Ученые выяснили причину рекордной продолжительности потепления при пермском вымирании

Пермское вымирание, случившееся около 252 миллионов лет назад, стало самым масштабным за всю историю фанерозоя — периода существования «современной» многоклеточной жизни на Земле, который начался 542 миллиона лет назад. Оно превзошло даже «вымирание динозавров» и, в отличие от последнего, было вызвано не астероидом, а внутренними причинами.

В истории и причинах пермского вымирания остаются неясности, но общая картина известна хорошо. Вероятнее всего, все началось с извержения, породившего Сибирские траппы — огромную провинцию, сложенную вулканическими базальтами. Это извержение было вызвано восходящим мантийным потоком, подобно современному вулканизму Исландии и Гавайских островов, и стало рекордсменом в своем классе.

Извержение Сибирских траппов продолжалось около 400 тысяч лет и затопило территорию будущей Западной, Северной и Центральной Сибири миллионами кубических километров базальтовой лавы. В атмосферу было выброшено колоссальное количество парниковых и ядовитых газов.

К вулканической активности добавилось горение угольных пластов, подожженных лавой, и выброс углекислоты из разложившихся от высокой температуры известняков. Содержание углекислоты в воздухе могло достигнуть 0,8% (современный уровень составляет 0,04%, а перед извержением было 0,4%).

Это привело к рекордному потеплению в истории фанерозоя. Средняя температура на планете подскочила до 32 градусов Цельсия — на 17 градусов выше, чем в нынешнюю ледниковую эпоху, и на пять-семь выше, чем во время эоценового климатического оптимума около 50 миллионов лет назад.

Температура океана в экваториальных и тропических широтах выросла до 40 градусов. Его воды лишились кислорода и насытились сероводородом из-за перегрева и цветения сульфат-восстанавливающих бактерий, а озоновый слой был разрушен вулканическими выбросами галогенов. Растительная и животная жизнь, которая могла бы укрыться в полярных широтах, подвергалась действию мутагенного ультрафиолетового излучения.

Человек смог бы выжить на Земле эпохи пермско-триасового вымирания, но условия показались бы ему на редкость неприятными.

Обычно планета быстро реагирует на выбросы углекислого газа в атмосферу. Повышение его концентрации ускоряет рост биомассы, и избыток связывается живыми организмами. Часть углекислого газа идет на строительство известковых раковин водных организмов и оказывается захороненной в карбонатных осадочных породах. Период восстановления после выброса углекислого газа в атмосферу обычно не превосходит нескольких тысяч или десятков тысяч лет.

Потепление, связанное с пермским вымиранием, продлилось целых пять миллионов лет. Ученые из Университета Вайкато (Новая Зеландия) во главе с Терри Иссоном и Софией Раузи нашли вероятную причину продолжительности потепления и связанного с ним вымирания. Они провели компьютерное моделирование земной экосистемы во время вымирания и выявили процесс, который поддерживал высокую концентрацию углекислого газа, — обратное выветривание.

Само по себе оно было известно и раньше. Часть углекислого газа, растворяясь в океанической воде, переходит в гидрокарбонаты. Некоторые глинистые осадочные породы при своем образовании связывают катионы гидрокарбонатных солей, а углекислота переходит обратно в свободную форму.

Для образования этих глин необходим растворенный в воде кремнезем. Но в «здоровом» океане с таким процессом конкурируют диатомовые водоросли и другие микроскопические организмы, которые строят из него кремнистые скелеты. Поэтому обычно обратное выветривание не противодействует захвату углекислоты.

Во время пермского вымирания организмы с кремнистыми скелетами остались лишь в немногих пригодных для обитания уголках Мирового океана. Ускоренное выветривание на поверхности насытило океаны кремнеземом, и скорость отложения глин резко повысилась. Биологическое захоронение углекислого газа тоже почти прекратилось: на раскаленной суше попросту практически не осталось растений, которые его связывают.

О степени опустошения красноречиво свидетельствует «угольный разрыв» (coal gap) — отсутствие каменного угля в отложениях границы пермского и триасового периодов. Этот слой — палеонтологическая «визитная карточка» Великого вымирания, подобно слою обогащенного иридием пепла на границе меловых и палеогеновых отложений, порожденному падением «того самого» астероида.

Таким образом, пермское вымирание было самоподдерживающимся кризисом. Его интенсивности оказалось достаточно, чтобы «выбить» главные механизмы связывания углекислого газа, и он оставался в атмосфере в десятки раз дольше, чем положено в «здоровые» времена.

Со временем углекислый газ все же оказался захороненным в осадочных породах, температуры понизились, а жизнь на Земле начала долгий путь к восстановлению.