В конце пермского периода — 252 млн лет назад — Землю опустошило массовое вымирание, которое уничтожило более 90% видов на планете. В отличие от других событий такого типа, восстановление после «Великого вымирания» (также его называют The Great Dying) было медленным. Потребовались миллионы лет, чтобы планета вновь заселилась и разнообразие на ней восстановилось. Ученые выяснили, что задержало этот процесс.
Недружественная Земля
В рамках исследования ученые пытались понять, как изменился климат Земли в конце пермского периода — от 298,9 млн до 251,9 млн лет назад, и в начале триаса — от 251,9 млн до 201,3 млн лет назад. Тогда все континенты были одним огромным массивом суши — Пангеей, а огромная гряда сибирских вулканов извергалась. В итоге в атмосферу попадали согревающие ее парниковые газы. Согласно теории ученых, это способствовало глобальному вымиранию.
Что такое химическое выветривание?
Принимая во внимание все эти факторы, ученые изучили процесс химического выветривания. Тогда горные породы на суше разрушаются и высвобождают кальций, который вымывается в океаны. Там он соединяется с углекислым газом (СO₂), образуя карбонатные породы. Чем теплее климат, тем быстрее происходит выветривание.
Все дело в том, что химические реакции происходят быстрее при более высоких температурах, а проточная вода приводит к большей эрозии. В итоге, это создает петлю обратной связи, которая держит глобальные температуры под контролем. Когда становится теплее и выветривание происходит быстрее, больше СO₂ попадает в море и задерживается в океанских скалах, помогая охладить климат. Когда это происходит, выветривание замедляется, и в океанских породах скапливается меньше двуокиси углерода, что предотвращает слишком сильное похолодание.
А как работает обратный процесс?
Но есть и другой процесс, который может происходить в океане, известный как обратное выветривание. Это происходит, когда минеральный кремнезем образует новые глины на дне океана. В ходе этого процесса глины выделяют больше СO₂, чем могут уловить карбонатные породы.
В современных океанах не так много кремнезема, потому что крошечные планктонные организмы поглощают его (он необходим для роста раковин), поэтому обратного выветривания не происходит. Точно так же в пермский период микроорганизмы — радиолярии, поглощали почти весь кремнезем, сводя тем самым обратное выветривание к минимуму.
Хрупкий баланс
Однако все это могло измениться в конце пермского и начале триасового периода. В этот момент богатые кремнеземом породы, которые состоят из бесчисленных раковин радиолярий, исчезли. В то же время, как обнаружили ученые, баланс определенных вариантов молекул в океанских породах «вышел из строя».
Изображение предоставлено Викторией Пикеринг — CC BY-NC-ND 2.0 flickr.
В рамках исследования биологи изучали соотношения изотопов лития. Изотопы — это версии элемента с немного отличающимся атомным весом от нормы, потому что у них разное число нейтронов в ядрах. Из-за разного веса некоторые изотопы лития поглощаются в разных соотношениях при образовании новых глин, что происходит при обратном выветривании.
Что выяснили ученые?
Оказалось, что некоторые изотопы лития практически исчезли из океана прямо перед Великим вымиранием и не восстанавливались в течение примерно 5 млн лет во время триасового периода. В итоге, потеря радиолярий привела к тому, что океан переполнился кремнеземом, что запустило обратное выветривание. Углекислый газ, высвобождаемый в результате этого процесса, мог превзойти химическое выветривание, которое в то же время «отвечало» за улавливание СO₂ и, в свою очередь, поддерживало очень жаркий климат. В таких условиях существование жизни очень затруднено.
Что в итоге?
Подведя итог, ученые выяснили, что задержало восстановление Земли. Все из-за радиолярий, которая исчезла после вымирания. Их отсутствие радикально изменило морскую геохимию, позволив сформировать тип глины, выделяющей углекислый газ. Этот выброс СO₂ поддерживал бы температуру атмосферы и кислотность океанов, тем самым замедляя восстановление жизни. Даже очень небольшое изменение может очень быстро вывести хрупкую систему из равновесия.
Читать далее:
Создан компактный ядерный реактор для безопасного производства энергии
Необычные структуры нашли на границе Солнечной системы. Там побывали только «Вояджеры»
Черная дыра «выплюнула» разорванную звезду через три года после поглощения
На обложке: иллюстрация начала пермско-триасового массового вымирания, основанная на выводах Юриковой и др. (2020), опубликованных в статье журнала Nature. Закисление океана и исчезновение морской жизни в поверхностном океане, вызванное большим выбросом вулканического CO2 из cибирских dekrfyjd. Иллюстрировано Давидом Адамом Юрино (PaleoFactory, Римский университет Сапиенца) для статьи Юриковой и коллег