Причиной массовых вымираний древних видов на Земле, последнее из которых 65 миллионов лет назад привело к исчезновению динозавров, действительно могла стать серия гигантских вулканических извержений, оставивших после себя на поверхности Земли Деканские траппы в Индии.
Этот тип континентального магматизма формируется в ходе грандиозных излияний базальта за геологически короткое время на огромных территориях. Траппы встречаются в разных уголках нашей планеты, однако, судя по всему, свидетелями и виновниками вымирания динозавров являются траппы индийского плато Декан.
Если дело действительно в вулканизме, то гигантский метеорит, о падении которого примерно 65 миллионов лет назад говорит огромный кратер Чиксулуб на мексиканском полуострове Юкатан, мог внести не самый значительный вклад в дело уничтожения древней земной флоры и фауны.
(швед. trapp, от trappa - лестница), групповое название основных магматических горных пород с характерной ступенчатой отдельностью (диабаз, габбродиабаз, габбро, долерит и базальты), занимающих значительные площади - так называемые трапповые области. В состав слагающих траппы пород входят: моноклинный пироксен (обычно авгит), оливин, основной плагиоклаз, магнетит, апатит, реже встречаются ромбический пироксен и биотит; много вторичных минералов: иддингсита, который развивается по оливину, палагонита, хлорита, цеолитов, пренита, актинолита и др. Для траппов характерна офитовая структура, реже - микролитовая или стекловатая структура. Обычно траппы - это полого залегающие лавовые потоки, иногда с шаровой (подушечной) структурой, пласты туфов или интрузивные пластовые тела мощностью от 10 до 25 м; встречаются также дайки, штоки, кольцевые и цилиндрические интрузивы.
Траппы характерны для платформенных областей земной коры; они занимают значительное пространство в Восточной Сибири (около 2 миллионов кв. км), Индии (Декан), Южной Африке и Южной Америке (плато Парана). Траппы принадлежат по большей части к производным толеитовой магмы, частично - оливин-базальтовой магмы, и имеют, по-видимому, мантийное происхождение. На Среднесибирском плоскогорье внедрение и излияние магмы, сформировавшие траппы, происходили в несколько фаз, в течение длительного времени (от перми до среднего триаса). Мощность траппов достигает 2000 м.
Траппы включают в себя многие виды полезных ископаемых. С процессами дифференциации магм, образовавших траппы, связаны сульфидные медно-никелевые месторождения (например, Норильского рудного района), месторождения руд платины (Южная Африка) и железа; с продуктами гидротермальных постмагматических процессов - месторождения исландского шпата. К трапповым областям приурочены месторождения графита, возникшие при контактном метаморфизме углей под действием траппов.
Подтверждением вулканической гипотезы является статья британского геолога Стивена Селфа и его коллег из Открытого университета в Милтон-Кейнес, опубликованная в последнем номере Science.
По мнению учёных, причина массового вымирания динозавров в конце мелового периода — охлаждение земной атмосферы в результате многократных выбросов огромных количеств магматических соединений серы на протяжении нескольких сотен тысяч лет, длившихся в каждом случае по нескольку столетий.
Работа Селфа служит подтверждением вулканической гипотезы вымирания динозавров, которую активно защищает пристонский геолог Грета Келлер, уже долгое время занимающаяся исследованием Деканских траппов в западной части Индии. Вместе с тем до сих пор не было понятно, к каким последствиям для атмосферы привели все эти извержения.
Недавно «Газета.Ru» рассказывала о результатах исследований отложений, сформированных после извержения и в настоящее время находящихся на дне моря. Как заявила тогда Келлер, изучение микрофауны и останков морских организмов между двумя сериями траппов в районе Раджамундри позволило установить временное соответствие между массовым вымиранием рептилий и извержением вулканов, оставивших после себя Деканские траппы. А повторное извержение, произошедшее примерно через 280 тысяч лет после того, как Земля лишилась большей части своего населения, могло сыграть роль в замедлении восстановления флоры и фауны.
Медленное восстановление земной жизни после вымирания — одна из загадок в истории Земли, ключ к разгадке которой, судя по всему, и «раскопали» ученые.
В своей новой работе Селф и его коллеги провели оценку масштабов и временных рамок природного бедствия. Свой анализ они сделали на основе содержания серы и хлора в маленьких и редких пузырьках воздуха в минералах, составляющих скалы Деканских траппов. Согласно их выводам, выброс каждого кубического километра лавы на поверхность Земли сопровождался высвобождением от 3,6 до 5,4 миллиона тонн диоксида серы.
Механизмов влияния неожиданного выброса газов на биосферу было предложено довольно много. Один из них – разрушение озонового слоя в результате взаимодействия с вырвавшимися в атмосферу газами из чрева Земли. До сих пор такой сценарий считается одним из наиболее правдоподобных в объяснении другого великого вымирания видов, обозначающего в наше время границу между пермским и триасовым периодами.
