Кислый вулканизм охладил планету перед пермским вымиранием

Геологи изучили осадочные отложения на юге Китая и нашли в интервале пермского вымирания обогащенный Cu и Hg горизонт. Скачок в концентрации элементов связан с кислым вулканизмом. Эксплозивные извержения вблизи Южно-Китайской платформы выбросили в атмосферу от 0,24 до 4,71 миллиарда тонн диоксида серы и понизили температуру на планете на четыре градуса Цельсия. Это похолодание предшествовало глобальному потеплению, которое, вероятно, связано с извержением Сибирских траппов. Такие резкие температурные колебания могли подтолкнуть среду к экологической катастрофе 252 миллиона лет назад. Исследование опубликовано в Science Advances.

В конце пермского периода произошла одна из крупнейших экологических катастроф в истории Земли. В течение 60 тысяч лет погибли 81 процент морских и 89 процентов наземных видов организмов. Сегодня это массовое вымирание связывают с вулканизмом Сибирских траппов. Лава поступала через трещины и растекалась на большие расстояния, образуя обширные базальтовые покровы. Общий объем излившихся и застывших в земной коре пород составил несколько миллионов кубических километров. Извержение выбросило огромное количество вулканических газов, в первую очередь углекислый газ и диоксид серы, которые запустили глобальное потепление и снизили концентрацию кислорода в воде.

Хотя извержение Сибирских траппов считают основной причиной перестройки среды 252 миллиона лет назад, возможно, она была не единственной. Геохронологические исследования показывают, что лавы в Сибири начали изливаться за 300 тысяч лет до массового вымирания и продолжали сочиться в течение 500 тысяч лет после него. Более трети эффузивных пород образовались после пермской катастрофы. Также весь интрузивный магматизм моложе коллапса биосферы. Эти данные занижают объемы CO₂, выделенного в атмосферу во время вымирания, и ставят вопрос о существовании дополнительных триггеров изменений природной среды.

Геологи из Китая и США под руководством Хуа Чжана (Hua Zhang) из Института геологии и палеонтологии в Нанкине детально изучили четыре разреза на юге Китае. Исследуемые отложения накопились в мелководных озерах и на аллювиальных поймах и сохранили наиболее полную летопись событий пермско-триасового времени. С помощью масс-спектрометрии ученые получили содержание основных и рассеянных элементов в породах. В интервале пермского вымирания концентрация меди увеличивается с фонового уровня 500 до 40000 частей на миллион. Обогащенный Cu горизонт в вулканогенном песчанике имеет мощность от 0,8 до 6,65 метров. Высокая концентрация меди связана с присутствием минералов малахита и халькозина. Также горизонт обогащен ртутью. Пиковые значения Hg составляют от 39 до 462 частей на миллиард, в то время как фоновое содержание на один-два порядка ниже.

В отложениях пермского вымирания были проанализированы кристаллы кварца вулканического происхождения. Кварц содержит расплавные включения, карманы магмы, которые кристаллы захватили в процессе роста. «Запечатанный» расплав имеет высокое содержание кремнезема (от 76,5 до 77,2 процентов) и содержит Cu до 186 частей на миллиард.

Исследователи объясняют скачки в концентрации элементов эксплозивными извержениями во время закрытия Палеотетиса или открытия Неотетиса. В отличие от базальтовых расплавов Сибирских траппов, на периферии Южно-Китайской платформы извергалась кислая магма с высоким содержанием SiO₂. На интенсивный вулканизм указывают застывшие в земной коре породы кислого состава, вулканические туфы и пирокластические песчаники в южном Китае и северном Вьетнаме. Возраст вулканогенных толщ составляет 252 миллиона лет, что совпадает с интервалом пермского вымирания. Аномальные концентрации меди вызваны осаждением сульфидов во время кислых извержений, а высокое содержание Cu в расплавных включениях подтверждает обогащение исходной магмы этим элементом.

Используя значения концентрации меди в отложениях, геологи оценили объем задействованной в извержениях магмы в 9100-18100 кубических километров. Они также посчитали, что вулканы вблизи Южно-Китайской платформы выбросили в атмосферу от 0,24 до 4,71 миллиарда тонн диоксида серы. Это в 10-200 раз превышает сумму эмиссий SO₂ всех вулканов за год. Согласно модели Community Earth System Model 1, выброс такого объема диоксида серы понизил температуру атмосферы на четыре градуса Цельсия. На Земле наступила «вулканическая зима», которая длилась тысячу лет.

Авторы предполагают, что в конце пермского периода произошло быстрое похолодание, которое сменилось продолжительным потеплением. Первое событие связано с эксплозивным вулканизмом вблизи Южно-Китайской платформы, второе — с формированием Сибирских траппов. Такие резкие температурные колебания создали экстремальные климатические условия для наземных экосистем и подтолкнули среду к кризису. Наложение вулканических событий в Южном Китае и Сибири требует дальнейшего изучения.

Ранее на N + 1 писали о других массовых вымираниях в геологической истории Земли. Так, ученые назвали причиной ордовикского вымирания изменение течений в океане, а также выяснили, что дегазация глубинных магм разогрела климат перед мел-палеогеновым вымиранием.

Елена Гарова