Извержения Деканских траппов принесли динозаврам серию вулканических зим перед ударом астероида

Геохимики обнаружили в деканских лавах, залегающих ниже мел-палеогеновой границы, признаки крупных, но кратковременных выбросов фтор- и серосодержащих летучих продуктов извержений: содержание этих элементов в образцах сильно варьируется. Ученые предположили, что неоднократные и мощные сернистые выбросы еще за 400 тысяч лет до астероидного удара спровоцировали серию вулканических зим, оказавших негативное влияние на позднемеловую биоту. При этом вулканогенный фтор воздействовал на окружающую среду лишь в локальном масштабе. Отчет об исследовании опубликован в журнале Science Advances.

В качестве триггеров мел-палеогенового вымирания, уничтожившего около 66 миллионов лет назад множество видов меловой фауны, в том числе нептичьих динозавров, ученые рассматривают два основных фактора. Первый ― импактный ― связан с падением астероида размером не менее 10 километров. Он оставил после себя 180-километровый кратер Чикшулуб на полуострове Юкатан и тонкий слой пород, обогащенных иридием ― мел-палеогеновую границу, возраст которой оценен аргон-аргоновым методом в 66,052 ± 0,008/0,043 миллиона лет. Второй фактор ― вулканический ― обусловлен масштабным и длительным излиянием лав, которое продолжалось от 69 до 64 миллионов лет назад и сформировало траппы Деканского плато на полуострове Индостан.

Не все ученые придерживаются версии внезапного массового вымирания, указывая (1, 2, 3), что кризис динозавров начался задолго до катастрофических событий, которые лишь ускорили его. По-разному оценивается и вклад импактного и вулканического факторов. Согласно наиболее распространенной точке зрения, главным виновником вымирания следует считать падение астероида, вызвавшее ударную волну, мощные землетрясения, выбросы серы и углерода. Из-за глобальных пожаров в атмосферу попало огромное количество сажи, которая блокировала фотосинтез и привела к резкому похолоданию. Однако некоторые исследователи считают, что нельзя недооценивать роль деканских извержений: так, длительная глубинная дегазация CO₂ вызвала глобальное потепление, продолжавшееся в течение 300 тысяч лет перед падением астероида. Датировки показывают, что самые активные извержения происходили и до, и после мел-палеогеновой границы и длились около миллиона лет, но какова была динамика этой активности, оставалось неясно.

Прояснить этот вопрос попытались Сара Каллегаро (Sara Callegaro) из Университета Осло совместно с коллегами из Великобритании, Италии, Канады, Норвегии, США и Швеции. Ученые исследовали на присутствие следов летучих соединений вкрапленники породообразующего минерала клинопироксена в образцах лав из девяти деканских формаций. Они относятся как к ранним, так и к поздним стадиям магматической активности в Западных Гатах, на краю Деканского плоскогорья, где мощность лавовых покровов достигает 3,5 километра. С помощью рентгенофлуоресцентного анализа на синхротронном излучении определили содержание серы в 31 клинопироксеновом зерне из 15 образцов, а концентрации фтора в 34 зернах из 21 образца измерили методом масс-спектрометрии вторичных ионов.

Оказалось, что сера распределяется по образцам крайне неоднородно: от одной (предел обнаружения) до 148 ± 21 массовых долей на миллион. Из рассмотрения исключили результаты выше 49 долей на миллион, как статистические или петрологические (не соответствующие расчетному максимуму серы в равновесном исходном расплаве) выбросы. Однако пиковые значения дали, с учетом высокой эффективности дегазации серы, высокие концентрации ее в исходной магме: 1769 ± 285 миллионных долей массы. Геобарометрия показывает, что такие клинопироксены кристаллизовались на малой (до четырех километров) глубине, при давлениях 0,1–0,4 гигапаскаля, и по ним можно судить о содержании летучих во время извержения. Наибольшие концентрации серы Каллегаро и ее коллеги зарегистрировали в образцах лав из формаций Кхандала и Буше, которые старше мел-палеогеновой границы примерно на 100 тысяч лет, и из более древней формации Джаухар возрастом 66,2–66,4 миллиона лет.

Исследователи обратили внимание на внутриформационные скачки концентрации, видимо, отражающие быстрые изменения в режиме раннего деканского магматизма. О том, что дегазация происходила во время коротких вспышек вулканической активности, когда магма не успевала проэволюционировать, говорит и несоответствие между содержанием серы и образующих сульфидные соединения халкофильных элементов, таких как медь. Кроме того, внутри самих клинопироксеновых зерен, за редкими исключениями, нет изменений концентрации серы, которые указывали бы на постепенность процесса.

Содержание фтора в зернах также колеблется в широких пределах от 11 до 537 миллионных долей, что для исходных магм дает разброс значений от 80 до 3923. Пиковые выбросы фтороводорода, выявленные выше и ниже мел-палеогеновой границы, несомненно, наносили экосистемам большой урон, но лишь на локальном уровне, так как это соединение быстро вымывается из вулканического шлейфа осадками. Серьезными последствиями было чревато поступление в стратосферу больших объемов серы в составе сернистого газа, участвующего в образовании сульфатных аэрозолей. Экранируя излучение Солнца, они провоцируют наступление непродолжительного (до нескольких лет) глобального похолодания ― вулканической зимы.

Столь краткие события не удается разрешить при изучении стратиграфии лавовых напластований, но их масштабность можно приближенно оценить. Средняя скорость излияния трапповых лав варьирует в пределах 10–100 кубических километров в год. Но на пиках активности скорость могла возрастать в три-четыре раза, а средняя температура во время вулканических зим ― падать на 10 градусов. Многократное повторение таких экстремальных событий, перемежавшихся потеплениями из-за притока CO₂ из глубинных магм, безусловно, нанесло ущерб большей части позднемеловой биоты задолго до того, как астероид нанес ей завершающий удар.

Ранее N + 1 неоднократно рассказывал о драматических событиях на рубеже мелового и палеогенового периодов. Мы сообщали о том, как ученые обнаружили следы цунами от удара «динозаврового» астероида, рассчитали угол его падения, оценили частоту встреч нашей планеты с подобными телами и выяснили, что 66 миллионов лет назад такая встреча произошла весной.