний в истории Земли, произошедшее в пермском периоде, по геологическим меркам продолжалось буквально одно мгновение. Как подсчитали американские ученые, уничтожение 96% водных и 70% наземных видов заняло всего 60 тысяч лет.

Пермский пейзаж. Реконструкция Victor Leshyk

Пермское вымирание не зря называют Великим – ничего подобного в истории нашей планеты с тех пор не происходило. Но, несмотря на грандиозные масштабы этой катастрофы, ученые до сих пор не пришли к единому мнению о ее причинах. На сегодняшний день существует три гипотезы, объясняющие массовое вымирание живых организмов – падение астероида, глобальное извержение вулканов и каскад наложившихся друг на друга экологических катаклизмов.

Пытаясь разобраться в событиях, отдаленных от наших дней 250 миллионами лет, исследователи Массачусетского технологического института замерили длительность катастрофы во времени. Как оказалось, вымирание происходило "практически мгновенно с геологической точки зрения" и продолжалось порядка 60 тысяч лет, то есть по меньшей мере в 10 раз быстрее, чем это считалось ранее. Получить эту потрясающую цифру ученым удалось благодаря новым, более точным методам определения возраста горных пород.

"У нас есть представление о точном возрасте и продолжительности вымирания, – констатировал профессор геологического факультета MIT Сэм Боуринг. – Но как можно было убить 96% всех обитателей океанов за какие-то десятки тысяч лет? Похоже, исключительное вымирание требует исключительного объяснения".

Примерно за 10 тысяч лет до катастрофы океаны Земли подверглись воздействию большого количества легких изотопов углерода. В результате вода оказалась сильно подкислена, а ее температура выросла сразу на 10 градусов. Именно эти события уничтожили большинство морских обитателей, уверенны исследователи.

Наиболее популярная сегодня гипотеза механизмов пермского вымирания связывает его с сибирскими траппами – многослойными лавовыми полями, возникшими в результате мощнейших вулканических процессов, выбросивших на поверхность Земли больше пяти миллионов кубических километров лавы.

"Понятно, что причины, приведшие к вымиранию, должны были действовать очень быстро, – отметил ведущий автор исследования, аспирант MIT Сет Берджесс. – Настолько быстро, что большинство представителей растительного и животного миров попросту не успели к ним адаптироваться". Краткосрочность событий вымирания подтверждает господствующую гипотезу, согласно которой летучие химические соединения, выброшенные вулканами, радикально изменили состав атмосферы и океанов, став причиной массовой гибели живых существ.

Возможно, цитирует Бауринга The Daily Mail , даже один катастрофический импульс магматической активности стал триггером, запустившим почти мгновенный крах всех глобальных экосистем.

По геологическим меркам одно из самых катастрофических вымираний в истории Земли, произошедшее в пермском периоде, продолжалось буквально одно мгновение. По данным исследователей из Массачусетского технологического института, 96 % водных видов и 70 % наземных видов вымерли всего за 60 тысяч лет. Ничего подобного в истории нашей планеты с тех пор не происходило.

Получить потрясающую цифру 60 тысяч лет ученым удалось благодаря новым, более точным методам определения возраста горных пород.

“У нас есть представление о точном возрасте и продолжительности вымирания, – констатировал профессор геологического факультета MIT Сэм Боуринг. – Но как можно было убить 96% всех обитателей океанов за какие-то десятки тысяч лет? Похоже, исключительное вымирание требует исключительного объяснения”.

Как известно, массовое пермское вымирание – одно из пяти массовых вымираний. По нему проведена граница между пермским и триасовым геологическими периодами (она же разделяет палеозойскую и мезозойскую эры). Возраст этой границы по современной (2012 года) геохронологической шкале - 252,2 ± 0,5 млн. лет.

Это одна из крупнейших катастроф биосферы в истории Земли, которая привела к вымиранию 96 % всех морских видов и 70 % наземных видов позвоночных. Катастрофа стала единственным известным массовым вымиранием насекомых, в результате которого вымерло около 57 % родов и 83 % видов всего класса насекомых. Ввиду утраты такого количества и разнообразия биологических видов восстановление биосферы заняло намного более длительный период времени по сравнению с другими катастрофами, приводящими к вымираниям.

Модели, по которым протекало вымирание, находятся в процессе обсуждения. Различные научные школы предполагают от одного до трёх толчков вымирания.

Вымирание было быстрым (продолжалось не более 200 тысяч лет), синхронным в море и на суше, сопровождалось массовыми пожарами. Предположительно, его причиной послужил резкий выброс парниковых газов, вызванный трапповым магматизмом на территории нынешней Сибири, что привело к значительному перегреву планеты и засухе. Первыми погибли тропические леса, за ними последовала иная растительность, результатом чего стало резкое усиление эрозии и гибель почв.

