Связь массовых вымираний с вулканизмом получила новое доказательство
Наикрупнейшее общее вымирание в истории Земли вышло около 250 млн годов назад, на рубеже пермского и триасового периодов. Приблизительно тогда же началось образование сибирских траппов - превосходной толщи магматических пород объемом в несколько миллионов кубических км. Предположение о связи меж 2-мя событиями не подтверждалось имеющимися моделями, из которых следовало, что объем вулканических газов, выделившихся из магмы, был недостаточен для глобальной экологической катастрофы. Русские геологи проявили, что мантийный «плюм» (восходящий поток), ответственный за образование сибирских траппов, содержал внутри себя значительную примесь переработанных плотных пород океанической коры. Из расчетов, проведенных с учетом этого факта, следует, что выброс CO2 и HCl в самом начале формирования сибирской трапповой провинции был в пару раз масштабнее, чем числилось до сего времени, и полностью мог вызвать общее вымирание.
Все извержения вулканов, очевидцем которых было население земли за свою недолгую историю, - сущий пустяк по сопоставлению с тем, на что в реальности способна эта планетка. Самое потрясающее проявление земного вулканизма - это образование трапповых провинций (см. Траппы) - колоссальных толщ застывшей лавы и туфов, покрывающих сотки тыщ квадратных км в нескольких регионах мира.
Одной из огромнейших трапповых провинций являются сибирские траппы, общий объем которых оценивают в несколько миллионов кубических км вулканических пород (эффузивных - изверженных на поверхность и интрузивных - застывших в толще земной коры, см.: Магматические горные породы).
Сибирская трапповая провинция начала формироваться немногим более 250 млн годов назад, что достаточно точно совпадает с рубежом палеозойской и мезозойской эр, когда вышло самое большое за всю земную историю общее вымирание (см.: Общее пермское вымирание). Логично, что многие геологи и палеонтологи издавна подразумевали существование причинной связи меж этими событиями. Но до сего времени данная догадка сталкивалась с несколькими суровыми трудностями.
Трапповый магматизм должен сопровождаться выбросом в атмосферу огромного количества вулканических газов, таких как CO2, SO2 и HCl. Это в принципе может конструктивно воздействовать на климат и круговорот углерода и привести к глобальной экологической катастрофе - весь вопрос исключительно в масштабе и скорости выброса газов.
Прежние расчеты основывались на узнаваемых объемах выделения газов из изверженных магматических пород и известном объеме сибирских траппов. Беря во внимание, что формирование траппов происходило не одномоментно, а в протяжении достаточно долгого времени (выше миллиона лет), выходило, что среднегодовой объем выбросов CO2 и других газов был сравним с тем, который наблюдается в наши деньки в итоге деятельности человека. Этого недостаточно, чтоб спровоцировать катастрофу, схожую величавому пермотриасовому вымиранию.
У прежних моделей были и другие недостатки. Предпосылкой траппового магматизма числятся превосходные восходящие потоки перегретого мантийного вещества - так именуемые мантийные плюмы (см. Mantle plume). По мере подъема мантийное вещество разогревается и расширяется, что ведет к понижению его плотности. Расчеты демонстрировали, что давление плюма на литосферу должно приводить к подъему земной коры. Это должно происходить еще до начала главной фазы траппового магматизма, другими словами ранее, чем расплавленная магма начнет прорываться в земную кору и на ее поверхность. В случае сибирской трапповой провинции был должен образоваться превосходный бугор высотой около 2 км, но никаких геологических свидетельств такового подъема найдено не было.
Эти противоречия удалось разрешить геологам Степану и Александру Соболевым и их сотрудникам из разных институтов Рф, Германии и Франции, чья статья размещена в последнем выпуске журнальчика Nature. На базе детализированного хим анализа образцов сибирских базальтов создатели сделали вывод, что в магме, из которой образовались сибирские траппы, имелась значимая (10-20-процентная) примесь переработанных пород океанической коры. Как понятно, океаническая кора погружается в мантию в зонах субдукции, приуроченных к глубоководным желобам.
