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!
В истории Земли зафиксированы пять крупнейших вымираний — то есть явлений исчезновений всех представителей определенного биологического вида. Последний случай крупного вымирания произошел 65,5 млн лет назад и ознаменовался гибелью динозавров. Самое массовое же вымирание произошло около 250 млн лет назад и привело к исчезновению порядка 95% живых существ. Это явление получило название «массовое пермское вымирание» и стало завершением последнего периода палеозоя — Пермского геологического периода (который, в отличие от многих других геологических периодов, выделенных в Британии, был выделен в 1841 году в районе российского города Пермь британским геологом Родериком Мурчисоном). После Перми в истории Земли начался Триас — первый период мезозоя.
На протяжении последних ста с лишним лет учеными назывались разные причины массового пермского вымирания.
Например, постепенные изменения условий окружающей среды в виде изменений химического состава воды в мировом океане и в атмосфере, изменение океанских течений и т. п.
Но все же больше свидетельств получило предположение о том, что массовое пермское вымирание имеет катастрофический характер и является следствием или падения крупного метеорита, или усиления вулканической деятельности.
Последняя версия получила поддержку несколько лет назад, когда учеными были представлены результаты исследования осадочных пород, свидетельствующие о высокой вулканической активности в течение нескольких миллионов лет в той области, где сейчас находится Сибирь. Новые подобные данные представлены группой канадских ученых во главе со Стефаном Грэсби и опубликованы в журнале Nature Geoscience .
В соответствующих по возрасту геологических слоях канадские геологи обнаружили отложения пепла — ценосферы. Они представляют собой микроскопические полые частицы зольной пыли, которая образуется при сжигании угля. Такие же частицы появляются на Земле как результат работы угольных электростанций.
250 млн лет назад эти частицы могли сформироваться, когда в ходе активности сибирских траппов расплавленное вещество, вырываясь наружу, проходило через залежи угля.
Сибирские траппы — это одна из самых крупных трапповых провинций мира. Траппами называют особый тип континентального магматизма, для которого характерен огромный объём излияния базальта за геологически короткое время (миллионы лет) на больших территориях, название произошло от шведского слова trappa (лестница), так как в районах траппового магматизма возникает характерный рельеф: базальтовый слой эродируется плохо, а осадочные породы разрушаются легко. Траппы развиты во всей Восточно-Сибирской платформе, в Хатангском прогибе, в Минусинской котловине, зона магматизма простирается и на шельфе Евразии, на дне Карского моря. В районе их развития расположены реки Нижняя Тунгуска, Подкаменная Тунгуска, Тюнг и др. Сибирские траппы слагают плато Путорана. Центр траппового магматизма располагался в районе Норильска.
В результате извержения сибирских траппов, следы которого найдены учеными, в атмосфере Земли оказалось огромное количество ядовитых веществ (например, мышьяк и хром), что вызвало «парниковый эффект» и уменьшение количества кислорода в атмосфере. В Мировом океане оказался пепел, в результате чего произошло изменение состава морской воды.
Неудивительно, что после такой катастрофы на Земле осталась существовать только незначительная часть живых организмов.
По словам учёных, им удалось выделить три чётких слоя ценосфер на временном отрезке длительностью в 500-750 тысяч лет, причем последний из них образовался непосредственно перед массовым пермским вымиранием.
«Доказательства достаточно убедительны», — считает Грегори Реталлек, геолог из Университета штата Орегон. С ним согласен геофизик Норман Слип из Стэнфордского университета, который назвал результаты канадской группы «чрезвычайно крупным открытием».
В результате массового пермского вымирания с лица Земли исчезло множество видов, ушли в прошлое целые отряды и даже классы. Вымирание старых форм открыло дорогу многим животным, долгое время остававшимся в тени: начало и середина следующего за Пермью триасового периода ознаменовались становлением архозавров, от которых произошли динозавры и крокодилы, а впоследствии птицы. Кроме того, именно в триасе появляются первые млекопитающие.
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”.
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.
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.
Вымерло около 60% всех морских беспозвоночныхСамое первое массовое вымирание животных произошло около 450-440 млн. лет назад. Назвать точную причину вымирания нельзя, но большинство ученых склоняются ко мнению, что всему виной послужило движение Гондваны - огромного суперконтинента, включавшего в себя практически всю сушу Земли. Гондвана сдвинулась близко к южному полюсу планеты, что привело к глобальному похолоданию, и как следствие, падению уровня мирового океана.
