Как происходило самое масштабное вымирание в истории: окончательная геохимическая реконструкция

Самое масштабное массовое вымирание в истории Земли произошло около 252 миллионов лет назад. Оно ознаменовало конец пермской и начало триасовой эпохи. Около трех четвертей всего живого на суше и около 95% жизни в океане исчезли всего за несколько тысяч лет.

Беспрецедентная вулканическая деятельность в сегодняшней Сибири и выброс большого количества метана со дна моря давно обсуждаются как потенциальные триггеры пермско-триасового вымирания. Но точная причина и последовательность событий, приведших к массовому вымиранию, оставались спорными. 

Используя новейшие аналитические методы и подробные модельные расчеты, ученым из Центра исследований океана Гельмгольца GEOMAR в Киле в сотрудничестве с Потсдамским научно-исследовательским центром геонаук GFZ им. Гельмгольца удалось провести окончательную реконструкцию геохимических процессов, которые привели к этому беспрецедентному биотическому кризису.

Для своего исследования команда использовала ранее часто игнорируемый экологический архив — раковины ископаемых брахиопод.

Измеряя различные изотопы элемента бора в окаменелых раковинах, команда смогла проследить изменение значений pH в океане 252 миллиона лет назад. Поскольку pH морской воды тесно связан с концентрацией окиси углерода в атмосфере, реконструкция последнего также стала возможной. Для анализа команда использовала высокоточный изотопный анализ в GEOMAR, а также микроанализ с высоким разрешением на современном масс-спектрометре вторичных ионов (SIMS) с большой геометрией в GFZ.

«С помощью этого метода мы можем не только реконструировать эволюцию концентрации CO2 в атмосфере, но и четко проследить его до вулканической активности. Растворение гидратов метана, которое было предложено в качестве дополнительной потенциальной причины вымирания, на основании наших данных маловероятно», — объясняет Маркус Гутьяр, соавтор исследования из GEOMAR. 

В качестве следующего шага команда внесла свои данные из исследований бора и дополнительных изотопов углерода в компьютерную геохимическую модель, которая имитировала процессы на Земле в то время. Результаты показали, что потепление и закисление океана, связанные с огромным выбросом вулканического CO2 в атмосферу, уже были фатальными и привели к исчезновению большинства морских организмов в самом начале вымирания.

Однако выброс CO2 привел и к дальнейшим последствиям; с повышением глобальной температуры, вызванным парниковым эффектом также увеличилось химическое выветривание на суше. За тысячи лет все большее количество питательных веществ достигло океанов через реки и побережья. Результатом было крупномасштабное кислородное истощение и изменение полных циклов элементов.

Исследование проводилось в рамках финансируемого ЕС проекта ITN BASE-LiNE Earth, в котором впервые систематически изучались брахиоподы в качестве экологического архива, а соответствующие аналитические методы были вновь разработаны и усовершенствованы.

«Без этих новых методов было бы сложно реконструировать процессы в окружающей среде, происходившие более 250 миллионов лет назад с тем же уровнем детализации, что и сейчас. Кроме того, новые методы могут быть применены для других научных приложений», — заключает соавтор исследования Антон Эйзенхауэр.

Узнайте, как в США нашли ясли древних акул возрастом 24 миллиона лет.