Однако британский геохимик Дэвид Бирлинг и его коллеги готовы поспорить с этим сценарием.
Модельная работа Бирлинга и его коллег из Кембриджа и Шеффилда, принятая к публикации в Nature Geoscience, указывает на то, что в данном случае выбросы метана и сероводорода – на этот раз из древних земных океанов – не могли разрушить озоновый слой.
Массовое вымирание видов на границе пермского и триасового периодов было самым крупным в истории Земли. С поверхности планеты исчезли около 70% населявшие её видов животных, из океана – до 96% видов. Считается, что на это вымирание существенное влияние оказали другие траппы – Сибирские, которые образовывались более миллиона лет на огромной территории, ограниченной современными Обью и Леной.
По одной из моделей, эти грандиозные извержения каким-то образом спровоцировали выделение в атмосферу из океана метана и сероводорода, в результате чего был разрушен озоновый слой, и животные оказались беззащитны перед жёсткой космической радиацией.
Модель Бирлинга и его коллег позволяет оценивать химический состав атмосферы, влияющий на целостность озонового слоя как в зависимости от географической широты, так и в ходе сезонных изменений климата. Она в состоянии оценить химический эффект от парниковых газов, источником которых, судя по всему, был почти бескислородный в то время мировой океан.
Учёные смогли оценить эффект выброса сероводорода именно в древней пермской атмосфере, содержание кислорода в которой составляло всего 15% от нынешнего, а также влияние парниковых газов на озоновый слой даже в период, когда земные океаны практически не содержали растворенного кислорода.
Кроме того, модель учитывала разрушение озонового слоя в результате формирования полярных стратосферных облаков. Она позволила оценить площадь поверхности микрочастиц замерзшей воды, уровень интенсивности ультрафиолетового солнечного излучения и скорость реакций фотолитического разрушения озона на поверхности микрольдинок с участием молекул сульфатов, образующихся в ходе окисления сероводорода.
Согласно модельным расчетам, проведенным с использованием данной двумерной модели окислительная способность нижних слоев атмосферы даже в случае массированных выбросов газов восстановителей, существенно превышающих оценочные количества, сделанные ранее палеонтологами, сохраняется и препятствует проникновению метана и сероводорода к верхним слоям воздушных масс. В итоге, целостность озонового слоя не нарушается.
А потому массовая смерть живых существ 251 миллион лет назад не связана с разрушением озонового слоя.
Более того, несмотря на то, что сероводород является ядовитым газом, его концентрация в атмосфере даже при выбросе в 15 миллионов тонн составила бы всего одну или две миллионных доли, что не является опасным уровнем ни для животных, ни для растений.
И вся эта масса SO2 в итоге растворялась в атмосфере.
Помимо серы в ходе извержений в атмосферу выбрасывались и другие газы, такие как хлор и бром, однако ученые пока отводят им второстепенную роль в деле уничтожения живых организмов.
Анализ Селфом химического состава древних базальтов показал схожесть между содержанием серы в них и в магматических породах, извергающихся на поверхность Земли в наши дни. На основании этих данных ученые считают возможным восстановление детальной картины событий, произошедших 65 миллионов лет назад. Ученые предлагают использовать детальные данные об извержениях вулканов наших дней, таких как извержение вулкана Лаки на территории Исландии или недавнее крупное извержение вулкана Пинатубо на Филиппинских островах.
В то же время в комментарии к работе в том же номере Science французский геохимик Бруно Скале отмечает, что анализа одних лишь сернистых отложений в базальтовых породах вряд ли будет достаточно для подобных выводов.
Он замечает, что с огромными выбросами сернистого газа в атмосферу 65 миллионов лет назад попали и значительные количества галогенов — хлора, брома, фтора и йода в форме их водородных соединений. Эти вещества могли не только нанести непосредственный вред земным обитателям, но и существенно изменить химию стратосферы и тропосферы, равно как и затронуть озоновый слой. Глубинные слои магмы более богаты соединениями галогенов, чем породы, расположенные ближе к поверхности, напоминает французский учёный. А потому при масштабных извержениях на плато Декан доля галогенсодержащих соединений, вырвавшихся в атмосферу, могла быть существенно больше, чем при извержениях современных вулканов.
Кроме того, Скале подчеркивает сложность в оценке выделившегося в ходе деканских извержений углекислого газа и метана, которые также значительно изменили состав атмосферы.
Так или иначе, в работе Селфа отсутствует важная составляющая, без которой судить о связи Деканских траппов с вымиранием динозавров сложно, — это собственно оценка влияния этих газов на климат и биосферу.
Непонятно даже, последовала ли за колоссальным извержением «вулканическая зима», подобная гипотетической ядерной, или «вулканическое лето»: известно, что сернистый газ является очень мощным парниковым агентом.
