Вулканический апокалипсис: когда на Земле погибла почти вся жизнь
В определенный момент истории почти все виды на земле и на море исчезли. Теперь мы знаем почему. Массовое пермское вымирание, неформально именуемое Великим вымиранием (The Great Dying), считается одним из самых масштабных геологических явлений в истории жизни на Земле. За относительно короткий период времени порядка 70% позвоночных, живущих на суше, и около 90% морских видов исчезли с лица земли. Массовое пермское вымирание, если уж сказать честно, просто стало крупнейшей земной катастрофой. Ведь Земля для нас - это прежде всего и жизнь.
Еще десять лет назад не было доподлинно известно, какой курок спустил эту самую из смертоносных катастроф 252 миллиона лет назад. Причина была окутана покровом тайны, ученые предлагали десятки теорий.
И вот, совсем недавно, прогресс в технологии датирования и поиска геологических свидетельств предоставил точное указание. Большинство земных ученых сошлись в том, что величайшее из вымираний «большой пятерки» было вызвано миллионом лет вулканической активности.
Но решена ли эта загадка? Не совсем.
Да, где-то 5 миллионов кубических километров лавы вышло наружу где-то на месте современной северо-западной Сибири - достаточно, чтобы покрыть поверхность Земли в глубину на 10 метров - и произошло это незадолго до начала массового вымирания. Это вызвало высвобождение огромных объемов парниковых газов, которые подкрепили глобальное потепление и серьезно разрушили систему жизнеобеспечения Земли.
Тем не менее точные детали о том, как именно это привело к вымиранию такого большого числа жизнеформ, остаются предметом ожесточенных научных дискуссий.
И это не просто академический интерес. Это катастрофическое событие сыграло важную роль в формировании флоры и фауны, которые мы видим сегодня. Кроме того, есть четкие параллели между экологическими изменениями, которые происходили тогда и наблюдаются сегодня. Некоторые говорят, что повышение осведомленности нашего вида о временах, когда жизнь почти прекратила свое существование, поможет нам обеспечить собственное выживание в длительной перспективе.
В 1980 году Луис и Уолтер Альварес, отец и сын из Калифорнийского университета в Беркли, предоставили новое и убедительное доказательство того, что самое известное из массовых вымираний - то, которое произошло с динозаврами 66 миллионов лет назад - было результатом падения массивного астероида. И породили волну интереса к причинам других массовых вымираний, включая крупнейшее конца пермского периода.
Тогда у западных «охотников за вымираниями» было меньше свидетельств, к которым можно было получить доступ, потому что расположены они были в Китае и России, не самых открытых странах. Но это не помешало им предлагать различные теории.
Некоторые указали на побочные эффекты образования суперконтинента Пангея, вроде понижения глубины морской среды обитания, где проживало большинство морских видов. Другие указывали на резкое падение кислорода в образцах пород конца пермия и падение уровней моря - обе этих причины могли бы объяснить, почему морским видам пришлось так паршиво.
Другие же предположили массивный выброс метана с морского дна. Был еще вариант, что интенсивный вулканизм, который оставил так много вулканической породы в Сибири, был особым фактором. Каждый последующий поток лавы распространялся на предыдущем, порождая серию ступенчатых холмов. Они получили название сибирских трапп - от шведского «траппа», то есть шаги.
«Тогда считалось, что массовое вымирание конца пермия растянулось на несколько миллионов лет», говорит Пол Виньял, геолог из Университета Лидса, опубликовавший книгу о массовых вымираниях ‘The Worst of Times’ в сентябре 2015 года.
После сбора образцов в Доломитовых Альпах, Италия, Виньял и Энтони Халлам из Университета Бирмингема заключили в статье, опубликованной в 1992 году, что вымирание на самом деле продлилось десятки или тысячи лет.
Эти короткие временные рамки заставили многих отправиться на поиски короткой, но острой катастрофы, которая могла бы объяснить вымирание - к примеру, падения астероида.
В пользу этой идеи некоторые ученые указывают на редкие зерна шокового кварца в Австралии - песчинки, которые оказались на месте предположительного удара и были подвергнуты сильному физическому воздействию в этом процессе. Другие ученые, работающие в Антарктиде, обнаружили гелий и аргон с изотопным соотношением, похожим на то, которым обладали богатые углеродом метеориты в ранней солнечной системе.
Но никакого ударного кратера не нашли, и все заглохло.
