Примерно 252 миллиона лет назад, на рубеже пермского и триасового периодов, случилась крупнейшая биосферная катастрофа в истории Земли. По некоторым оценкам, за короткий период (около 1 млн лет) вымерло приблизительно 96% видов морских животных и 70% видов наземных позвоночных. Наиболее вероятной причиной глобальных климатических изменений, повлекших за собой такие серьезные последствия, была высочайшая вулканическая активность, имевшая место в то время. Но сам механизм процессов, вызвавших исчезновение многих видов животных на планете, пока непонятен. Американские ученые построили модель, чтобы оценить, как морские животные могли справляться с изменениями условий обитания в то время. Их результаты говорят о том, что для морских экосистем главными факторами нарушения экологического равновесия были рост температур и снижение содержания кислорода в воде.

Рис. 1. Доля вымерших в конце пермского периода видов морских животных. По горизонтальной оси — распределение по широтам: от одного полюса к другому, через тропики. Черная линия — результаты моделирования, голубые точки —палеонтологические данные. Видно, что в тропиках выжило больше видов морских животных, чем на полюсах. Цвет фона указывает на степень повышения температуры воды: от незначительного (желтый) до очень сильного (темно-красный). Сверху схематично показан суперконтинент Пангея с массовыми извержениями вулканов, выделяющими углекислый газ. Также показаны некоторые морские организмы, вымершие в конце пермского периода. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Предполагается, что причиной массового пермского вымирания была невероятно высокая вулканическая активность на территории нынешней Сибири, приведшей к формированию крупнейшей трапповой провинции мира — Сибирских траппов (см.: Связь массовых вымираний с вулканизмом получила новое подтверждение, «Элементы», 19.09.2011). В ходе этого процесса за недолгое по геологическим меркам время из недр изверглось несколько миллионов кубических километров магмы, что привело к резким изменениям климата на планете.

Важнейших последствий этих изменений, пагубно подействовавших на природные экосистемы, было несколько. Мощный выброс вулканических парниковых газов в атмосферу вызвал рост температур на планете и, как следствие, перегрев поверхностных вод океана. Помимо парникового эффекта, резкий рост концентрации CO2 и других вулканических газов в атмосфере мог вызвать повышение кислотности — закисление — морской воды (см.: Доказана роль резкого закисления океана в массовом вымирании на рубеже пермского и триасового периодов, «Элементы», 14.04.2015). Вулканические газы содержат токсичные для живых организмов вещества (см.: Выделение галогенов при формировании Сибирских траппов могло стать причиной массового пермского вымирания, «Элементы», 25.09.2018), поэтому повышение их концентрации могло стать непосредственной причиной массовых отравлений живых организмов. И, наконец, есть еще такое явление как аноксия океана (anoxic event) — снижение содержания кислорода в воде, которое может быть вызвано как ростом концентрации сероводорода в атмосфере и в океане, так и другими последствиями климатических изменений: ростом концентрации в атмосфере парниковых газов, общим потеплением или ослаблением циркуляции воды в океане.

Многочисленные геохимические данные, основанные на минеральном и химическом составе пород, и раньше указывали на факт быстрого глобального потепления и потерю кислорода океаническими водами в позднепермское время. Однако до сих пор отсутствовали комбинированные построения, объединяющие параметры меняющихся условий среды и метаболизма животных. Важность подобного подхода определяется тем, что степень воздействия климатических изменений на те или иные виды организмов зависит от биологических особенностей последних, другими словами — от их чувствительности к изменениям среды.

Именно такую комбинированную модель, построенную на так называемой экофизиологической основе и позволяющую количественно оценить объем вымирания различных видов морских организмов в зависимости от степени изменения параметров среды — в данном случае это были температура воды и ее насыщенность кислородом (рис. 2), разработали американские ученые из Вашингтонского университета в Сиэтле и Стэнфордского университета. В качестве основы использовалась система моделирования атмосферы и гидросферы Земли CESM 1.2.2 (Community Earth System Model).