Океаническая кора отличается от обычных пород мантии по собственному составу и плотности. Она тяжелее и содержит больше летучих веществ, способных высвобождаться при нагревании. Потому факт наличия таковой примеси просит пересмотра имеющихся моделей формирования сибирской трапповой провинции.
Модель, разработанная создателями на базе новых данных, указывает, что никакого поднятия земной поверхности не должно было быть, так как верхушка мантийного плюма из-за примеси пород океанической коры имела более высшую плотность, чем числилось до сего времени, и механизм ее взаимодействия с литосферой был другим. Плюм не приподнимал литосферу, подобно страшенному пузырю, а равномерно «проедал» ее снизу методом эрозии, которая происходила в зоне контакта расплавленного вещества верхушки плюма с жесткими породами верхней мантии (которые составляют нижнюю часть литосферы). В итоге всего за несколько сотен 1000-летий плюм «проел» для себя путь до нижних слоев земной коры, располагавшихся на глубине около 50 км.
Реконструкция исходных шагов образования сибирских траппов. По вертикальной оси - глубина (км). Различными цветами показана температура пород. Вверху: через 0,15 млн лет после начала процесса (начальное положение верхушки мантийного плюма показано пунктирным полукругом) плюм подходит к нижней границе литосферы (сплошная темная линия) и «растекается» под ней. Понизу: через 0,5 млн лет верхушка плюма за счет эрозии (видны погружающиеся в недра осколки литосферы) проложила для себя путь через верхнюю мантию к земной коре. Это соответствует началу основной фазы траппового магматизма. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
Модель также показала, что выброс в атмосферу CO2 и HCl, высвобожденных из расплавленных пород, был, во-1-х, в пару раз более масштабным, чем предполагалось ранее, во-2-х - не постепенным, а быстрым. Основная масса газов должна была прорваться в атмосферу в самом начале процесса, еще до того, как расплавленная магма поднялась до глубины 50 км, другими словами до основной фазы траппового магматизма. Оценка времени этого действия - около 252,4 млн годов назад - очень точно совпадает с современными датировками момента массового вымирания.
Таким макаром, новенькая модель подтверждает догадку о том, что предпосылкой величавого вымирания был трапповый магматизм, также дает ответы на некие спорные вопросы, связанные с механизмом образования трапповых провинций.
Скорость вымирания родов животных и растений (голубая область) и формирование больших трапповых провинций (круги). Размер кругов отражает объем трапповых провинций (в млн куб. км). По горизонтальной оси - время в млн годов назад. Самое большое вымирание совпадает с образованием сибирских траппов (Siberia, большой красноватый круг). Общее вымирание на рубеже триаса и юры (около 200 млн годов назад) совпадает с образованием Центрально-Атлантической магматической провинции (CAMP). Набросок из обсуждаемой статьи в Nature
Приложимы ли приобретенные выводы к другим массовым вымираниям и другим эпизодам траппового магматизма? Понятно, что периоды формирования неких других трапповых провинций тоже совпадают во времени с большими вымираниями. Но эта зависимость верно выслеживается только до середины мезозойской эпохи (чуток наименее 200 млн годов назад). Следующие эпизоды траппового магматизма, обычно, не вызывали массовых вымираний. Исключение - деканские траппы в Индии (Deccan traps), формирование которых совпадает с массовым вымиранием на рубеже мезозоя и кайнозоя 65,5 млн годов назад (когда вымерли динозавры). Но в это время на Землю свалился к тому же Чиксулубский метеор, который, может быть, и стал главной предпосылкой вымирания.
Почему же до середины мезозоя трапповый магматизм приводил к большим экологическим катастрофам, а в следующие эры реакция биосферы на такие действия стала наименее драматичной? По воззрению создателей, предпосылкой могут быть произошедшие как раз посреди мезозоя конфигурации биогеохимического цикла карбоната кальция в Мировом океане (Ridgwell, 2005). Это событие время от времени именуют «мезозойской морской революцией». В это время достигнули эволюционного фуррора и необыкновенно размножились планктонные одноклеточные организмы с известковым скелетом (фораминиферы, кокколитофориды). Для построения скелета они берут CO2 из воды. Позже эти скелеты утопают, унося обезвреженный парниковый газ на дно океана. В итоге океан перевоплотился в действенный буфер, способный сглаживать (в определенных границах, очевидно) колебания уровня CO2 в атмосфере и гидросфере. Таким макаром, не исключено, что планктонные фораминиферы и кокколитофориды уже пару раз выручали Землю от глобальных катастроф, схожих пермотриасовому вымиранию.
