Пермское вымирание сопровождалось рекордно сильным и долгим потеплением климата. Моделирование показало, какие именно цепочки обратной связи, восстанавливающие климат после катастрофических событий, были нарушены вымиранием.
Пермское вымирание, случившееся около 252 миллионов лет назад, стало самым масштабным за всю историю фанерозоя — периода существования «современной» многоклеточной жизни на Земле, который начался 542 миллиона лет назад. Оно превзошло даже «вымирание динозавров» и, в отличие от последнего, было вызвано не астероидом, а внутренними причинами.
В истории и причинах пермского вымирания остаются неясности, но общая картина известна хорошо. Вероятнее всего, все началось с извержения, породившего Сибирские траппы — огромную провинцию, сложенную вулканическими базальтами. Это извержение было вызвано восходящим мантийным потоком, подобно современному вулканизму Исландии и Гавайских островов, и стало рекордсменом в своем классе.
Извержение Сибирских траппов продолжалось около 400 тысяч лет и затопило территорию будущей Западной, Северной и Центральной Сибири миллионами кубических километров базальтовой лавы. В атмосферу было выброшено колоссальное количество парниковых и ядовитых газов.
К вулканической активности добавилось горение угольных пластов, подожженных лавой, и выброс углекислоты из разложившихся от высокой температуры известняков. Содержание углекислоты в воздухе могло достигнуть 0,8% (современный уровень составляет 0,04%, а перед извержением было 0,4%).
Это привело к рекордному потеплению в истории фанерозоя. Средняя температура на планете подскочила до 32 градусов Цельсия — на 17 градусов выше, чем в нынешнюю ледниковую эпоху, и на пять-семь выше, чем во время эоценового климатического оптимума около 50 миллионов лет назад.
Температура океана в экваториальных и тропических широтах выросла до 40 градусов. Его воды лишились кислорода и насытились сероводородом из-за перегрева и цветения сульфат-восстанавливающих бактерий, а озоновый слой был разрушен вулканическими выбросами галогенов. Растительная и животная жизнь, которая могла бы укрыться в полярных широтах, подвергалась действию мутагенного ультрафиолетового излучения.
Человек смог бы выжить на Земле эпохи пермско-триасового вымирания, но условия показались бы ему на редкость неприятными.
Обычно планета быстро реагирует на выбросы углекислого газа в атмосферу. Повышение его концентрации ускоряет рост биомассы, и избыток связывается живыми организмами. Часть углекислого газа идет на строительство известковых раковин водных организмов и оказывается захороненной в карбонатных осадочных породах. Период восстановления после выброса углекислого газа в атмосферу обычно не превосходит нескольких тысяч или десятков тысяч лет.
Потепление, связанное с пермским вымиранием, продлилось целых пять миллионов лет. Ученые из Университета Вайкато (Новая Зеландия) во главе с Терри Иссоном и Софией Раузи нашли вероятную причину продолжительности потепления и связанного с ним вымирания. Они провели компьютерное моделирование земной экосистемы во время вымирания и выявили процесс, который поддерживал высокую концентрацию углекислого газа, — обратное выветривание.
Само по себе оно было известно и раньше. Часть углекислого газа, растворяясь в океанической воде, переходит в гидрокарбонаты. Некоторые глинистые осадочные породы при своем образовании связывают катионы гидрокарбонатных солей, а углекислота переходит обратно в свободную форму.
Для образования этих глин необходим растворенный в воде кремнезем. Но в «здоровом» океане с таким процессом конкурируют диатомовые водоросли и другие микроскопические организмы, которые строят из него кремнистые скелеты. Поэтому обычно обратное выветривание не противодействует захвату углекислоты.
Во время пермского вымирания организмы с кремнистыми скелетами остались лишь в немногих пригодных для обитания уголках Мирового океана. Ускоренное выветривание на поверхности насытило океаны кремнеземом, и скорость отложения глин резко повысилась. Биологическое захоронение углекислого газа тоже почти прекратилось: на раскаленной суше попросту практически не осталось растений, которые его связывают.
О степени опустошения красноречиво свидетельствует «угольный разрыв» (coal gap) — отсутствие каменного угля в отложениях границы пермского и триасового периодов. Этот слой — палеонтологическая «визитная карточка» Великого вымирания, подобно слою обогащенного иридием пепла на границе меловых и палеогеновых отложений, порожденному падением «того самого» астероида.
Таким образом, пермское вымирание было самоподдерживающимся кризисом. Его интенсивности оказалось достаточно, чтобы «выбить» главные механизмы связывания углекислого газа, и он оставался в атмосфере в десятки раз дольше, чем положено в «здоровые» времена.
Со временем углекислый газ все же оказался захороненным в осадочных породах, температуры понизились, а жизнь на Земле начала долгий путь к восстановлению.
Автор: Иван Лавренов