Рис. 2. Изменение температуры и содержания кислорода в морской воде в позднепермское время, полученное при помощи модели CESM 1.2.2. A — пространственная картина повышения температуры в приповерхностной толще (глубина от 0 до 70 м). B — уровень содержания кислорода на морском дне. Заштрихована зона аноксии (содержание О2 меньше 5 ммоль/м3). С — средние по широтам показатели повышения температуры с глубиной. D — средние по широтам показатели изменения содержания кислорода с глубиной. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Прогнозные построения авторы сопоставляли с результатами палеонтологического анализа пространственного распространения морских организмов на рубеже пермского и триасового периодов. Это позволило дополнительно оценить, как сказывалось изменение параметров среды на жизнеспособности морских видов в разных широтах.

При повышении температуры воды потребление кислорода морскими организмами (аэробная активность), в силу физиологических особенностей, возрастает. Из модельных же построений видно, что два фактора изменения среды — рост температуры и снижение содержания кислорода в воде— в позднепермское время действовали одновременно. В таких условиях, когда кислорода для жизни требовалось все больше, а среда давала его все меньше, морские организмы (одни раньше, другие позже) начали испытывать кислородное голодание (гипоксию).

В качестве ключевого показателя, позволяющего оценить для различных видов пороговые значения параметров среды, за пределами которых гипоксия приводит к вымиранию популяции, авторы использовали так называемый метаболический индекс — отношение уровня потребления кислорода организмами в различных условиях среды (с учетом термических и гипоксических особенностей) к тому объему кислорода, которое данная среда может предоставить. При снижении метаболического индекса ниже определенного (для каждого вида) значения среда уже не способна поддерживать активный аэробный метаболизм организмов, что можно расценивать как предпосылку к вымиранию вида.

Для метаболического индекса древних организмов авторы, используя опубликованные данные лабораторных исследований, оценили чувствительность к изменениям температуры и содержанию в воде кислорода у 61 современного морского вида, включая ракообразных, рыб, моллюсков, кораллы и акул. Предполагается, что устойчивость современных животных к высокой температуре и низкому содержанию кислорода аналогична пермским видам, поскольку условия окружающей среды до начала катастрофических глобальных изменений климата в конце перми в целом были аналогичны современным.

Виды животных, с близкими значениями метаболического индекса, были объединены авторами в модельные группы — экофизиотипы. Затем весь океан пермского периода был разделен на зоны, в которых те или иные экофизиотипы могли сохранять свою жизнеспособность при тех мощнейших климатических изменениях, которые произошли в поздней перми (приповерхностные температуры океана повысились более, чем на 10°C, а содержание O2 в морской воде снизилось почти на 80%).

Результаты моделирования показали, что в позднепермское время воды океана перестали обеспечивать жизнеспособную среду для большинства животных видов. То есть главной причиной вымирания видов в соответствии с этим исследованием стала гипоксия, связанная как со снижением содержания кислорода в морской воде, так и с ростом метаболической активности организмов в условиях роста температур. Особенно пострадали виды, обитающие в полярных широтах, так как они были менее приспособлены к резкому потеплению воды по сравнению с тропическими видами. Как следствие, интенсивность вымирания в тропиках была ниже, чем в высоких широтах (рис. 3).

Рис. 3. Сводная диаграмма, показывающая общий процент вымерших в позднепермское время морских видов на разных широтах (черная линия), а также отдельно из-за потепления (красная линия) и из-за снижения содержания кислорода (синяя линия). Цветные полосы — доверительные интервалы соответствующих линий. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Выводы, сделанные на основе моделирования, подтверждаются палеонтологическим данными, указывающими на то, что во многих таксономических группах интенсивность вымирания увеличивается с широтой. Как показали результаты обсуждаемого исследования, причиной этого было сокращение объемов аэробной среды обитания от экватора к полюсам.

Хотя потепление и недостаток кислорода в морской воде объясняют более половины случаев исчезновения морских видов (см. рис. 3), другие факторы — закисление океана, снижение продуктивности фотосинтезирующих организмов и т. п., — вероятно, тоже внесли свой вклад. Модель авторов обсуждаемой работы позволяет не только предложить объяснение тому, как именно происходило массовое вымирание морских организмов в конце пермского периода, но и построить картину масштабов и пространственного распространения этого вымирания.

Источник: Justin L. Penn, Curtis Deutsch, Jonathan L. Payne, Erik A. Sperling. Temperature-dependent hypoxia explains biogeography and severity of end-Permian marine mass extinction // Science. 2018. DOI: 10.1126/science.aat1327.

Владислав Стрекопытов
http://elementy.ru/novosti_nauki/433407/Vazhnoy_prichinoy_vy...

История нашей планеты знает немало катастроф, по сравнению с которыми все те удары стихий, с какими сталкивалось человечество, смело можно назвать незначительными.

Говоря о массовых вымираниях прошлого, первое, что приходит в голову – исчезновение динозавров около 65 миллионов лет назад. Тогда, как предполагают ученые, столкновение с астероидом стало причиной исчезновения примерно 75% видов живых существ. Данное вымирание принято считать последним, пятым, но отнюдь не самым страшным.

События, которые поставили под вопрос само существования жизни на Земле, развернулись 252 миллиона лет назад. Беспрецедентность и масштабы данного катаклизма исследователи отразили в его названии, обозначив его не иначе как Великое пермское вымирание.

В краткие сроки с лица нашей планеты исчезает около 95% видов морских обитателей и около 70% видов наземных. На восстановление видового разнообразия понадобится более 50 миллионов лет. Однако что стало причиной этих событий?

Как часто бывает, в вопросах седой древности существует ряд гипотез, объясняющих то или иное событие.

Согласно доминирующей на данный момент гипотезе причиной пермского вымирания стала сильная вулканическая активность на территории Сибири. О масштабах происходящего можно судить по дошедшим до нас траппам – полям, образованных из застывшей магмы, которые раскинулись в Сибири на 2 миллиона квадратных километров!

По мнению исследователей из Сиракузского университета и геологической службы США, опубликованного в Nature Communications, на одном из этапов формирования траппов было выброшено настолько много вулканических газов, что они начали закислять, превращать в кислоту воды мирового океана. В атмосферу поступало такое огромное количество углекислого газа, что он превращался в углекислоту. Этим, по мнению исследователей, объясняется столь высокий процент гибели морских обитателей. Геологические пробы, взятые в разных уголках мира, подтверждают данную гипотезу.

Однако, несмотря на катастрофичность событий, в последующий за вымиранием триасовый период появятся динозавры и первые млекопитающие, потомками которых является современный человек.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/informator/samoe-masshtabnoe-vym...

Около 270 млн лет назад, в пермском периоде, по земле бродили животные из группы синапсидов. Их ископаемые остатки чаще находят на территории Северной Америки, а вот в Европе они довольно редки. Итальянские палеонтологи сделали на Сардинии уникальные открытия: в пермских континентальных отложениях они обнаружили костные остатки двух разных видов синапсидов и ископаемые следы еще одного, третьего, вида. Это пока единственные животные пермского периода, найденные в Италии. Дальнейшее изучение этих находок поможет узнать больше об эволюционном пути этой группы животных, господствовавшей в те времена на суше.