Все извержения вулканов, очевидцем которых было население земли за свою недолгую историю, - сущий пустяк по сопоставлению с тем, на что в реальности способна эта планетка. Самое потрясающее проявление земного вулканизма - это образование трапповых провинций (см. Траппы) - колоссальных толщ застывшей лавы и туфов, покрывающих сотки тыщ квадратных км в нескольких регионах мира.
Одной из огромнейших трапповых провинций являются сибирские траппы, общий объем которых оценивают в несколько миллионов кубических км вулканических пород (эффузивных - изверженных на поверхность и интрузивных - застывших в толще земной коры, см.: Магматические горные породы).
Сибирская трапповая провинция начала формироваться немногим более 250 млн годов назад, что достаточно точно совпадает с рубежом палеозойской и мезозойской эр, когда вышло самое большое за всю земную историю общее вымирание (см.: Общее пермское вымирание). Логично, что многие геологи и палеонтологи издавна подразумевали существование причинной связи меж этими событиями. Но до сего времени данная догадка сталкивалась с несколькими суровыми трудностями.
Трапповый магматизм должен сопровождаться выбросом в атмосферу огромного количества вулканических газов, таких как CO2, SO2 и HCl. Это в принципе может конструктивно воздействовать на климат и круговорот углерода и привести к глобальной экологической катастрофе - весь вопрос исключительно в масштабе и скорости выброса газов.
Прежние расчеты основывались на узнаваемых объемах выделения газов из изверженных магматических пород и известном объеме сибирских траппов. Беря во внимание, что формирование траппов происходило не одномоментно, а в протяжении достаточно долгого времени (выше миллиона лет), выходило, что среднегодовой объем выбросов CO2 и других газов был сравним с тем, который наблюдается в наши деньки в итоге деятельности человека. Этого недостаточно, чтоб спровоцировать катастрофу, схожую величавому пермотриасовому вымиранию.
У прежних моделей были и другие недостатки. Предпосылкой траппового магматизма числятся превосходные восходящие потоки перегретого мантийного вещества - так именуемые мантийные плюмы (см. Mantle plume). По мере подъема мантийное вещество разогревается и расширяется, что ведет к понижению его плотности. Расчеты демонстрировали, что давление плюма на литосферу должно приводить к подъему земной коры. Это должно происходить еще до начала главной фазы траппового магматизма, другими словами ранее, чем расплавленная магма начнет прорываться в земную кору и на ее поверхность. В случае сибирской трапповой провинции был должен образоваться превосходный бугор высотой около 2 км, но никаких геологических свидетельств такового подъема найдено не было.
Эти противоречия удалось разрешить геологам Степану и Александру Соболевым и их сотрудникам из разных институтов Рф, Германии и Франции, чья статья размещена в последнем выпуске журнальчика Nature. На базе детализированного хим анализа образцов сибирских базальтов создатели сделали вывод, что в магме, из которой образовались сибирские траппы, имелась значимая (10-20-процентная) примесь переработанных пород океанической коры. Как понятно, океаническая кора погружается в мантию в зонах субдукции, приуроченных к глубоководным желобам.
Океаническая кора отличается от обычных пород мантии по собственному составу и плотности. Она тяжелее и содержит больше летучих веществ, способных высвобождаться при нагревании. Потому факт наличия таковой примеси просит пересмотра имеющихся моделей формирования сибирской трапповой провинции.
