Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Л. Краусс
«Страх физики». Глава из книги


А. Бердников
Интерференция в домашних условиях. Плёнки и антиплёнки


Интервью с Л. Марголисом
Леонид Марголис: «Мне всегда было интересно, как клетки разговаривают друг с другом»


А. Иванов
Сибирь и Северная Америка были единым целым более миллиарда лет назад


П. Амнуэль
Одиночество во Вселенной


Р. Фишман
Детективы каменного века


О. Макаров
Животные, которые дарят надежду


Б. Штерн
Шкловский — 100


А. Деревянко, М. Шуньков
Откуда пришел Homo sapiens?


К. Кохась
Как Бусенька складывала числа «в столбик»







Главная / Новости науки версия для печати

Связь массовых вымираний с вулканизмом получила новое подтверждение


Плато Путорана на Таймыре образовано базальтовой лавой и представляет собой часть сибирской трапповой провинции, сформировавшейся около 250 млн лет назад в результате подъема «мантийного плюма» — потока раскаленных пород из мантии. Фото из синопсиса к обсуждаемой статье в Nature
Плато Путорана на Таймыре образовано базальтовой лавой и представляет собой часть сибирской трапповой провинции, сформировавшейся около 250 млн лет назад в результате подъема «мантийного плюма» — потока раскаленных пород из мантии. Фото из синопсиса к обсуждаемой статье в Nature

Крупнейшее массовое вымирание в истории Земли произошло около 250 млн лет назад, на рубеже пермского и триасового периодов. Примерно тогда же началось образование сибирских траппов — грандиозной толщи магматических пород объемом в несколько миллионов кубических километров. Предположение о связи между двумя событиями не подтверждалось имеющимися моделями, из которых следовало, что объем вулканических газов, выделившихся из магмы, был недостаточен для глобальной экологической катастрофы. Российские геологи показали, что мантийный «плюм» (восходящий поток), ответственный за образование сибирских траппов, содержал в себе 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 несколько раз масштабнее, чем считалось до сих пор, и вполне мог вызвать массовое вымирание.

Все извержения вулканов, свидетелем которых было человечество за свою недолгую историю, — сущий пустяк по сравнению с тем, на что в действительности способна эта планета. Самое грандиозное проявление земного вулканизма — это образование трапповых провинций (см. Траппы) — колоссальных толщ застывшей лавы и туфов, покрывающих сотни тысяч квадратных километров в нескольких регионах мира.

Одной из крупнейших трапповых провинций являются сибирские траппы, общий объем которых оценивают в несколько миллионов кубических километров 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 лет назад, что довольно точно совпадает с рубежом палеозойской и мезозойской эр, когда произошло самое крупное за всю земную историю массовое вымирание (см.: Массовое пермское вымирание). Неудивительно, что многие геологи и палеонтологи давно предполагали существование причинной связи между этими событиями. Однако до сих пор данная гипотеза сталкивалась с несколькими серьезными трудностями.

Трапповый магматизм должен сопровождаться выбросом в атмосферу большого количества вулканических газов, таких как CO2, SO2 и HCl. Это в принципе может радикально повлиять на климат и круговорот углерода и привести к глобальной экологической катастрофе — весь вопрос только в масштабе и скорости выброса газов.

Прежние расчеты основывались на известных объемах выделения газов из изверженных магматических пород и известном объеме сибирских траппов. Учитывая, что формирование траппов происходило не мгновенно, а на протяжении довольно длительного времени (свыше миллиона лет), получалось, что среднегодовой объем выбросов CO2 и других газов был сопоставим с тем, который наблюдается в наши дни в результате деятельности человека. Этого недостаточно, чтобы спровоцировать катастрофу, подобную великому пермотриасовому вымиранию.

У прежних моделей были и другие изъяны. Причиной траппового магматизма считаются грандиозные восходящие потоки перегретого мантийного вещества — так называемые мантийные плюмы (см. Mantle plume). По мере подъема мантийное вещество разогревается и расширяется, что ведет к снижению его плотности. Расчеты показывали, что давление плюма на литосферу должно приводить к подъему земной коры. Это должно происходить еще до начала главной фазы траппового магматизма, то есть раньше, чем расплавленная магма начнет прорываться в земную кору и на ее поверхность. В случае сибирской трапповой провинции должен был образоваться грандиозный бугор высотой около 2 км, однако никаких геологических свидетельств такого подъема обнаружено не было.

Эти противоречия удалось разрешить геологам Степану и Александру Соболевым и их коллегам из различных институтов России, Германии и Франции, чья статья опубликована в последнем выпуске журнала Nature. На основе детального химического анализа образцов сибирских базальтов авторы пришли к выводу, что в магме, из которой образовались сибирские траппы, имелась значительная (10–20-процентная) примесь переработанных пород океанической коры. Как известно, океаническая кора погружается в мантию в зонах субдукции, приуроченных к глубоководным желобам.

Океаническая кора отличается от типичных пород мантии по своему составу и плотности. Она тяжелее и содержит больше летучих веществ, способных высвобождаться при нагревании. Поэтому факт наличия такой примеси требует пересмотра имеющихся моделей формирования сибирской трапповой провинции.