«У нас просто нет геологических свидетельств удара или любого другого крупного события, которое могло бы привести к вымиранию таких масштабов, кроме сибирских трапп», - говорит Джонатан Пейн, геолог, специалист по массовым вымираниям из Стэнфордского университета в Калифорнии, США.
По мере того, как улучшались методы датирования и собирались образцы, вулканизм постепенно стал главным виновником - в частности, после того как ученые заключили, что сибирские траппы сформировались порядка миллиона лет назад, а не 10-50 миллионов лет, как считалось ранее.
Последствия сибирских трапп были ужасающими. Самые большие последствия наблюдались в океанах, в частности на морском дне.
Многие группы исчезли совершенно, включая и одну из самых ранних групп членистоногих - трилобитов - и примитивные ругозы, кораллы, бластоиды, родственники современных морских ежей и морских звезд. Другие, вроде брахиопод, мшанок, кальмароподобных аммонитов и морских лилий, потеряли большую часть своих видов.
Плавающим повезло немного больше: рыбы-акантоды и плакодермы вымерли, но много других рыб и угреобразных конодонтов остались практически нетронутыми.
Наземные организмы тоже пострадали. Множество основных групп было уничтожено, включая горгонопсов, саблезубых доминирующих хищников того времени и громоздких травоядных парейазавров.
По словам Дмитрия Щербакова из Палеонтологического института в Москве, около 40% семей насекомых конца пермия было уничтожено. Многие экваториальные группы, вроде тараканов и цикад, двинулись на север по мере роста температуры.
Что касается растений, лесные виды практически исчезли.
Много групп доминирующих голосеменных пришли в упадок. Уголь не производился порядка 10 миллионов лет, что указывает на исчезновение торфообразующих растений. Еще одним признаком однозначного смертельного разрушения растений является «грибной скачок» - огромное увеличение числа окаменевших грибковых спор.
«Это интерпретируется как результат взрыва грибов, живущих на мертвых или умирающих деревьях, - говорит Барри Ломакс из Университета Ноттингема в Великобритании. - Такого мы не видели ни на одной другой геологической границе».
Точный анализ того, что умерло и когда умерло, таким образом, предлагает ряд лучших подсказок, которые объяснят, как сибирские траппы могли оказать такое большое влияние.
Когда Виньял и коллеги из Китайского университета земных наук в Ухане подробно изучили образцы, показавшие судьбы 537 морских видов в Китае, они обнаружили, что 92 процента их было уничтожено. Также они обнаружили, что вымирание проходило в два этапа, разделенных между собой 180 000 лет.
Первое из них было особенно смертельным для мелководных жителей вроде кораллов, живущих на дне микроскопических животных фузулинид и планктона радиолярии. Вымирания второй волны происходили в глубинах океана.
Новые виды развивались довольно быстро после первой волны, но восстановление проходило гораздо медленнее после второй - по всей видимости, из-за долгосрочных причин, которые подорвали глубокую основу многих экосистем. Другие доказательства, полученные с растительных остатков, восстановленных в Гренландии и Антарктиде, поддерживают идею двойного массового вымирания.
Что же такое было в сибирском вулканизме, что вызвало так много разрушений для жизни в разных ее пермских проявлениях?
Вместе с лавой наружу вышли огромные объемы парниковых и прочих вредных газов. Они включали огромные объемы углекислого газа и диоксида серы, которые привели к росту температур.
Нагрев океанов уменьшил их способность удерживать кислород, и потоки, которые обычно приносили кислород в глубины, могли замедлиться или остановиться. Недостаток кислорода, как считают, был основной причиной морского вымирания - это показали образцы пород на границе между двумя геологическими периодами в разных местах по всему миру.
«Почти все осадочные породы, на которые мы смотрели, перешли от богатых кислородом и жизнью к бедных кислородом и жизнью, - говорит Майк Бентон, палеонтолог из Бристольского университета. - Эта линия абсолютна, как лезвие ножа, и четко видна».
Некоторые подчеркивают, что по мере увеличения уровня углекислого газа в атмосфере, его уровень повышался также и в океанах, вода становилась более кислотной и меньше способствовала морским организмам делать свои панцири. Повышенный уровень углекислого газа в целом сказался плохо на системе обмена кислородом морских животных.
«Люди говорят о смертельной троице: потепление, закисления и дезоксигенирование, - говорит Пейн, который утверждает, что закисление могло продолжаться десятки тысяч лет. - Все эти вещи влияют на жизнь морских животных, на их метаболизм и использование кислорода».