Рис. 1. Реконструкция Alierasaurus ronchii, выполненная итальянским художником Эмилиано Троко (Emiliano Troco). Рисунок из статьи Marco Romano et. al, 2017. New material of Alierasaurus ronchii (Synapsida, Caseidae) from the Permian of Sardinia (Italy), and its phylogenetic affinities

В северо-западной части острова Сардиния, в районе Нурра (Nurra), на поверхность выходят варисканские континентальные отложения мощностью около 600 м. Эти отложения привлекли внимание ученых еще в начале ХХ века, и первые работы по ним были опубликованы в 1930-х годах. Определив возраст отложений (300–240 млн лет), ученые разделили их на шесть свит, четыре из которых отнесли к пермскому периоду, а две — к триасовому. Одна из этих свит, относящаяся к кунгурско-роудскому ярусу (около 270 млн лет) и названная Кала дель Вино (итал. Cala del Vino — «Винная бухта»), преподнесла настоящий сюрприз палеонтологам.

Рис. 2. Мыс Торре дель Портиччоло (Torre del Porticciolo), где были сделаны две из трех находок, о которых идет речь в этой статье. Ниже центра кадра видна группа людей у одного из местонахождений. Фото с сайта sardegnalive.net

Несмотря на то, что исследования в этой части острова начались давно, ископаемых животных здесь находили редко, зато находили множество остатков растений, относящихся к концу каменноугольного периода — началу пермского периода (G. Cassinis, 2002. The (Late-) Post-Variscan continental successions of Sardinia). Ситуация резко изменилась, когда в 2008 году студент университета Павии обнаружил на мысе Торре дель Портиччоло (Torre del Porticciolo, рис. 2) восемь сочлененных позвонков (рис. 3) в отложениях формации Кала дель Вино.

Рис. 3. Сочлененные каудальные позвонки Alierasaurus ronchii. Длина масштабного отрезка: 10 cм. Рисунок из статьи M. Romano, U. Nicosia, 2014. Alierasaurus ronchii, gen. et sp. nov., a caseid from the Permian of Sardinia, Italy

С тех пор на мысе Торре дель Портиччоло было проведено более 15 полевых работ, организованных учеными факультета наук о Земле университета «Сапиенца» в Риме совместно с учеными из Павийского Университета. Палеонтологам удалось обнаружить около 180 полных костей и фрагментов, самые большие из которых были длиной до 40 см, а самые маленькие — всего около нескольких миллиметров. Среди находок оказались хорошо сохранившиеся 15 хвостовых позвонков, три проксимальных (близких к позвоночнику) сегмента ребер, фрагменты конечностей и правая лопатка.

Самый важный элемент, по которому определяется вид ископаемого, — череп — ученым найти не удалось. Тем не менее, найденных костей и фрагментов, которые принадлежали одной особи (при обнаружении располагались близко друг от друга, не повторялись, имели одинаковый тип сохранности, морфологически характеризовали одну группу животных), оказалось достаточно, чтобы описать новый род и вид. В 2014 году его описали под названием Alierasaurus ronchii (рис. 1, M. Romano, U. Nicosia, 2014. Alierasaurus ronchii, gen. et sp. nov., a caseid from the Permian of Sardinia, Italy). Родовое имя животное получило от старого названия сардинского города Альгеро, а видовое — в честь профессора Аусонио Ронхи (Ausonio Ronchi).

Это была очень крупная синапсидная рептилия из семейства казеидов — факультативно-водных растительноядных животных, существовавших в пермском периоде. Такой вывод был сделан на основании морфологического анализа найденных костей, в частности, позвонков и ребер, и их сравнения с известными казеидами, у которых данные элементы скелета практически не имеют видовых различий.

Синапсиды — одна из пяти групп рептилий, которые разделяются между собой по особенностям строения черепа: числу и расположению височных окон позади глазниц и особенностям cочленения пограничных с этими окнами костей (височные окна могут и отсутствовать). У синапсидов, в частности, было всего по одному височному окну по бокам черепа, над которым смыкались чешуйчатая и заднеглазничная кости. Синапсиды возникли в середине каменноугольного периода и процветали в перми. Животные из этой группы были эволюционными предками млекопитающих.