В настоящее время у специалистов отсутствует общепринятое мнение о причинах вымирания. Рассматривается ряд возможных причин :

– катастрофические события :

– усиление вулканической деятельности в Сибири;

– падение одного или многих метеоритов, либо столкновение Земли с астероидом диаметром в несколько десятков километров (одним из доказательств этой гипотезы служит возможное наличие 500-километрового кратера в районе Земли Уилкса);

– внезапный выброс метана со дна моря;

– приобретение археями (род Methanosarcina) способности перерабатывать органику с выделением больших объёмов метана.

– постепенные изменения окружающей среды :

– аноксия - изменения химического состава морской воды и атмосферы, в частности, дефицит кислорода;

– повышение сухости климата;

– изменение океанических течений и/или уровня моря под влиянием изменений климата;

Наиболее распространена гипотеза, согласно которой причиной катастрофы явилось излияние траппов (вначале относительно небольших Эмэйшаньских траппов около 260 млн. лет назад, затем колоссальных Сибирских траппов 251 млн. лет назад), которое могло повлечь за собой вулканическую зиму, парниковый эффект из-за выброса вулканических газов и другие климатические изменения, повлиявшие на биосферу.

Свидетельства того, что падения астероидов могли вызвать позднемеловую катастрофу, порождают гипотезы о том, что похожие события также могли бы стать причиной и других событий массового вымирания, включая пермское вымирание, и для проверки этих гипотез ведутся поиски кратеров соответствующих размеров.

В Австралии и Антарктиде найдены доказательства существования ударных событий, соответствующих пермскому периоду: зёрна кварца ударного происхождения, фуллерены с включениями инертных газов внеземного происхождения, фрагменты метеоритов в Антарктике и зёрна, содержащие повышенный уровень железа, никеля и кремния – возможно, ударного происхождения. Однако достоверность большинства из этих исследований весьма сомнительна. Например, кварц из Антарктики, который считался имеющим ударное происхождение, был недавно исследован при помощи оптического и электронного микроскопов. В результате было выявлено, что найденные образцы образовались, скорее всего, в результате пластических деформаций в твёрдых телах, а не от ударов при тектонических процессах, подобных вулканизму.

Как следы метеоритов, ставших причиной массового пермского вымирания, рассматривают несколько кратеров (возможно ударного происхождения), в том числе структуру Бедоут в северо-восточной части Австралии и гипотетический кратер Земли Уилкса в западной Антарктике. В каждом из этих случаев гипотеза космического удара не получила подтверждения и была подвергнута критике. А в случае с Землёй Уилкса, возраст этих геологических образований точно не определён и может относиться к более поздним периодам.

В результате массового вымирания с лица Земли исчезло множество видов, ушли в прошлое целые отряды и даже классы; большая часть отряда парарептилий (кроме предков современных черепах), многие виды рыб и членистоногих (в том числе трилобиты). Перестроились морские экосистемы: роль рифообразователей переходит от мшанок к кораллам, придонных фильтраторов - от плеченогих к двустворчатым моллюскам.

Катаклизм также сильно ударил по миру микроорганизмов.

В результате наша планета сильно опустела. Некоторые учёные вообще полагают, что Земля оказалась во власти грибков, питавшихся остатками погибших организмов.

Считается, что на восстановление биосферы после массового вымирания ушло около 30 млн. лет, однако некоторые учёные делают выводы, что оно могло произойти и за более короткий промежуток времени, около 5-10 млн. лет. При восстановлении биосферы широкое распространение получили оппортунистические организмы: грибы, бактериальные маты, плауновидные растения Pleuromeia.

Пермское вымирание завершило период процветания Синапсид (хотя с десяток видов выжило) и Анапсидных рептилий, давая дорогу многим животным, долгое время остававшимся в тени: начало и середина следующего за пермью триасового периода ознаменовалось становлением архозавров, от которых произошли динозавры и крокодилы, а впоследствии птицы.

Выжили те виды, которые оказались более приспособленными к новым условиям: перегреву, недостатку кислорода, недостатку пищи, избытку серы в воде и т.д. Хотя, конечно, выживание или вымирание многих видов было случайным. Если в ареале распространения данного вида оказывался небольшой участок, на котором сохранялись приемлемые условия обитания, то вероятность выживания была выше. Таким образом удачно пережили вымирание некоторые растения на территории Австралии.

Кроме того, именно в триасе появляются первые млекопитающие. До начала триаса удалось дожить небольшой части теплокровных звероподобных тетраподов – цинодонтов. Сами цинодонты триас не пережили, но их потомки сумели выстоять в меловом вымирании, погубившем всех динозавров, и положить начало новой группе животных – млекопитающим, за которыми оказалось будущее нашей планеты.