Модель, разработанная авторами на основе новых данных, показывает, что никакого поднятия земной поверхности не должно было быть, потому что вершина мантийного плюма из-за примеси пород океанической коры имела более высокую плотность, чем считалось до сих пор, и механизм ее взаимодействия с литосферой был иным. Плюм не приподнимал литосферу, подобно чудовищному пузырю, а постепенно «проедал» ее снизу путем эрозии, которая происходила в зоне контакта расплавленного вещества вершины плюма с твердыми породами верхней мантии (которые составляют нижнюю часть литосферы). В результате всего за несколько сотен тысячелетий плюм «проел» себе путь до нижних слоев земной коры, располагавшихся на глубине около 50 км.

Реконструкция начальных этапов образования сибирских траппов. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
Реконструкция начальных этапов образования сибирских траппов. По вертикальной оси — глубина (км). Разными цветами показана температура пород. Вверху: через 0,15 млн лет после начала процесса (исходное положение вершины мантийного плюма показано пунктирным полукругом) плюм подходит к нижней границе литосферы (сплошная черная линия) и «растекается» под ней. Внизу: через 0,5 млн лет вершина плюма за счет эрозии (видны погружающиеся в недра обломки литосферы) проложила себе путь сквозь 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-первых, в несколько раз более масштабным, чем предполагалось ранее, во-вторых — не постепенным, а стремительным. Основная масса газов должна была прорваться в атмосферу в самом начале процесса, еще до того, как расплавленная магма поднялась до глубины 50 км, то есть до основной фазы траппового магматизма. Оценка времени этого события — около 252,4 млн лет назад — весьма точно совпадает с современными датировками момента массового вымирания.

Таким образом, новая модель подтверждает гипотезу о том, что причиной великого вымирания был трапповый магматизм, а также дает ответы на некоторые спорные вопросы, связанные с механизмом образования трапповых провинций.

Скорость вымирания родов животных и растений (голубая область) и формирование крупных трапповых провинций (круги). Размер кругов отражает объем трапповых провинций (в млн куб. км). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature
Скорость вымирания родов животных и растений (голубая область) и формирование крупных трапповых провинций (круги). Размер кругов отражает объем трапповых провинций (в млн куб. км). По горизонтальной оси — время в млн лет назад. Самое крупное вымирание совпадает с образованием сибирских траппов (Siberia, большой красный круг). Массовое вымирание на рубеже триаса и юры (около 200 млн лет назад) совпадает с образованием Центрально-Атлантической магматической провинции (CAMP). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Приложимы ли полученные выводы к другим массовым вымираниям и другим эпизодам траппового магматизма? Известно, что периоды формирования некоторых других трапповых провинций тоже совпадают во времени с крупными вымираниями. Однако эта зависимость четко прослеживается лишь до середины мезозойской эры (чуть менее 200 млн лет назад). Последующие эпизоды траппового магматизма, как правило, 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 лет назад (когда вымерли динозавры). Но в это время на Землю упал еще и Чиксулубский метеорит, который, возможно, и стал главной причиной вымирания.

Почему же до середины мезозоя трапповый магматизм приводил к крупным экологическим катастрофам, а в последующие эпохи реакция биосферы на такие события стала менее драматичной? По мнению авторов, причиной могут быть произошедшие как раз в середине мезозоя изменения биогеохимического цикла карбоната кальция в Мировом океане (Ridgwell, 2005). Это событие иногда называют «мезозойской морской революцией». В это время добились эволюционного успеха и необычайно размножились планктонные одноклеточные организмы с известковым скелетом (фораминиферы, кокколитофориды). Для построения скелета они берут CO2 из воды. Потом эти скелеты тонут, унося обезвреженный парниковый газ на дно океана. В результате океан превратился в эффективный буфер, способный сглаживать (в определенных пределах, разумеется) колебания уровня CO2 в атмосфере и гидросфере. Таким образом, не исключено, что планктонные фораминиферы и кокколитофориды уже несколько раз спасали Землю от глобальных катастроф, подобных пермотриасовому вымиранию.

Источник: Stephan V. Sobolev, Alexander V. Sobolev, Dmitry V. Kuzmin, Nadezhda A. Krivolutskaya, Alexey G. Petrunin, Nicholas T. Arndt, Viktor A. Radko, Yuri R. Vasiliev. Linking mantle plumes, large igneous provinces and environmental catastrophes // Nature. 2011. V. 477. P. 312–316.

Александр Марков


Комментарии (20)



Последние новости: ГеологияЭкологияНаука в РоссииАлександр Марков

5.07
Биоразнообразие стимулирует собственный рост
28.06
Подростки лучше учатся на положительном опыте, чем на отрицательном
21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей
16.06
В Старом и Новом Свете птицы сходно реагируют на глобальное потепление
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
6.06
Промышленный меланизм бабочек получил генетическое объяснение
2.06
Обнаружено фундаментальное сходство между развитием актинии и развитием позвоночных
26.05
Очертания видового ареала определяются экологическими свойствами вида
23.05
В Китае найдены древнейшие многоклеточные водоросли
16.05
Уровень полученного образования отчасти зависит от генов

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия