Рис. 1. Небольшой слой вулканического пепла в разрезе этого островного холма Лоскоп в Южной Африке стал отправной точкой для восстановления геохронологии событий, происходивших на рубеже перми и триаса, выполненного авторами статьи.
В нижней части холма представлены отложения верхнепермской формации Бальфур (Balfour Formation), а в верхней части обнажаются породы формации Катберг (Katberg Formation), отложившиеся уже в триасе, после массового пермского вымирания. Обе эти формации входят в супергруппу Кару (Karoo Supergroup), широко распространенную на юге Африки. Фото одного из соавторов обсуждаемой статьи Джона Гейссмана (John Geissman) с сайта news.berkeley.edu
Окончание пермского периода и всей палеозойской эры отмечается самым масштабным массовым вымиранием в истории Земли. По этому событию проводится граница между пермским и триасовым периодами. Датировка этого события в соответствии с современной геохронологической шкалой составляет 251,902±0,024 млн лет — именно на это время приходится пик вымирания морских видов в Северном полушарии, по которому и была установлена граница.
Недавние комплексные геологические, палеонтологические и палинологические исследования, проведенные в Южной Африке, показали, что массовое пермское вымирание на суше в Южном полушарии началось раньше, чем в океанах Северного полушария, и было не краткосрочным катастрофическим событием, а растянутым во времени процессом.
Массовое пермское вымирание — самое крупное из пяти массовых вымираний фанерозоя, которое привело к исчезновению 96% всех морских видов и 73% наземных видов позвоночных. Традиционно считается, что эта крупнейшая биосферная катастрофа в истории Земли произошла с геологической точки зрения практически «мгновенно» — в течение 30–35 тыс. лет.
В частности, это надежно фиксируется по резкой смене морских биосообществ в отложениях Южного Китая, принятых в качестве эталонных для данного периода (Q. Zheng et al., 2013. Sedimentary features of the Permian-Triassic boundary sequence of the Meishan section in Changxing County, Zhejiang Province).
Основной причиной глобальных климатических изменений, повлекших за собой массовое вымирание в конце перми, считается невероятно высокая вулканическая активность на территории нынешней Сибири, приведшая к формированию крупнейшей трапповой провинции мира — Сибирских траппов.
Как следствие, повысилась температура атмосферы и океана, увеличилась концентрация CO2 и других вулканических газов в атмосфере, а в морской воде упало содержание кислорода (см.: Важной причиной вымирания морских животных в конце пермского периода была нехватка кислорода, «Элементы», 17.01.2019).
Группа геологов и палеобиологов из США, Канады и ЮАР решила применить комплексный подход к восстановлению истории событий, происходивших на рубеже перми и триаса на континентах южной части земного шара, чтобы понять, насколько они совпадали с тем, что происходило в северных океанах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Для своего исследования авторы выбрали южноафриканский бассейн Кару, считающийся эталонным местом для изучения непрерывного разреза пермь-триасовых отложений, богатых окаменелостями ископаемых наземных животных и растений. В конце перми этот район был частью Гондваны — южной половины суперконтинента Пангея, объединявшего в конце палеозоя и начале мезозоя практически всю сушу Земли. В состав Гондваны входили современные территории Африки, Южной Америки, Антарктиды, Австралии, Новой Зеландии, Аравии, Мадагаскара и Индостана.
Насколько неопределенной является граница, фиксирующая время величайшего массового вымирания на суше Южного полушария, видно из рис. 2. Изменения климата и их отражение в смене биологических видов занимают более миллиона лет.
Рис. 2. Обобщенная стратиграфическая схема пермско-триасовой группы Бофорта (Beaufort Group) бассейна Кару, составленная авторами исследования на основе литературных данных. Четыре левых столбца — стратиграфические подразделения: периоды, группа, подгруппа, формации (Fm.) и пачки (Mbr.). Правый столбец — биозоны (см. Biozone) — биостратиграфические подразделения, выделенные по преобладанию и смене руководящих родов позвоночных. Справа указан возраст в млн лет, полученный уран-свинцовым методом. Красная стрелка — начало чансинского века (см. Changhsingian), фиксирующее смену глобального климата. Желтая стрелка — датированные авторами исследования слои вулканического пепла в кровле формации Бельфур. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications
Из схемы видно, что на суше климатические изменения начались задолго до вымирания морских видов. Примерно на рубеже 254 млн лет аргиллиты (породы, образующиеся при перекристаллизации глин), преобладающие в нижней части формации Бальфур, сменяются песчаниками и конгломератами (обозначены на схеме как PNC), формирующимися в мелководных речных и временных потоках. Это говорит о смене климата на более теплый и засушливый.
Примерно в это же время среди наземных позвоночных параллельно с доминирующими даптоцефалами (Daptocephalus) — немлекопитающими растительноядными из семейства дицинодонтов — появляются (еще в пределах биозоны Daptocephalus) другие представители семейства дицинодонтов — листрозавры (Lystrosaurus).
Примерно в то же время, когда в океанах происходит массовое вымирание морских биологических видов, полностью исчезают даптоцефалы, а крупные листрозавры Lystrosaurus maccaigi сменяются мелкими Lystrosaurus declivis, успешно пережившими пермское вымирание и ставшими доминирующим видом среди позвоночных раннего триаса (биозона Lystrosaurus).
