Дегазация глубинных магм разогрела климат перед вымиранием динозавров

Andres Nava et al., / PNAS, 2021

Выбросы CO2 из магм в нижней части земной коры запустили позднее маастрихтское потепление, предшествовавшее мел-палеогеновому вымиранию. К такому выводу пришли ученые из Нью-Йоркского университета, измерив концентрации диоксида углерода в расплавных включениях в ранних базальтах Деканских траппов. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

На протяжении истории Земли длительная вулканическая дегазация часто приводила к глобальным климатическим сдвигам и экологическим катастрофам. В геологической летописи это иллюстрируют эпизоды формирования крупных магматических провинций, внутриплитных областей внедрения огромных объемов магмы (до миллиона кубических километров) за короткий отрезок времени (первые миллионы лет). Излияние лав из таких провинций происходило синхронно с массовыми вымираниями фанерозоя. Извержение Сибирских траппов 252 миллиона лет назад считают триггером пермского вымирания, а образование Центрально-Атлантической магматической провинции 201 миллион лет назад — триасово-юрского.

Потепление, охватывающее 300 тысяч лет перед мел-палеогеновым вымиранием 66,05 ± 0,08 миллиона лет назад, известно как позднее маастрихтское потепление. В это время температура Мирового океана выросла на 3-4 градуса, что отражено в палеотемпературных записях в морских отложениях. Потепление совпадает с началом излияния Деканских траппов на полуострове Индостан. Это крупная магматическая провинция сложена базальтовыми покровами общей мощностью до двух километров. За пять миллионов лет из трещин вытекло по разным оценкам от 0,6 до 1,3 × 106 кубических километров лавы. Свежеобразованные траппы покрывали территорию в 1,5 миллиона квадратных километров, но за десятки миллионов лет эрозионные процессы урезали площадь провинции до размера Ханты-Мансийского автономного округа.

Группа геологов под руководством Андреса Наваа (Andres Navaa) из Нью-Йоркского университета решила проверить гипотезу «спускового крючка»: мог ли ранний деканский магматизм вызвать позднее маастрихтское потепление. Для ответа на поставленный вопрос исследователи измерили концентрации CO2 в расплавных включениях в кристаллах оливина и количественно оценили выбросы диоксида углерода во время раннего деканского магматизма. Под ранним магматизмом исследователи подразумевают изверженные до мел-палеогеновой границы лавы, которые составляют 25 процентов всего объёма Деканских траппов.

Углекислый газ — один из главных летучих компонентов магматических расплавов. Но оценка объемов его выброса из базальтовых магм затруднена, поскольку насыщение CO2 и дегазация начинаются на глубинах, близких к границе Мохоровичича. Единственный источник информации о летучих компонентах в родоначальных магмах это включения расплавов. Запертые внутри кристаллов карманы магмы могут сохранять исходные объемы углекислого газа благодаря низкой скорости диффузии CO2.

Для определения концентрации углекислого газа в деканских магмах исследователи отобрали 43 образца базальтовой лавы в Западных Гатах. Включения расплавов в магнезиальных оливинах имели средний размер 20 микрон, одну десятую объема которых занимали пузырьки газа. Концентрации CO2 в стеклообразной застывшей части включения были измерены методом масс-спектрометрии вторичных ионов, а в пузырьках — конфокальной рамановской спектроскопии.

Газовые пузыри в расплавных включениях содержат CO2 на порядок больше (60-11740 ppm), чем стекло (19-404 ppm). Исходя из содержаний H2O и CO2 во включениях, было определено минимальное давление захвата расплавов, от 0,1 до 8 килобар. Это означает, что кристаллы оливина запирали в себе карманы магмы на глубинах до 30 километров. Однако начальные концентрации CO2 в магме, посчитанные с помощью микроэлементов Ba и Nb, указывают на более глубинную дегазацию. По мнению авторов, обогащенные CO2 магмы, вероятно, достигали насыщения углеродом у нижней границы земной коры.

Во время ранних стадий излияний Деканских траппов магматический бюджет CO2 не был постоянным. Концентрации CO2 в 1 процент по массе в ранних расплавах упали до 0,3 процента в лавах, излившихся перед мел-палеогеновой границей. Предполагая, что объем Деканских траппов составляет 600 тысяч кубических километров, исследователи оценили общее количество выброшенного в атмосферу CO2 в 1000-6000 гигатонн. Эти цифры значительно ниже аналогичных оценок для Центрально-Атлантической магматической провинции (100 000 гигатонн) и Сибирских траппов из-за меньшего объема провинции на Индостане.

Рассчитанные объемы CO2 позволили пересмотреть взаимосвязь между деканским магматизмом и поздним маастрихтским потеплением. Результаты моделирования в LOSCAR (Long-term Ocean Sediment CArbon Reservoir) показали, что эмиссии CO2 во время излияний лавы недостаточно для объяснения масштабов потепления: максимальный нагрев при таком сценарии составляет 1 градус Цельсия. Однако если учесть выбросы диоксида углерода из интрузивных магм, модель хорошо описывает климатические сдвиги в 2-4 градуса в конце мелового периода.

Ранее мы рассказывали о противоречащих датировках Деканских траппов и резком похолодании на границе мел-палеогена из-за удара астероида.

Елена Гарова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.