Cопоставление костей алиеразавра с другими казеидами показало, что он был близок к видам, найденным в Северной Америке, в частности — к представителям рода Cotylorhynchus. Это не должно сильно удивлять, поскольку в пермском периоде вся суша была объединена в один суперконтинент — Пангею, нынешняя Северная Америка располагалась вплотную к нынешней Европе, поэтому имели место фаунистические связи разобщенных в наши дни территорий. Однако в строении автоподия алиеразавра наблюдается достаточно отличительных признаков, чтобы относить сардинскую форму к отдельному роду — в частности, более вытянутые фаланги (рис. 4).

Рис. 4. Правые стопы Cotylorhynchus romeri (А) и Alierasaurus ronchii (В, видны сохранившиеся элементы). Рисунок из статьи M. Romano, U. Nicosia, 2014. Alierasaurus ronchii, gen. et sp. nov., a caseid from the Permian of Sardinia, Italy

В 2015 году палеонтологи сделали еще одно открытие. Собирая материал, который мог бы дополнить историю гигантского алиеразавра, они нашли еще одно место с костеносными отложениями. Это место было обозначено TdP2: цифра 2 означает, что это вторая точка, где были найдены остатки, TdP — аббревиатура от названия мыса Torre del Porticciolo. Второе местонахождение оказалось примерно в 100 м от того места, где нашли кости алиеразавра (TdP1), обе костеносные точки отнесли к одному стратиграфическому уровню.

Полевые работы на новой точке проводились в 2016 и 2017 годах, и за это время палеонтологи обнаружили несколько костей и их фрагментов, в частности, правую часть верхней челюсти с десятью сохранившимися в ней зубами (M Romano et al., 2018. The first sphenacodontid synapsid from the Permian of Italy (Alghero, Sardinia): taphonomy and preliminary results).

Анализируя эти остатки, палеонтологи пришли к выводу, что они принадлежали другому животному — хищному синапсиду среднего размера из семейства Sphenacodontidae. На это указывала характерная для этого семейства морфология челюсти: ее изогнутость, расположение и строение зубов. Сфенакодонты — примитивная группа пермских синапсидных рептилий, которые известны необычайно длинными остистыми отростками позвонков, формировавшими у некоторых родов спинной парус (например, у диметродонов). Примечательно, что как раз от этих животных, вероятнее всего, произошли зверообразные рептилии, а от них — млекопитающие.

Во время полевых работ, перед извлечением костей из породы, ученые фиксировали их положение для последующего выяснения особенностей захоронения ископаемого материала. Изучая при этом сами кости (состав, тип сохранности) и осадочные породы, в которых они были обнаружены, учеными определили, что происходило с момента гибели животного до формирования местонахождения. Стало понятно, что сфенакодонт умер в затопляемой части речной поймы. Спустя короткое время пребывания в субаэральной обстановке, когда тело еще не успело полностью разложиться и не было потревожено и растащено падальщиками, оно было погребено под толщей осадков во время паводка. Под весом осадочной массы некоторые части скелета были деформированы до начала их фоссилизации. Впоследствии кости были эксгумированы и транспортированы на очень короткое расстояние интенсивным потоком во время последующего паводка и повторно захоронены в озере недалеко от первоначального места захоронения.

Летом 2017 года палеонтологов на Сардинии ждал еще один сюрприз. В красноцветных песчаниках они обнаружили первые на острове следы пермского четвероногого (рис. 5), которые находились практически на одном стратиграфическом уровне с обнаруженными ранее костями казеида и сфенакодонта, примерно в 1 км от последних (P. Citton et al, 2018. First tetrapod footprints from the Permian of Sardinia and their palaeontological and stratigraphical significance). Размеры и форма следов указывают на то, что их оставили, вероятнее всего, терапсиды разного размера (от 50 см до 1 м в длину), но одного вида. На основании предварительного анализа отпечатков и их сравнения со следами из северной Италии, был определен ихнотаксон (то есть вид, описанный не по костям, а по следам) Merifontichnus.