Однако ни граница между формациями Бальфур и Катберг, фиксирующая смену условий осадконакопления, ни граница между биозонами Daptocephalus и Lystrosaurus не совпадает с возрастом 251,9 млн лет, установленным в качестве геохронологической границы между пермью и триасом. При этом точный возраст границы между биозонами Daptocephalus и Lystrosaurus, фиксирующей время массового вымирания на суше по смене биологических видов, до последнего времени был неизвестен.
Изучая литостратиграфию двух островных холмов (такие формы рельефа в Южной Африке еще называют коппи или инзельберги), исследователи обнаружили в самой верхней части разреза формации Бальфур слой вулканического пепла мощностью около 1 см, который отделяет биозону Daptocephalus от биозоны Lystrosaurus. Анализ 13 зерен цирконов, извлеченных из пеплового слоя, выполненный уран-свинцовым методом с использованием данных термической ионизационной масс-спектрометрии с разведением изотопов (ID-TIMS), позволил определить возраст слоя — 252,24 млн лет.
Авторы считают, что именно в это время в данном регионе произошло массовое вымирание наземной фауны. А это существенно раньше пика вымирания морских видов, приходящегося на 251,902 млн лет, по которому проведена граница между пермью и триасом.
Параллельно с изучением фауны, авторы провели палинологические исследования — проанализировали состав ископаемой пыльцы растений в осадочных породах, расположенных выше и ниже пеплового слоя. Ученые выяснили, что отложения над пепловым слоем лишены пыльцы Glossopteris — самых известных представителей семенных папоротников, доминировавших среди позднепермской флоры Гондваны. Исчезновение пыльцы этого рода на рубеже перми и триаса считается своеобразным индикатором пермского вымирания для наемных растений. Это еще раз подтверждает вывод о том, что пепловый слой возрастом 252,24 млн лет является надежным маркером границы смены наземных биосообществ в бассейне Кару на юге Африки.
Известно, что в Австралии, также являвшейся в конце пермского периода частью Гондваны, аналогичная смена наземных видов растений произошла еще раньше — 252,31 млн лет назад (C. Mays et al., 2019. Refined Permian−Triassic floristic timeline reveals early collapse and delayed recovery of south polar terrestrial ecosystems).
Все это говорит о том, что массовое пермское вымирание происходило не одновременно в море и на суше, а также в Южном и Северном полушариях. По мнению авторов, серьезные изменения наземных экосистем в Южном полушарии произошли на 300 тыс. лет раньше, чем вымирание морской фауны в Северном полушарии. А серьезные климатические изменения, которые и стали причиной массового вымирания, начались еще на сотни тысяч лет раньше.
Модель изменений в бассейне Кару (рис. 3) предполагает, что здесь в конце перми влажный климат сменился засушливым, а водно-болотный ландшафт — сухой полупустыней, что лишило пищевой базы крупных растительноядных позвоночных, таких как Daptocephalus, и привело к их быстрому вымиранию. Из листрозавров пережить климатическую катастрофу смогли только мелкие виды, живущие в норах и питающиеся корнями растений.
Рис. 3. Сводная диаграмма корреляции геологических, геофизических, палинологических и палеонтологических данных, определяющих положение границы перми и триаса (PTB — показана горизонтальной красной стрелкой), составленная по литературным источникам с учетом результатов обсуждаемого исследования. Слева направо: хроностратиграфическая шкала (возраст указан в млн лет назад), периоды смены глобальной магнитной полярности, вулканическая активность в Сибирской трапповой провинции (бордовый — лавы, серый — пирокласты, желтый — силлы), смена палинологических сообществ в Австралии (граница смены показана темно-серой полосой), то же для бассейна Кару (по данным авторов), граница биозон в бассейне Кару и зона распространения пыльцы Glossopteris (по данным авторов). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications, с упрощениями
Результаты исследования показывают, что массовое пермское вымирание было не «мгновенным», как считалось ранее (S. Shen et al., 2018. A sudden end-Permian mass extinction in South China), а продолжалось от нескольких сотен тысяч до миллиона лет — примерно столько же, сколько длились вулканические излияния траппов на Сибирской платформе. На суше вымирание началось раньше, чем в океане, и было более длительным.
При этом, по мнению авторов, вымирание наземных растительных и животных, а также морских видов было вызвано разными причинами. Для морских видов такими причинами могли быть закисление океана (повышение кислотности морской воды), вызванное попаданием в океан углекислого газа из атмосферы или аноксия океана (anoxic event) — снижение содержания кислорода в воде. Для наземных видов животных — резкое потепление, связанное с выбросом вулканогенных парниковых газов (которые к тому же являются токсичными), а также разрушение пищевых цепей, вызванное изменениями в экосистемах. Что касается наземных растений, то здесь в качестве одной из причин упадка пермских видов авторы рассматривают разрушение защитного озонового слоя и изменение состава атмосферы. Именно этим разнообразием факторов климатических изменений ученые объясняют разобщенность во времени упадка биологических систем на суше и в океане в конце пермского периода.
Источник: elementy.ru
