Массовые вымирания на Земле продолжались и после прекращения извержений вулканов

Фото из открытых источников

Более ста лет исследователи ассоциировали глобальные массовые вымирания с мощными вулканическими извержениями, покрывавшими планету лавой и газами. Однако новые данные указывают на то, что эта версия недостаточна. Ученые выяснили, что магма, медленно нагревающая в недрах породы, богатые углеродом и серой, способна выделять колоссальные объемы климатически активных газов спустя десятилетия или даже века после завершения извержений. Об этих выводах сообщается в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Результаты исследований указывают не на единичный вулканический взрыв, а на повторяющиеся колебания между резким похолоданием и долгосрочным потеплением как на основную причину некоторых из самых масштабных массовых вымираний на Земле.

Некоторые из самых масштабных массовых вымираний, зафиксированных в палеонтологической летописи, совпадают по времени с обширными извержениями магмы, известными как крупные магматические провинции. Сибирские траппы в России, скопление древней лавы, связанное с самым смертоносным вымиранием на Земле, являются классическим примером.

Эмили Стюарт из Университете штата Флорида (FSU) изучает, как движение жидкостей в горячих породах влияет на климат планеты. Работа ее команды сосредоточена на метаморфизме — медленном воздействии на погребенные породы под воздействием высокой температуры и давления.

Когда магма проникает в содержащие серу и углерод породы, тепло выталкивает эти элементы в виде газа, который просачивается на поверхность. Вулканические жерла — не единственный путь этих выбросов.

«С тех пор, как существует геология как научная дисциплина, ученые считали, что вулканические извержения и их выбросы являются основной причиной быстрого глобального похолодания и климатических колебаний», — сказала Стюарт. «Мы обнаружили еще один процесс, который способствует этим событиям: метаморфизм».

В более ранней работе ее группа уже приводила аналогичное доказательство, показывая, что углекислый газ, высушенный из горных пород, помогал поддерживать достаточно высокую температуру на молодой Земле для жизни. Это и было потеплением. Новая работа же рассматривает противоположный эффект и другой газ.

Сера и углерод оказывают противоположное воздействие на климат. Попадая в воздух, сера превращается в сульфатные аэрозоли – мельчайшие отражающие частицы, которые отражают солнечный свет обратно в космос, прежде чем он успеет нагреть землю.

Эти частицы выполняют двойную функцию. Они также притягивают водяной пар и способствуют образованию более ярких облаков, которые отражают еще больше солнечного света, и в совокупности эти эффекты могут привести к резкому снижению температуры.

Майкл Даймонд из того же университета изучает, как такие частицы взаимодействуют с облаками. «Резкие скачки температуры являются результатом воздействия серы, которая не задерживается в атмосфере более нескольких дней, после чего рассеивается», — сказал он.

Углерод работает по другому принципу. Он не слипается в частицы и не вымывается; он задерживается, удерживая тепло, поэтому потепление накапливается во время кратковременных похолоданий и длится гораздо дольше.

Лабораторные эксперименты на нагретых осадочных породах подтверждают ту же закономерность: при более низких температурах высвобождается сера, которая охлаждается, а при более высоких температурах — углерод, который нагревается. В собственной модели группы исследователей резкие скачки охлаждения достигали примерно 5–7 °C. Именно время извержения отличает этот механизм от других. Одно извержение выбрасывает серу высоко в небо, но эта дымка рассеивается в течение нескольких лет, и холод отступает.

Подземный магматический массив ведет себя иначе. Он продолжает обжигать окружающие породы на протяжении десятилетий или даже столетий. Этот процесс непрерывно генерирует серу и углерод, пополняя атмосферу еще долго после окончания извержений.

Благодаря такому постоянному пополнению запасов охлаждение происходит снова и снова, повторяющимися всплесками, а не одним затухающим спадом. При этом под ним постоянно накапливается углерод. «Углерод остается в атмосфере на протяжении сотен, тысяч и даже миллионов лет», — сказал Даймонд.

В результате многотысячелетнего взаимодействия и противодействия формируется неровный климат. Ничто не держится долго. В симуляции, проведенной командой и охватывающей около 6000 лет, резкие похолодания пробивали медленно поднимающийся базовый уровень, который в итоге оказался на несколько градусов теплее, чем в начале.

Как считают исследователи, именно качели, а не жара или холод, являются тем, что губит жизнь. Виды, приспособленные к стабильному миру, сначала страдают от резкого похолодания, затем от подъема температуры, и между этими событиями времени на восстановление практически нет.

Команда Стюарта сравнила эти данные о выбросах газов и изменениях температуры со временем великих массовых вымираний на Земле.

«Доказательства показывают, что процесс, приводящий к исчезновению видов, связан с изменением климата, или с колебаниями между жарким и холодным климатом», — сказала Стюарт.

Эта закономерность уходит корнями глубоко в прошлое. Около 440 миллионов лет назад, в конце ордовикского периода, примерно 85% видов, обитавших на мелководье, исчезли, унеся с собой множество трилобитов и кораллов.

Примерно 370 миллионов лет назад последовал девонский кризис, опустошивший экосистемы, в частности, рифообразующие рыбы и бронированные рыбы, такие как гигантский, большечелюстной дунклеостеус.

Хуже всего было пермское вымирание, известное как Великое вымирание, которое уничтожило до 96% морских видов около 252 миллионов лет назад.

В конце триасового периода произошло еще одно массовое вымирание, уничтожившее многих гигантских рептилий и открывшее путь динозаврам. Отдельные исследования связывают это событие с газами, выделявшимися при нагревании магмой погребенных отложений и горных пород.

Новые данные не опровергают доводы против вулканической активности. Напротив, они расширяют их. Если раньше традиционная точка зрения фокусировалась на вулканических извержениях, то новое исследование добавляет более тихий и продолжительный выброс газов из обожженных горных пород. Оно также ставит охлаждение, вызванное серой, на один уровень с потеплением, вызванным углеродом.

Эта работа также актуальна и сегодня, поскольку эти древние потрясения представляют собой одни из лучших естественных тестов того, насколько сильно могут противостоять изменения климата системы Земли.

Химический состав сульфатов, о котором идет речь, тот же самый, на который сегодня влияют облака и загрязнение воздуха. Изменился лишь список подозреваемых. Геологические данные теперь указывают на второй, долгосрочный источник газов, которые вызывали древние климатические колебания. 

Изучение этого явления может помочь ученым лучше понять как прошлые массовые вымирания, так и сегодняшнее потепление климата. «Чем больше мы изучаем массовые вымирания, тем больше понимаем, что они гораздо сложнее, чем мы предполагали», — сказала Стюарт.