Рис. 5. Следовой материал с точки TdP3. A — отпечаток стопы наиболее крупной особи, найденный в осыпи; B — прорисованная интерпретация отпечатка; C — трехмерная модель; D — цветной топографический профиль. E — след, оставленный животным меньшего размера; F — прорисованная интерпретация отпечатков; G — трехмерная модель; H — цветной топографический профиль. Красный цвет на топографическом профиле соответствует наиболее глубоким участкам слепка (1 см), синий — наиболее выпуклым (их уровень принят за 0). Рисунок из обсуждаемой статьи в Permophiles

Костные остатки и следы синапсидов, найденные итальянскими учеными за последние 10 лет на Сардинии, уникальны: это тот случай, когда мы можем говорить о новом фаунистическом сообществе, существовавшем на ранних этапах развития пермских наземных четвероногих, представители которого обитали в схожих условиях околоводного биотопа, — а значит, есть шанс узнать что-то новое о взаимоотношениях видов внутри этого сообщества, а также, что не менее важно, о фаунистических связях с другими регионами мира.

Источники:

1) Marco Romano, Paolo Citton, Ausonio Ronchi, Umberto Nicosia. Permian tetrapod localities in the Nurra region (NW Sardinia, Italy): The State of the Art // Permophiles. 2018. Published online: 28 August 2018.

2) Marco Romano, Paolo Citton, Simone Maganuco, Eva Sacchi, Martina Caratelli, Ausonio Ronchi, Umberto Nicosia. The first sphenacodontid synapsid from the Permian of Italy (Alghero, Sardinia): taphonomy and preliminary results // Conference: 20th Biennial Conference of the Palaeontological Society of Southern Africa, Bloemfontein, July 4–July 6, 2018.

3) Paolo Citton, Ausonio Ronchi, Simone Maganuco, Martina Caratelli, Umberto Nicosia, Eva Sacchi, Marco Romano. First tetrapod footprints from the Permian of Sardinia and their palaeontological and stratigraphical significance // Geological Journal. 2018. DOI: 10.1002/gj.3285.

Антон Ульяхин

http://elementy.ru/novosti_nauki/433363/Park_permskogo_perio...

Рис. 1. Базальтовые скалы плато Путорана, входящего в Сибирскую магматическую провинцию, образованы траппами. Фото с сайта wikiznanie.ru

Самое грандиозное массовое вымирание в истории Земли, произошедшее в конце пермского периода примерно 252 млн лет назад, совпадает по времени с невероятно мощной вулканической активностью на территории нынешней Сибири, приведшей к формированию крупнейшей трапповой провинции мира — Сибирских траппов. В том, что эти два события связаны, ученые уже практически уверены, но пока не очень ясно, в чем эта связь состоит. Сравнение состава ксенолитов в образцах пород, вынесенных на поверхность до и после этих событий, подтверждает гипотезу о том, что вулканическая активность сопровождалась выбросами гигантских объемов галогенов и других летучих соединений, которые могли нанести непоправимый ущерб атмосфере Земли и вызвать биосферную катастрофу.

В нескольких местах на Земле сохранились следы мощнейшей вулканической активности прошлого, с которой все нынешние извержения не идут ни в какое сравнение: на территориях, сравнимых по площади с целыми странами, в течение сотен тысяч или даже миллионов лет изливались огромные количества лавы. Привычных нам вулканических конусов и кратеров не было, лава проникала на поверхность через многочисленные трещины в земной коре и благодаря низкой вязкости заполняла низины и растекалась на большие расстояния. Рано или поздно такие процессы прекращались, лава застывала, а в дело вступала эрозия. Сейчас в таких местах наблюдается характерный ступенчатый рельеф (рис. 1) — траппы (от шведского trappa — «лестница»).