Большая часть животных в то время обитало в воде, и падение уровня мирового океана уничтожило или повредило места обитания большинства видов животных ордовикского и силурийского периода.
Девонское вымирание
Вымерло около 50% морских животных
Произошло 374 и 359 млн. лет назад. Девонское вымирание состояло из двух пиков, во время которых Земля лишилась 50% всех существовавших родов и почти 20% всех семейств. Во время девонского вымирания исчезли почти все бесчелюстные (до наших дней дожили только миноги и миксины).
Совершенно неясно, что послужило причиной этого массового вымирания. Основная версия случившегося - изменение уровня мирового океана и кислородное обеднение океана. Вероятно это было вызвано высокой вулканической активностью Земли. Некоторые ученые так же не исключают падение крупного внеземного тела, например кометы.
Великое Пермское вымирание
Исчезновение 95% всех видов животныхЭто самое массовое вымирание животных, когда либо случавшихся на нашей планете. Некоторые ученые называют Пермское вымирание - величайшим массовым вымиранием всех времен. Около 250 млн. лет назад исчезло 70% всех наземных животных. В океане дела обстояли еще хуже - погибло 96% морских видов. Во время Великого Пермского вымирания погибло более 57% родов насекомых. Это единственное известное вымирание, которое коснулось насекомых.
Вымирание затронуло даже микроорганизмы, которым, казалось бы, мало что может навредить.
Одного мнения, почему случилось такое масштабное вымирание, у ученых нет. Некоторые склоняются к тому, что всему причиной явилась повышенная вулканическая активность. Некоторые предполагают, что со дна океана было выброшено очень много метана (см. замороженный метан на дне океана), что привело к губительной смене климата. Ряд ученых считает, что в это время Земля столкнулась с огромным астероидом. Доказательством последней теории служит огромных кратер в Антарктиде (находится на Земле Уилкса).
После Пермского вымирания животный мир восстанавливался 30 млн. лет (некоторые ученые считают, что восстановление биосферы длилось 5 млн. лет). Широко распространились животные, которые до этого были в тени более сильных видов. Так, это время считается периодом становления архозавров (предки современных крокодилов и вымерших динозавров). От них произошли и птицы, которых могло и не быть, если бы не Великое Пермское вымирание.
Триасовое вымирание
Вымерло 50% животныхТриасовое вымирание случилось 200 млн. лет назад. Погибло около 20% всех морских животных, множество архозавров (получившие широкое распространение после Пермского вымирания), и большинство видов земноводных. Ученые подсчитали, что половина всех известных нам животных, живших в то время, погибло во время триасового вымирания.
Особенностью Триасового вымирания считается скоротечность. Оно произошло в течение 10 тыс. лет, что очень быстро в планетарном масштабе. В это время начался распад сверхконтинента Пангея на отдельные континенты. Возможно, что причиной распада стал большой астероид, который изменил погоду на планете, вызвав вымирание. Но доказательств этой теории нет, до сих пор не найдено ни одного большого кратера триарского периода.
Некоторые ученые считают, что причиной триасового вымирания, как и всех других массовых вымираний животных, являлась повышенная вулканическая активность Земли в то время.
Мел-палеогеновое вымирание
Вымерло более 15% всех животных
Самое знаменитое вымирание произошло около 65 млн. лет назад. Знаменито оно тем, что в это время на Земле вымерли динозавры. Так же погибло более 15% семейств морских животных и 18% семейств сухопутных животных.
До конца не ясно, что привело к этому массовому вымиранию. Ученые продолжают исследования мелового и палеогенового периода Земли, чтобы найти причину катастрофы. Наиболее известные теории гласят, что Земля столкнулась с крупным астероидом или попала в зону излучения от взрыва сверхновой звезды.
Но помимо "космических" причин, есть предположения, что динозавры (а так же некоторые другие виды животных) просто не смогли приспособиться к новой растительности, буйное развитие которое наблюдалось в то время, и просто "отравились" несъедобными листьями. Или же были истреблены первыми млекопитающими, которые уничтожали кладки динозавров, не давая им размножаться. В пользу последней теории говорит тот факт, что некоторые динозавры жили еще довольно долго на территории современной Северной Америки и Индии, где, возможно, "опасные" млекопитающие появились позднее.
Временная шкала исторических периодов Земли. Треугольниками отмечены массовые вымирания животных.