Модель, разработанная создателями на базе новых данных, указывает, что никакого поднятия земной поверхности не должно было быть, так как верхушка мантийного плюма из-за примеси пород океанической коры имела более высшую плотность, чем числилось до сего времени, и механизм ее взаимодействия с литосферой был другим. Плюм не приподнимал литосферу, подобно страшенному пузырю, а равномерно «проедал» ее снизу методом эрозии, которая происходила в зоне контакта расплавленного вещества верхушки плюма с жесткими породами верхней мантии (которые составляют нижнюю часть литосферы). В итоге всего за несколько сотен 1000-летий плюм «проел» для себя путь до нижних слоев земной коры, располагавшихся на глубине около 50 км.
Реконструкция исходных шагов образования сибирских траппов. По вертикальной оси - глубина (км). Различными цветами показана температура пород. Вверху: через 0,15 млн лет после начала процесса (начальное положение верхушки мантийного плюма показано пунктирным полукругом) плюм подходит к нижней границе литосферы (сплошная темная линия) и «растекается» под ней. Понизу: через 0,5 млн лет верхушка плюма за счет эрозии (видны погружающиеся в недра осколки литосферы) проложила для себя путь через верхнюю мантию к земной коре. Это соответствует началу основной фазы траппового магматизма. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
Модель также показала, что выброс в атмосферу CO2 и HCl, высвобожденных из расплавленных пород, был, во-1-х, в пару раз более масштабным, чем предполагалось ранее, во-2-х - не постепенным, а быстрым. Основная масса газов должна была прорваться в атмосферу в самом начале процесса, еще до того, как расплавленная магма поднялась до глубины 50 км, другими словами до основной фазы траппового магматизма. Оценка времени этого действия - около 252,4 млн годов назад - очень точно совпадает с современными датировками момента массового вымирания.
Таким макаром, новенькая модель подтверждает догадку о том, что предпосылкой величавого вымирания был трапповый магматизм, также дает ответы на некие спорные вопросы, связанные с механизмом образования трапповых провинций.
Скорость вымирания родов животных и растений (голубая область) и формирование больших трапповых провинций (круги). Размер кругов отражает объем трапповых провинций (в млн куб. км). По горизонтальной оси - время в млн годов назад. Самое большое вымирание совпадает с образованием сибирских траппов (Siberia, большой красноватый круг). Общее вымирание на рубеже триаса и юры (около 200 млн годов назад) совпадает с образованием Центрально-Атлантической магматической провинции (CAMP). Набросок из обсуждаемой статьи в Nature
Приложимы ли приобретенные выводы к другим массовым вымираниям и другим эпизодам траппового магматизма? Понятно, что периоды формирования неких других трапповых провинций тоже совпадают во времени с большими вымираниями. Но эта зависимость верно выслеживается только до середины мезозойской эпохи (чуток наименее 200 млн годов назад). Следующие эпизоды траппового магматизма, обычно, не вызывали массовых вымираний. Исключение - деканские траппы в Индии (Deccan traps), формирование которых совпадает с массовым вымиранием на рубеже мезозоя и кайнозоя 65,5 млн годов назад (когда вымерли динозавры). Но в это время на Землю свалился к тому же Чиксулубский метеор, который, может быть, и стал главной предпосылкой вымирания.
Почему же до середины мезозоя трапповый магматизм приводил к большим экологическим катастрофам, а в следующие эры реакция биосферы на такие действия стала наименее драматичной? По воззрению создателей, предпосылкой могут быть произошедшие как раз посреди мезозоя конфигурации биогеохимического цикла карбоната кальция в Мировом океане (Ridgwell, 2005). Это событие время от времени именуют «мезозойской морской революцией». В это время достигнули эволюционного фуррора и необыкновенно размножились планктонные одноклеточные организмы с известковым скелетом (фораминиферы, кокколитофориды). Для построения скелета они берут CO2 из воды. Позже эти скелеты утопают, унося обезвреженный парниковый газ на дно океана. В итоге океан перевоплотился в действенный буфер, способный сглаживать (в определенных границах, очевидно) колебания уровня CO2 в атмосфере и гидросфере. Таким макаром, не исключено, что планктонные фораминиферы и кокколитофориды уже пару раз выручали Землю от глобальных катастроф, схожих пермотриасовому вымиранию.