Сибирские траппы (рис. 2) — одна из крупнейших магматических провинций (см. Large igneous provinces и новость В крупных магматических провинциях могло быть два источника магмы, «Элементы», 18.04.2018). Они сформировались около 252 млн лет назад. Примерно в то же время произошло массовое пермское вымирание — едва ли не величайшая катастрофа в истории жизни на Земле: за очень короткое время (около 1 миллиона лет, а по некоторым оценкам — даже быстрее) вымерло приблизительно 96% видов морских животных, 70% видов наземных позвоночных и более 83% видов насекомых. Естественно предположить, что эти два события связаны между собой.

Рис. 2. Карта Сибирской трапповой провинции. Изображение с сайта ru.wikipedia.org

Сейчас ученые уже особо не сомневаются в этом, но пока непонятен конкретный механизм, из-за которого образование Сибирских траппов привело к таким катастрофическим последствиям для биосферы. Проблема еще и в том, что крупных магматических провинций на Земле довольно много (рис. 3), но их формирование далеко не всегда удается связать с вымираниями. Так что надо разобраться, что сделало Сибирские траппы такими «смертоносными» и что в них было такого особенного

Рис. 3. Крупные магматических провинции (LIP). Оранжевым показаны щиты, розовым — платформы, бирюзовым — орогены, фиолетовым и темно-синим — крупные магматические провинции, желтым — участки растяжения земной коры, оттенками голубого — возраст океанической коры. Рисунок с сайта en.wikipedia.org

Угрозу для глобального природного равновесия в случае массовой вулканической активности обычно представляют не сами продукты излияний (лавы, туфы, пепел и т. д.), а сопровождающие ее выбросы вулканических газов, многие из которых являются токсичными для живых организмов или влияют на состав и физические свойства атмосферы. Однако для того, чтобы это влияние стало ощутимым в масштабах всей планеты, объемы этих выбросов должны быть весьма существенными. Имевшиеся ранее данные о содержаниях хлора и других галогенов, а также всего набора летучих элементов в верхней мантии, где шло формирование магматических очагов, противоречили подобному предположению. Задачей ученых было найти подтверждение факта накопления больших объемов летучих компонентов в магматическом очаге под Сибирской платформой.

Первый шаг в этом направлении был сделан в 2011 году, когда международная группа во главе с учеными из России предложила новую модель образования Сибирских траппов (см. новость Связь массовых вымираний с вулканизмом получила новое подтверждение, «Элементы», 19.09.2011). Изучая химический состав сибирских базальтов, авторы пришли к выводу о том, что в составе материнской магмы присутствовала значительная примесь переработанных пород океанической коры, погрузившейся в мантию в процессе субдукции. Океаническая кора, содержащая значительно больше летучих компонентов, чем породы мантии, а также затянутая в зону субдукции морская вода и могли стать источниками летучих компонентов в мантийном магматическом очаге. Однако рассчитывать их объемы через составы базальтов было бы некорректно, так как большая их часть в процессе вулканической активности выделялась в атмосферу, а не накапливалась в застывающей лаве. Нужен был другой подход.

Геологи под руководством Майкла Бродли (Michael W. Broadley) из Центра петрографических и геохимических исследований в Вандёвр-ле-Нанси (Франция), будучи сторонниками так называемой гипотезы мантийных плюмов — наиболее распространенного среди ученых взгляда на источник базальтовых магм трапповых провинций — в качестве объекта своего изучения выбрали мантийные ксенолиты — обломки мантийных пород, захваченные магмой и вынесенные на поверхность (рис. 4). Изучив ксенолиты перидотитов из кимберлитовых трубок Удачная (возраст 360 млн лет) и Обнаженная (250 млн лет), ученые смогли составить представление о составе глубинных слоев литосферы под территорией современной Сибири до и после извержения сибирских траппов.