Виньял, однако, преуменьшает роль закисления океана. «Без сомнений, если вы подкислите поверхность океана, это скажется, но большинство организмов все еще сможет делать свои раковины, потому что делают это в своих телах, без контакта с окружающей морской водой».
Потепление имело существенные последствия и для суши - но несравнимо с теми, которые привели к вымираниям таких масштабов на тот момент. Геологи обвиняют выход вредных ХФУ-подобных газов вроде хлорметана.
Эти газы, как полагают, появляются, когда слои угля и соли нагреваются по мере продвижения магмы наверх, к сибирской поверхности. Они приводят к разрушению озонового слоя, что приводит к существенному увеличению воздействия вредного ультрафиолетового излучения солнца.
Аргументы в поддержку этой теории появились в 2004 году, когда Хенк Вишер из Университета Утрехта в Нидерландах представил доказательства существенного увеличения окаменевших мутировавших спор плауновидных во время массового вымирания конца пермия.
Другие предположили, что экологические стрессоры вроде увеличения засушливости, а не увеличение излучения, могли вызвать мутации. Ломакс, впрочем, поддерживает теорию Вишера. «Бывали и другие периоды длительной засушливости, и мы не видим доказательств их связи с мутацией спор, так что кажется более логичным отнести их на счет УФ-излучения».
Газы, выходящие из вулканов, сформировали карболовые, серные и другие кислоты, которые выпали в виде кислотных дождей, усугубив экологическую опасность. Это демонстрирует, как окружающая среда могла уничтожать виды напрямую и косвенно в одночасье.
«Потеря растений от УФ-излучения и кислотных дождей должны были убрать основу пищевой цепи на суше, что привело к голодной смерти травоядных животных, которые, в свою очередь, были источником пищи для плотоядных», говорит Бентон.
Многие считают, что о таких экосистемных взаимосвязях должны думать и люди 21 века, поскольку наша активность повышает концентрацию диоксида углерода в атмосфере до предельного уровня. Вымирание конца пермского периода дает пищу для размышлений.
«В сущности, мы создаем или форсируем массовое вымирание конца пермия, - говорит Виньял. - Однако потребуется много времени, чтобы нагреть океаны, и модели показывают, что океаны будут в беде через 200-300 лет с точки зрения растворенного кислородного содержания, а проблемы с циркуляцией океана появятся через пару тысяч лет. Кто знает, что мы тогда будем делать».
Пейн указывает, что массовое вымирание конца пермского периода можно рассматривать как выгодное для жизни в долгосрочной перспективе - общее количество видов на Земле в конце концов выросло еще больше, чем было - но его временные рамки не дают пищи для утешения.
«Самое большое вымирание, которое было в истории жизни, имеет много общего с экологическими изменениями, которые происходят сегодня и которые можно ожидать в следующие 100-1000 лет, - говорит он. - На деле, в длительной перспективе, это окажет стимулирующее воздействие на разнообразие экосистемы, но восстановление потребует миллионов лет, поэтому потерю разнообразия сложно назвать полезной для человеческого общества».
В своей книге ‘The Great Paleozoic Crisis’ 1993 года американский палеобиолог Дуг Эрвин сравнил задачу оценки потенциальных причин массового вымирания конца пермия с положением, в котором оказался Эркюль Пуаро в «Убийстве в восточном экспрессе». Детектив Агаты Кристи в конечном итоге приходит к выводу, что в убийстве замешаны все пассажиры поезда.
В своей последней книге Виньял описывает вывод Пуаро, мол, «каждый это делал» как «ленивый». Вместо этого он приводит пример Сары Лунд, звезды датской криминальной драмы «Убийство». Список подозреваемых увеличивается с каждой серией. (Нам было бы удобнее привести в пример чеховскую «Чайку»). У Виньяла убийца - вулканизм, вытекающие последствия в виде потепления, деоксигенации океана и разрушение озонового слоя.
Однако ученые получают доступ к большему объему все более точных данных, пытаясь выделить различия в точных комбинациях причинных факторов вымирания в различных экосистемах, группах и видах, которые могут не предоставлять прямых ответов. Если это и одна криминальная пьеса, то она очень сложная, с кучей трупов, причем убивали самым разным оружием.
«Экологические причины скорее перемножаются, чем складываются, поэтому трудно выделить что-то одно», говорит Пейн. Это не провал науки, а скорее обвинение в адрес нашего требования простых ответов.