Рис. 4. Образец мантийного ксенолита, вынесенного на поверхность в результате вулканического извержения, в поляризованном свете. Фото одного из авторов обсуждаемого исследования (М. Бродли) с сайта geologypage.com

Галогены и благородные газы в мантийных ксенолитах анализировались с помощью метода масс-спектрометрии с потоком облученных нейтронов. Оказалось, что образцы пород верхней мантии, относящиеся к периоду до начала массового излияния сибирских траппов, насыщены элементами из группы галогенов — хлором, бромом и йодом, а более поздние, «послетрапповые» образцы уже не содержат галогенов. Отсюда авторы делают вывод о том, что в период массового излияния сибирских траппов вместе с лавой на поверхность выбрасывалось огромное количество газообразных галогенов, что могло привести к климатическим изменениям и существенной деградации окружающей среды, в том числе — к образованию кислотных дождей, закислению океана, истощению озонового слоя, и, как следствие, к коллапсу биосферы (см. Доказана роль резкого закисления океана в массовом вымирании на рубеже пермского и триасового периодов, «Элементы», 14.04.2015). Сами по себе летучие соединения хлора, брома, йода и астата являются токсичными, а вызванное ими разрушение озонового слоя привело к тому, что поверхность планеты подверглась воздействию смертоносной космической радиации.

Первичный объем мантийного резервуара галогенов авторы рассчитывают исходя из состава ксенолитов трубки Удачная и объемов излившейся магмы. Учитывая, что на территорию современной Сибири в поздней перми менее чем за 1 млн лет излилось около 4×106 км3 базальтовой лавы, а содержание хлора, брома и йода в перидотитовых ксенолитах из трубки Удачная превышает средние содержания этих элементов в современных базальтах срединно-океанических хребтов (MORB — mid-ocean ridge basalt), образовавшихся из уже деплетированной (истощенной) верхней мантии, соответственно в 125, 675 и 100 раз, объем галогенов в позднепермском верхнемантийном резервуаре составлял 0,6–1,5х1019 кг хлора, 1,6–2,7х1017 кг брома и 0,5–1,1х1014 кг йода. Это весьма значимые количества, которые при выбросе в атмосферу вполне могли привести к серьезной перестройке глобального цикла летучих элементов.

Отвечая на вопрос о первичном источнике галогенов в магматическом очаге Сибирской трапповой провинции, ученые выдвигают следующую гипотезу. Восходящий мантийный плюм, проходя через нижние слои литосферы, ассимилировал находящиеся в них галогены, изначально имевшие как мантийное происхождение, так и попавшие туда в результате инфильтрации субдуцированной морской воды. В результате метасоматических процессов, вызванных воздействием поступавших с поверхности (в процессе субдукции) флюидов, в верхней мантии произошло ее дополнительное обогащение летучими соединениями. В результате проплавления плюмом литосферы в его состав перешло до 70% «литосферных» галогенов (по расчетам авторов статьи).

Авторы делают вывод о том, что характер взаимодействия между плюмом и литосферой, а также состав литосферы являются ключевыми факторами накопления летучих в магматических очагах крупных магматических провинций, что в свою очередь определяет, насколько критическими с точки зрения экологии будут последствия массовых извержений в их пределах. В случае с Сибирской магматической провинцией позднепермского периода сработали оба фактора: изначально подстилающая литосфера, представленная метасоматически измененной океанической корой, была обогащена летучими компонентами, которые затем были ассимилированы и выведены на поверхность восходящим мантийным плюмом.

Источник: Michael W. Broadley, Peter H. Barry, Chris J. Ballentine, Lawrence A. Taylor, Ray Burgess. End-Permian extinction amplified by plume-induced release of recycled lithospheric volatiles // Nature Geoscience. 2018. DOI: 10.1038/s41561-018-0215-4.

Владислав Стрекопытов

http://elementy.ru/novosti_nauki/433337/Vydelenie_galogenov_...